基于DMT的高速1553B通信总线发送方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及高速有线数字通信装置。为提供一种既能提高现有总线系统的传输速度同时又能够与原有总线通信兼容使用的高速系统解决方案，为达到上述目的，本发明专利技术采取的技术方案是，基于DMT的高速1553B通信总线发送装置，由一片FPGA内依次串接的如下模块构成：并行加扰模块、RS编码模块、QAM星座映射模块、块交织模块、导频插入模块、IFFT模块及共轭对称变换模块、循环扩展模块、训练符号生成模块。本发明专利技术主要应用于高速有线数字通信。

【技术实现步骤摘要】

涉及高速有线数字通信装置，特别是涉及使用了多载波调制方式的数字通信装置的发射机和发射方法，具体讲，基于DMT (即离散多音调制，以下简称DMT)的高速1553B通信总线发送方法与装置。
技术介绍
1553B通信总线全称为数字式时分指令/响应多路传输数据总线，是1978年由美国军方制定的ー种航空系统通信总线标准。该通信协议在传输的可靠性、使用的灵活性及数据完整性等方面具有显著优势，能够在各种严酷条件下提供可靠性要求应用。因此其在航空电子、军用舰船和装甲车辆等军用平台上得到了广泛应用，并且已经被其他エ业领域广泛采用。 1553B通信总线系统通常由ー个负责总线系统任务调度、管理的总线控制器，多个(小于等于31个)远程终端及用于监视总线系统运行状态的总线监视器(可选)构成。原始1553B通信总线协议规定数据采用曼彻斯特码以速率IMbps进行基带传输。总线采用指令应答方式实现系统通讯。尽管其具有很高的可靠性和灵活性，但由于当今武器系统，尤其是航空和地面车辆系统对于视频、音频和分布式数据传输中数据量大、传输速度高的要求，因此传输速度过低(IMbps)是制约1553B总线继续发展的很大因素。传输速度过低(IMbps)制约了 1553B总线的发展，虽然现有的ー些高速数据传输技术可以用来取代1553B总线系统，如分布式光纤接入技木、ATM(异步传输模式)技木、火线1394以及快速以太网等。但这些均需更换原总线系统上的设备，这样不仅成本高昂，而且原系统稳定性也会受到很多程度的影响。所以急需ー种既能提高现有总线系统的传输速度同时又能够与原有总线通信兼容使用的高速系统解决方案。该解决方案能够在不可能改变原总线系统结构的情况下使用。
技术实现思路
本专利技术g在解决克服现有技术的不足，提供一种既能提高现有总线系统的传输速度同时又能够与原有总线通信兼容使用的高速系统解决方案，为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是，基于DMT的高速1553B通信总线发送装置，由一片FPGA内依次串接的如下模块构成，Field Programmable Gate Array即现场可编程门阵列，以下简称FPGA :并行加扰模块，通过随机序列生成器并行产生多路伪随机码流，将这些并行伪随机码流与接收到的多比特码元分别对应进行异或运算，后将多路并行加扰后的码元同时输出；RS编码模块，Reed-Solomon即里德-所罗门编码简称RS编码，加扰后的数据被送入RS编码模块，采用面向字节的RS(246，200)对数据进行编码；QAM星座映射模块,Quadrature Amplitude Modulatio即正交幅度调制，简称QAM,用于对数字信号进行MQAM映射，采用64QAM星座映射；块交织模块，用于将原始数据序列结构按一定规律打乱，目的是将相邻的多个数据变得尽量隔得更远，经过这种处理后的数据序列发生长串的突发错误时可以将原本连续的错误序列变的离散化； 导频插入模块，用于在每个DMT符号中若干个导频子载波位置传送数据1+j，用以在收端完成频偏估计；IFFT模块及共辄对称变换模 块，Inverse Discrete Fourier Transform即逆快速傅立叶变换，简称IFFT，使用IDFT将星座编码器的输出调制到DMT子载波上，InverseDiscrete Fourier Transform即逆傅立叶变换,简称IDFT,由星座编码器产生的N个表示频域的复数值，变换为2N个表示时域的实数值，该实数值序列是ー个DMT符号的时域采样，且恰好满足奈奎斯特采样定理，对星座编码器输出的复数序列进行共轭扩展以使得输入序列具有共轭对称性Si = Zi, i = O, I, . . . , N-ISi = conj (Z2m) , i = N+l, N+2, . . . ,2N—1其中，Zi表示功率归ー化后星座编码器输出的复数序列，Si表示对Zi进行共轭扩展得到的复数序列，conj O表示取共轭复数，N表示星座编码器产生的复数序列的个数，i表示共轭扩展得到的复数序列的下标，取值范围是i = O, I, . . . , 2N-1 ；随后对Si实施2N点的IFFT ^ = Iexpi/-2^Vム /V ノ其中，Xn表示经过逆快速傅立叶变换得到的2N个表示时域的实数,η表示Xn的下标，取值范围是η = O, I, · · · , 2Ν-1, exp O表示求自然指数；IFFT变换后得到调制波形的实值采样点，采样点经过数字模拟转换器D/A转换、滤波放大等操作后即可注入信道发送；循环扩展模块将IDFT输出的Xn最后的Lep个样值添加到2N个输出IDFT样值Xn上，作为循环前缀CP，Xn的开头的Les个样值添加到Xn+Lep样值块上，作为循环后缀CS，循环扩展CE部分的长度为Lce = LCP+LCS ；训练符号生成模块，在包含多个DMT符号每ー个数据帧开始处插入ー个DMT符号大小的训练符号，以便接收端利用这一已知的训练符号进行帧同步和符号同步操作，同时也用于信道估计及频域均衡。还包括单片机MCU、时钟生成模块，时钟生成模块为各模块及单片机MCU提供时钟；单片机MCU用于初始化各个模块，等待有效数据的到来，当外部设备需要通过高速总线发送数据时，MCU就收到发送时能信号后会在一定的时钟延迟后激活训练符号产生模块，生成ー个DMT符号长度的训练符号，作为ー帧的开始，外部设备将数据按一定时序传送给FIFO, FIFO在接受到数据后会通过握手信号通知并行加扰模块接受数据，随后并行加扰模块按照每次ー个DMT符号，每两个DMT符号间隔80个时钟周期的时序读取FIFO内的数据，处理后发送到缓存模块中，缓存模块接收到数据后通知RS编码模块，RS编码模块按照毎次ー个RS编码码组200个时钟周期，按照每两个RS码组间隔46个的时序读取缓存模块内的数据进行编码，同时RS读取每两个DMT符号间隔60个时钟周期，RS编码后将数据传输给星座映射模块进行64QAM映射，并且要保证每两个DMT符号处理间隔为80个时钟周期，随后进行块交织、插入导频、共轭对称变换和IFFT调制，循环扩展后将生成的多个连续的DMT符号添加到训练符号后输出给经过D/A。一种基于DMT的高速1553B通信总线发送方法，包括下列步骤并行加扰扰码算法按下面的方程所表示的算法，在取样时间nt时，数据X (nt)的输出比特应满足下式X (nt) = X (nt-18)+X (nt-23)+m(nt)其中m(nt)是在取样时间nt时输入的数据比特，x(nt)是在取样时间nt时 输出的数据比持，X(nt-18)是在取样时间nt-18时输出的数据比持，x(nt-23)是在取样时间nt-23时输出的数据比特所有的算法必须是模2カロ，在每个帧开始时，用序列“10010101000000010000000” 初始化移位寄存器；RS编码，加扰后的数据进行RS编码，采用面向字节的RS(246，200)；QAM星座映射，采用64QAM星座映射，RS编码后将数据以每6bit为单位进行星座映射后变为相应的复数，该类复数用16bit有符号数表示，最高位为符号位，一位整数位，其余为小数位，且用补码表示负数，采用格雷码对星座点进行编码；星座的平均功率归ー化，归ー化以BP本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于DMT的高速1553B通信总线发送装置，其特征是，由一片FPGA内依次串接的如下模块构成，Field Programmable Gate Array即现场可编程门阵列，以下简称FPGA : 并行加扰模块，通过随机序列生成器并行产生多路伪随机码流，将这些并行伪随机码流与接收到的多比特码元分别对应进行异或运算，后将多路并行加扰后的码元同时输出；RS编码模块，Reed-Solomon即里德-所罗门编码简称RS编码，加扰后的数据被送入RS编码模块，采用面向字节的RS(246，200)对数据进行编码； QAM星座映射模块，Quadrature Amplitude Modulatio即正交幅度调制，简称QAM,用于对数字信号进行MQAM映射，采用64QAM星座映射； 块交织模块，用于将原始数据序列结构按一定规律打乱，目的是将相邻的多个数据变得尽量隔得更远，经过这种处理后的数据序列发生长串的突发错误时可以将原本连续的错误序列变的离散化； 导频插入模块，用于在每个DMT符号中若干个导频子载波位置传送数据Ι+j，用以在收端完成频偏估计； IFFT模块及共辄对称变换模块，Inverse Discrete Fourier Transform即逆快速傅立叶变换，简称IFFT，使用IDFT将星座编码器的输出调制到DMT子载波上，Inverse DiscreteFourier Transform即逆傅立叶变换,简称IDFT,由星座编码器产生的N个表示频域的复数值，变换为2N个表示时域的实数值，该实数值序列是ー个DMT符号的时域采样，且恰好满足奈奎斯特采样定理，对星座编码器输出的复数序列进行共轭扩展以使得输入序列具有共轭对称性Si = Zi, i = 0，1，· · ·，N-ISi = conj (Z2N_i)，i = N+l，N+2，· · ·，2N-1 其中，Zi表示功率归ー化后星座编码器输出的复数序列，Si表示对Zi进行共轭扩展得到的复数序列，conj O表示取共轭复数，N表示星座编码器产生的复数序列的个数，i表示共轭扩展得到的复数序列的下标，取值范围是i = O, I, . . . , 2N-1 ； 随后对Si实施2N点的IFFT 2Λ-Ι fW*i、Xrj = ^ exp[ ./、2 * · Si 其中，Xn表示经过逆快速傅立叶变换得到的2N个表示时域的实数，η表示Xn的下标，取值范围是η = O, I, . . . , 2Ν-1, exp O表示求自然指数； IFFT变换后得到调制波形的实值采样点，采样点经过数字模拟转换器D/Α转换、滤波放大等操作后即可注入信道发送； 循环扩展模块将IDFT输出的Xn最后的Lep个样值添加到2N个输出IDFT样值Xn上，作为循环前缀CP，Xn的开头的Les个样值添加到χη+Ι^ρ样值块上，作为循环后缀CS，循环扩展CE部分的长度为Lce = LCP+LCS ； 训练符号生成模块，在包含多个DMT符号每ー个数据帧开始处插入ー个DMT符号大小的训练符号，以便接收端利用这一已知的训练符号进行帧同步和符号同步操作，同时也用于信道估计及频域均衡。2.如权利要求I所述的基于DMT的高速1553B通信总线发送装置，其特征是，还包括单片机MCU、时钟生成模块，时钟生成模块为各模块及单片机MCU提供时钟；单片机MCU用于初始化各个模块，等待有效数据的到来，当外部设备需要通过高速总线发送数据时，MCU就收到发送时能信号后会在一定的时钟延迟后激活训练符号产生模块，生成ー个DMT符号长度的训练符号，作为ー帧的开始，外部设备将数据按一定时序传送给FIFO，FIFO在接受到数据后会通过握手信号通知并行加扰模块接受数据，随后并行加扰模块按照每次ー个DMT符号，每两个DMT符号间隔80...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪清，王帅，李鹏，侯永宏，侯春萍，王刚，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：