CN101563854A - 经由通信***的通信媒体传输数据流的数据的方法以及通信***的用户和实施该方法的通信*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉一种用于在重复的通信循环的时隙中传输数据流d(t)的数据的通信***(1)的用户(4)。通信***(1)包括通信媒体(2)、用户(4)和至少一个其它的用户(4)。为了数据传输的目的,用户(4)连接在通信媒体(2)上。为了可以较好地充分利用可供数据传输使用的频率范围,根据本发明建议,用户(4)具有用于在发送之前借助确定的代码序列c(t)在频谱上扩展数据流d(t)的数据的装置(5,6,7)和用于在重复的通信循环的时隙中发送所扩展的数据s(t)的装置。通信***(1)优选地被构成为FlexRay通信***,其中,在通信循环的时隙中,可以时间同步地传输***(1)的不同用户(4)的所扩展的数据s(t)。通信媒体(2)优选地被构成为通过其给用户(4)供应电能的供应线路结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于通过通信***的通信媒体在重复的通信循环的时隙中传输数据流的数据的方法。本发明还涉及一种用于在重复的通信循环的时隙中传输数据的通信***的用户。通信***包括通信媒体、用户和至少一个其它的用户,其中,为了数据传输的目的而将用户连接在通信媒体上。本发明最后涉及一种用于在重复的通信循环的时隙中传输数据的通信***,该通信***包括具有之上所连接的多个用户的通信媒体。
背景技术
当今在汽车中常常遇到的CAN(控制器局域网(Controller AreaNetwork))协议,在可预见的时间内将达到它的极限。尤其是在兴起的线传控制(x-by-wire)应用的实时要求和安全重要性方面,CAN协议具有弱点。为了克服在机动车中的特定要求方面的这些限制,已在联合会的范围内开发了FlexRay协议。FlexRay是串行的、确定性的和容错的总线***,该总线***满足了在机动车中未来联网的提高的要求、尤其是数据传输的更高的带宽、(线传控制***的)实时能力和失效安全性。
在FlexRay的开发中,在要求中首先高的数据传输速率、确定性的通信、高的容错和灵活性是很重要的。在FlexRay协议中,在相继跟随的通信循环的时隙中实现信息传输。在电组件(网络节点)中存在着共同的时间理解,其中,通过在循环之内的参考消息(所谓的SYNC消息)使组件同步。为了不仅能够实现同步的消息传输而且能够实现异步的消息传输,通信循环被划分为静态部分(静态段)和动态部分(动态段),其分别具有至少一个用于信息传输的时隙(时间片(Slot)或时隙)。
将静态部分的时间片分配给确定的消息,在没有对于对FlexRay数据总线结构的访问权的竞争的情况下在确定的时刻周期性传输所述消息。当在循环的静态部分中按照时分多址(TDMA(Time DivisionMultiple Access))方法访问FlexRay数据总线结构,而在循环的动态部分期间按照所谓的灵活时分多址(FTDMA(Flexible Time DivisionMultiple Access))方法访问总线结构。使用所谓的微时隙(Minislotting)方法用于在循环的动态段期间访问数据总线结构。规范v.2.1对于FlexRay协议当前是权威的。也即这里可能说明的协议细节在未来可能变化。可以从因特网在http://www.flexray.de下获悉关于FlexRay协议的其它信息,在这里还存放了对于任何人都可以访问的许多出版物。
在详细观察机动车时,认识到具有不同特性的各种***的联网。分布式调节***因此大多要求循环性时间同步的传输。与此相反地,可以有利地异步传输所有不持续需要的,例如来自车身应用和舒适性应用的数据或诊断数据。为了能够实现确定性的行为,在FlexRay的情况下按照循环来组织传输模式。每一个通信循环均划分为可配置长度的静态段和动态段。在静态段之内,给每一个网络节点分配在其中在固定时刻传输用户消息的确定的时间窗(时间片)。所分配的时间片的所定义的发送时间保证了数据的确定性的传输。在循环的动态段中,以优先权控制的方式实现带宽的分配,即保证在通信循环内传输具有高优先权的消息,而对于具有低优先权的消息,发送时刻可能延迟。
优选地在静态段中传输实时重要的和时间临界的消息。而动态段更好地适用于传输具有较少实时要求的数据。由于不必在每一个通信循环中均传输这些数据,网络节点可以共同利用动态段中的可用的带宽。总共需要的带宽需求因此变得较小;通过通信循环的缩短可以达到较快的重复率,或降低波特率。
由于在静态段和动态段之间的可以灵活确定的界限,纯静态运行或纯动态运行也是可能的,这对于FlexRay打开了宽广的使用范围。在纯动态运行中通常循环性地由主节点启动通信循环。FlexRay附加地提供了由外界的事件启动通信循环的可能性(事件触发)。
专门对于该新式的协议已开发了一种可替代的通信媒体(物理层)。该协议规定在共同的媒体上整合地传输数据和能量。在此情况下,涉及高数据速率电力线通信(HDR-PLC(hochdatenratige PowerlineCommunication))。与来自家用领域的动用已有基础设施的常规的PLC***相反,在HDR-PLC的情况下采用了提供几乎理想的传输功能的经修改的(或经调整的)电缆树(Kabelbaum)。这能够实现收发机的成本低廉的构造,因为可以舍弃耗费的接收机结构(例如校正器)。
从DE 101 42 409中公知了机动车中的一种电力线通信。尤其是在那里说明了经调整的电缆树的构造和扩展方案。从DE 101 42 408中公知了作为冗余数据总线的电力线通信的应用。从DE 10 2004 008 910中说明了对在FlexRay通信***中用于以冗余方式传输信息的电力线通信的使用。
发明内容
从所说明的现有技术出发,本发明所基于的任务是创造一种尽可能成本低廉的、与迄今相比更好地充分利用通信***的带宽的可能性,在该通信***中在重复的通信循环的时隙中传输数据。
为了解决该任务,从根据权利要求1的前序部分所述的方法出发建议,在发送之前借助确定的代码序列在频谱上扩展数据流的数据,并且然后在重复的通信循环的时隙中传输所扩展的数据。
因此根据本发明建议使FlexRayTDMA***扩展了所谓的码分多址(CDMA)方法、优选扩展了直接序列(DS(Direct-Sequence))CDMA法。由于经调整的通信信道的高的品质能够实现在机动车中的电力线通信范围中的应用。本发明的通信***符合规范和对现代通信***的要求。在不同的EMV准则的临界的边界条件方面有利的是,信号能量被分配到更宽的频谱上,并因此在各个频谱范围中可以毫不费力地遵守法定的极限值。除了在高数据速率PLC***中的特定应用之外,该方案是任何类型的FlexRay***的在原则上感兴趣的远景,因为它能够对于每个信道在时隙中时间同步地传输不同用户的多个消息。在某种程度上,将根据FlexRay规范的时隙,划分为多个在其中传输各个消息的虚拟的时隙。
利用所论述的方案可以对FlexRay***、尤其是HRD-PLC-FlexRay***进行简单以及很有效的或成本低廉的扩展,并在此好得多地充分利用该***。利用本发明可以以相当简单的方式实现数据传送的扩展,其方式是更好地充分利用预先给定的信道。在FlexRay中,信道例如被设计用于直至10Mbit/s的连接。这允许将1Mbit/s的连接以因子10来扩展。还可以通过将信息信号扩展到广阔的频率范围上来遵守EMV准则。通过扩展将信息符号的能量分布到大的频谱范围上。人们现在也可以相应地在PLC***中将FlexRay信号“隐藏”在机载网络(Bordnetz)上,以便使机动车中的连接在供应网上的用户只受到最少的影响。人们还可以通过重叠多个这种仅通过利用不同的用户特定的代码序列来区分的FlexRay子***,而实现在电力线上在相同的频率范围中时间同步地传输消息。
附图说明
以下借助附图详细阐述本发明的其它的特征、优点和实施形式。
图1展示了根据本发明优选实施形式的具有作为能量供应线路结构的物理媒体的FlexRay通信***;
图2展示了用于阐述直接序列频带扩展的流程图;和
图3展示了本发明通信***的示意视图。
具体实施方式
在图1中在其总体上用附图标记1表示根据本发明一种优选实施形式的本发明通信***。***1包括通信媒体2,该通信媒体2例如可以被构成为一个或多个数据传输线路,一个或多个无线电连接,或可以被构成为一个或多个光学连接(例如红外连接)或类似物。通信媒体2拥有两个赋予媒体2星形结构的有源星形耦合器3。通信媒体2还包括多个用户4,在图中示范性地仅仅示出了用户4中的八个。为了互相之间的数据传输的目的,用户4连接到通信媒体2上。在所示出的通信***1中,按照FlexRay协议规范,尤其是按照当前的规范V.2.1来传输数据。在此,按照TDMA(时分多址)方法在重复的通信循环的时隙中传输数据。本发明当然也包括按照另一协议规范传输数据的通信***,所述另一协议规范负责在重复的通信循环的时隙中传输数据、尤其是负责按照TDMA方法传输数据。本发明尤其是也包括按照未来的进一步发展的FlexRay规范传输数据的通信***。
根据当前的FlexRay规范,在通信循环的静态段中,给每一个用户4或每一个消息或通知分配确定的时隙。以此方式可以实现确定性的数据传输,这尤其是对于安全重要的应用有重大意义。附加地在通信循环中设置允许以事件控制的方式进行数据传输的动态段,其中,数据传输的顺序按照通知或消息的意义或优先权而定。高优先的通知时间近地(zeitnah)被传输,低优先的信息稍后被传输,有时甚至于在下一个循环中才被传输。
在本实施形式中,将经过其给用户4供应能量的能量供应线路结构用作通信媒体2。将能量供应线路结构既用于给用户4供应能量,也用于在用户4之间传输数据,也称作为电力线路通信(PLC)。在机动车中采用通信***1时,可以将车辆的电缆树作为通信媒体2用于实现PLC。在此,如果以特别的方式构造电缆树,并与数据传输相匹配,则是有利的。因此例如可以采取以下措施,通过所述措施将在星形耦合器3中进入的各个分支的输入阻抗调整为确定的值。这种电缆树也称为经修改的或经调整的电缆树。经调整的电缆树提供几乎理想的传输功能。例如在DE 101 42 409中和尤其是在DE 101 42 410中,详细说明了一种为了作为FlexRay通信媒体2的物理层而使用所修改的相应的电缆树。经过这样经调整的电缆树,可以在没有较大的干扰的情况下和以较高的数据速率来传送数据。数据传输的这种方式因此也称为HDR((High DataRate)高数据速率)PLC。
为了更好地充分利用在通信媒体2中的或根据FlexRay规范可供使用的频率范围,根据本发明建议如下扩展FlexRay通信***1,即在发送之前借助确定的代码序列在频谱上扩展要传输的数据,并且然后在重复的通信循环的时隙中传输所扩展的数据。在每一个时隙中因此可以同时传输多个也可能来自不同用户4的消息,其中,利用特定的代码对在相同时隙中所传输的数据中的每一个进行了编码,利用该特定的代码,数据在接收机处可以被识别,也就是说,可以被分配给某个发送用户和被解码。
数据的扩展意味着,例如将像在FlexRay情况下存在的100ns的比特持续时间以确定的因子来缩短,使得在因子为10的实例上,在发送用户处和在接收用户处得出100Mbit的处理速率,而传输速率依然保持在10Mbit。数据符号的能量在大的频谱频率范围上分布,使得利用本发明可以更好地遵守EMV准则。通过在发送用户处将数据流与代码序列相乘来实现本发明。
优选地将CDMA(码分多址)方法用于数据流的扩展。为了成本低廉地扩展基于FlexRay的通信,在汽车领域中的可能的应用方面,进行不同的CDMA***的对比。从现有技术中已公知DS(直接序列)、FH(跳频(Frequency-Hopping))和TH(跳时(Time-Hopping))CDMA***。跳时CDMA***在已有的TDMA-FlexRay***中不起作用或几乎不提供优点。但是两个剩下的CDMA***在传输质量和频率经济性方面相对于传统的FDMA和TDMA***提供了明显的优点。
FH-CDMA***虽然预示了较高的处理增益和较短的采集时间。不过FH-CDMA***在其效率方面大大与所采用的频率发生器的效率有关。对于在FH-CDMA***中的应用,由于所要求的极高的转换速度,该频率发生器很复杂,并引起高的成本。所以FH-CDMA***对于在机动车中的使用只有微小的兴趣。
与此相比,DS-CDMA***的特征在于其比较简单的可实现性。所需要的代码发生器可以通过移位寄存器电路简单和成本低廉地来实现,并且不要求复杂的硬件。其特征还在于以所采用的代码序列的AKF(自相关函数)特性为基础的简单的接收机结构。所以在本发明中优选采用这种DS-CDMA***。
扩展频谱***(Spread Spectrum System)(频带扩展传输***)形成了CDMA方法的基础。扩展频谱技术的特征在于,将信号扩展在大的频率范围上,并且用比对应于其初始数据速率的带宽大得多的带宽发送所述信号。
一般区分DS、FH和TH扩展频谱方法以及不同的混合形式。为了在机动车中在高速PLC***之内实现,DS频带扩展是特别感兴趣的,以下对其进行详细讨论。
在DS频带扩展中,将二进制数据符号直接与周期N的高速率的二进制代码序列相乘(代码序列的各个比特称为码片(chip))。在此如此实现乘法,使得数据符号恰好与码片序列的周期相乘。因此:
Tb=N·Tc
对在数据符号持续时间Tb和码片持续时间Tc之间的关系适用。
所得出的符号通过该乘法与初始数据符号相比变为宽带的,因为数据符号的带宽Bb=1/Tb比码片带宽Bb=1/Tc小许多。于是:
BDS≈Bc>>Bb
大约适用于所得出的带宽BDS。
因此数据信号在频谱上被扩展。因此可以定义DS-CDMA***的处理增益:
式中Rb=1/Tb为信号的数据速率。
通过所希望的信号的所接收的信号能量与总干扰功率之比来定义信噪比(S/N)。因此如果只考虑高斯噪音,对于DS***中的S/N适用的是:
显然这种被扩展的信号将信号能量分布在广阔的频率范围上。图2展示了DS频带扩展的原理性构造。BPSK(二进制相移键控)调制在此应看作为示范性的,并对应于汽车PLC***1的DBPSK(差分二进制移相键控(Differential Binary Phase Shift Keying))方法。原则上也可以采用价值较高的调制方法,诸如QPSK(正交相移键控)或8-PSK。用d(t)表示由用户4经由通信媒体2要传输的数据流。在代码发生器5中生成代码序列c(t),其中数据流d(t)在乘法点6中与该代码序列c(t)相乘。在BPSK调制器7中对从乘法中得出的信号进行调制。从调制器7的输出信号中得出s(t)=A·d(t)·c(t)·cos(ωct+Φ)。码片速率Rc=1/Tc明显大于数据速率R=1/Tb。
按照FlexRay***1的构造,多个用户4访问同一媒体2(物理层)和同一频率范围(在HDR-PLC***的构造、尤其是经调整的信道的构造的情况下)。为了避免消息在该信道上的冲突,FlexRay协议按照用于解决多重访问问题的时分多址(TDMA)方法工作。该解决方案需要全局性的***时间,其中不同的用户4必须在***时间上同步,并且然后可以在所分配的不相交的(disjunkt)(虚拟的)时隙中发送。
如果应将频分多址(FDMA)方法用于扩展FlexRay通信***1,则在模拟侧需要扩展***1。尤其是需要可以提供相应载频的高精确的和因此昂贵的频率发生器。根据本发明介绍一种用于在模拟(analog)侧扩展***的替代方案,该替代方案能够在相同频率范围中和在相同的频道上在同一媒体2上时间同步地运行多个子***(用户4)。在此情况下优点是可以基本上不变地利用迄今的收发机方案的模拟部分。仅仅在数字信号处理的范围中还添加若干少量的扩展,但是这些扩展在相对于***的模拟组件而言的成本方面是可忽略地微小的。
用于信道分离的本发明方法是码分多址(CDMA)方法。该码分多址方法在利用直接序列(DS)频带扩展方法的情况下基于上面所述的扩展频谱技术。给这种***1的每一个用户4均分配用于在频谱上扩展的代码序列。扩展频谱技术可以有利地应用于多用户通信***1,其方式是通过采用用于频谱扩展的正交或准正交代码序列来构造可区分的信号。于是给这种***1的每一个用户4均分配如此所构造的信号。
因此得出用于扩展FlexRay***1、尤其是HDR-PLC***的CDMA***的以下定义。
许多用户4在频谱上扩展其信号,并在相同的时间在相同的频带中发送这些信号。通过采用合适的代码集实现各个用户4的分离或由所述各个用户所传输的信号流的分离,其中借助所述代码集生成正交或准正交信号。不同的FlexRay子***因此能够在机动车中在通信媒体2或供电线路上同步地传输信息。
与所述的传统多址方法的主要差别是,既不要求频率范围中的正交性也不要求时间范围中的正交性来区分信号。因此***1的所有用户4可以在相同频带中在相同时间发送。
应在直接序列CDMA***中得到应用的代码集必须基本上拥有以下特性:
-良好的自相关性特性:所述自相关性特性对于估计在直接序列CDMA***接收机中的信道脉冲应答是必要的,并且对于快速和可靠的初始同步(采集(Aquisition))是必要的。
-良好的互相关性特性:所述互相关性特性是必要的,以便使各个用户4的相互的干扰保持微小(微小的串扰);应能够将相互的干扰解释为附加的噪音。
-足够大的代码集(足够数量的不同代码):这对于在汽车领域中的通信***中的应用是重要的,因为借助于所述足够大的代码集应供应大量的用户4(基本原则:代码集的强度≈频带扩展因子)。
所谓的移位寄存器序列基本上满足所有这些特性。因此在所述的直接序列频带扩展中,在乘法点6上首先将数据符号与代码序列的周期相乘。该乘法适用于说明在数字调制的信号侧的频带扩展。在逻辑方面,对应于乘法的运算是加法模数2。在二进制方面对代码序列进行定义和构造。
由于在直接序列CDMA***中所有的用户4在相同的频带中在相同时间发送,数字调制信号的相关性特性对于进一步的考察是重要的。相应地在信号侧进行对这些特性的分析。在调制器7中对从数字比特和代码比特的逻辑连接中所形成的比特进行PSK调制。因此如此构造的信号的相关性特性对于进一步的考察是重要的。PSK调制的信号可以在复数层面中被表示为信号矢量。在消息技术中通过形成互相关函数来实现两个信号之间的互相影响的数学描述。
如已经提及的那样,在逻辑方面、即在二进制方面进行代码序列的定义和构造。由具有反馈的线性移位寄存器、即所谓的线性反馈移位寄存器(LFSR(Linear Feedback Shift Register))生成这些序列。可以有利地通过多项式来描述通过LFSR对所述序列的生成。具有n个移位寄存器的LFSR拥有2n个可能的寄存器占用。由于零序列不能用作用于频带扩展的序列,以下的不等式适用于如此生成的扩展频谱序列的周期N:
N≤2n-1
由同一LFSR可以生成序列的不同的相位,这属于移位寄存器序列的特性。具有最大周期的序列称为M序列(周期:N=2n-1,相当于n次本原多项式(primitive Polynom))。
正是这些M序列根据其特性拥有很好的适当的自相关性特性。为了在直接序列CDMA***中获得应用,但是还要求良好的互相关性特性,因为在这种***1中所有的用户4在相同频带中在相同时间发送。不理想的互相关性特性因此造成了应尽可能少发生的附加干扰。两个M序列的直线性互相关函数优选是至少三值的。它对于相同长度的M序列的特定对恰好是三值的。于是论及M序列的所谓的优选对(PreferredPairs)。
一般适用的是,优选对的直线性KKF(互相关牲函数)的最大旁瓣(Nebenzipfel)小于M序列的所有其它对。但是附加于良好的相关性特性,DS-CDMA***现在需要足够大小的代码集,以便也可以供应相应数量的用户4。在此情况下,以下的基本原则完全粗略地适用,即代码集的强度应大致对应于频带扩展因子。以下的段落探讨用于构造这种代码集的第一方案。
M序列的最大连通集的原理基于优选对原理的扩展,以便获得序列的较大的集。M序列的最大连通集含有Mn个序列,在所述序列中所有的对形成优选对。但是表明Mn≤6保持。所以最大连通集只适用于需要少量具有卓越AKF和KKF特性的序列的应用中。
基于优选对所开发的另一代码集是按照R.Gold命名的Gold代码。Gold代码是形成大的集和拥有良好的相关性特性的周期性序列。在构造Gold代码时,与M序列的优选对相比确定出,这些Gold代码的有利的直线性互相关性特性保持,不过成为较不利的直线性自相关性特性的负荷。这里再次又适用的是,非直线性(ungrade)的相关性特性比直线性的显著不利。
所谓的Barker代码序列的良好的自相关性使采集容易,并允许借助相关性接收机良好地估计信道脉冲应答。序列的良好的互相关性是必要的,以便可以进行使用者的可靠分离。此外由于在直接序列CDMA***中所有的用户在相同的频带中在相同时间发送,互相关性确定出附加产生的干扰的程度。
其它可能的代码集例如是Kasami代码和Walsh代码。
在以上的段落中已介绍了允许借助直接序列频带扩展来构造准正交信号的代码集。但是在此情况下,也显示了直接序列CDMA***的原则性的问题。
对理想相关性特性的要求与对集大小足够大的那个要求背道而驰。不存在具有理想周期性相关性特性的移位寄存器序列的集体。因此在这一点需要折衷。对于机动车中的通信***的领域、尤其是HDR-PLC***的领域,Gold代码具有最有利的特性,这涉及集大小与相关性特性之比。
图3展示了已扩展了直接序列CDMA***的FlexRay通信***1的示意图。在左侧的每一个分支对应于***1的用户4。数据流di(t)、代码序列DS-i和发送机i属于所述每个分支,其中所述发送机i用附图标记8所表示并且在该发送机i中借助代码序列DS-i执行频带扩展。因此例如在发送机#1中,用直接序列代码序列#1在频谱上扩展用户#1的数据流di,在接收机9中用该序列的副本(Duplikat)重新将其去扩展(entspreizen),和因此对所发送的数据d′1进行探测。通过另一代码序列的去扩展是不可能的,也即只有在知道在发送机中所采用的代码序列时,一般来说原则上才可以执行探测。所采用的接收机是相关性接收机。因此在FlexRay***的用户4的迄今的收发机***中,相关性接收机总归在VHDL(VHSIC(甚高速集成电路(Very High Speed IntegratedCircuit))硬件描述语言(Hardware Description Language))中作为接收滤波器存在。频带扩展传输的处理增益(Prozessgewinn)也与该相关性相联系,因为在理想情况下以处理增益的因子抑制噪音。由于所有的用户4在相同频带中在相同时刻发送,在信道中实现其信号的相加的重叠(请参阅图3)。
不理想的互相关性特性因此将引起附加的干扰。信道块2代表电力线,即在其特性方面作为通信信道的经调整的供电线路。
作为对相关性接收机的替代方案,也可以使用在接收机侧的所谓SAW-TDL(表面声波抽头延迟线(Surface Acoustic Wave Tapped DelayLine))滤波器用于对按照本发明方法所传输的数据进行解码。用户4由于同时的传输互相干扰。为了降低所谓的多用户干涉,可以采用多用户探测器。通过使用声表面波的分接延迟线路(表面声波抽头延迟线,SAW-TDL)作为探测器,可以实现以下所述的多用户探测器。
在以电的方式生成声表面波(OFW)时和在反转变成电信号时,充分利用压电效应或交互(reziprok)压电效应。出于该原因,在制造声表面波的元件时,采用具有明显压电特性的材料作为衬底材料。声表面波的分接延迟线路按照图4由将电输入信号12转换成声表面波的输入转换器10,和由从声表面波中重新获取电信号13的输出转换器11所组成。
按照图4,由输入转换器10所触发的声波在输出转换器11的每一个指状物14处生成与各自指状物长度成比例的电压。如果改变指状物14到汇流排15上的连接顺序,则反转该组的每一个指状物对在汇流排15上所引起的电压的正负号。指状物组称为“分接(Anzapfung)”16。输出转换器11的指状物14离输入转换器10越远,来自输入转换器10的信号则出现得越晚。在每一个时刻,在汇流排15上总计各个指状物14的具有作为编程输入的正负号17的电压。部件的脉冲应答对应于具有作为编程输入的相突变的正弦形信号。
由指状物间距、指状物14的数量和信息信号的中心频率fc确定SAW-TDL的结构大小。表面波的传播速度位于3000...4000m/s处。因此对于约10MHz直至几百MHz的中心频率得出约3μm至300μm的表面波波长。通常的SAW滤波器,也如数字滤波器,是所谓的横向滤波器(Transversalfilter),其由延迟元件、乘法器和加法器组成而不是由线圈、电容和电阻单元件组成。这些元件可以被用作可简单操作的和价格便宜的匹配滤波器,用于伪随机相突变调制的正弦信号。SAW-TDL是模拟的无源滤波器。借助分接的延迟线路、整流器和阈值探测器,可以以简单的方式实现精确的***同步。
图5展示了由SAW-TDL组成的接收机结构的构造。为了简化示图,示出了具有SAW-TDL 18(请参阅图4)的单用户探测器。对于多用户探测器,可以相应地添加结构的其它SAW-TDL。
延迟线路(或SAW-TDL)18以代码序列的时钟频率1/Tc的“时间”间距具有分接16。所分接的延迟线路的输出信号13一般具有很小的幅度。只有当刚好存储在延迟线路中的信号片断的接收信号12的相突变适合于代码序列的在延迟线路中编程输入的片断时,输出信号13的幅度才变大。输出信号13的这种最大幅度以时间间距Tb=N·Tc出现,其中,N是代码序列的周期长度。被分接的延迟线路(SAW-TDL)18的在整流器19中被整流的和被输送给阈值探测器20的输出信号13,可以被解释为数字信号,并称为置位脉冲21。一方面因此获得关于主峰值的时刻、即正确采样时刻的准确信息,另一方面将置位脉冲用于接收机时钟脉冲的同步。借助所获得的同步信息,实现输入信号12、或在混合器和A/D转换器22中对信号12进行处理之后输入信号y(n)与代码序列c(n)同步相乘。用附图标记23表示用于生成代码ci(n)的可置位的伪随机发生器,并用附图标记24在其总体上表示相关器。用附图标记25表示解调器。
以下说明在直接序列CDMA***中的采集和跟踪。在接收机中用采集表示初始同步到发送机的信号上的过程。对于所有的CDMA***,这与在发送机中的代码序列和接收机中的代码序列的时钟脉冲之间建立同步性是相同意义的。在该初始同步之后,需要将所调定的代码时钟脉冲保持恒定的措施。人们称该过程为跟踪。由于两项任务应更多地应归于***管理,这里只应简短说明从文献中本身公知的原理。
最公知的采集设备可以粗略分为:
-具有串行搜索的采集,
-具有顺序搜索的采集,和
-具有匹配滤波器的采集。
在所有这些采集方法中,将接收信号与本地(lokal)生成的代码序列相乘。如果在发送机代码序列和接收机代码序列之间的相对位移大于单的码片持续时间Tc,则由噪音确定在窄带滤波之后的信号,因为该信号保持是被扩展的。但是如果该相对位移小于Tc,在滤波器输出端处的有用信号功率则上升,并且阈值决策器探测信号的存在。另一可能性在于,为了采集和在本来的传输过程期间利用不同长的代码序列。
通常将以下的两个原理用于跟踪:
-延迟锁相环(DLL(Delay Locked Loop)),和
-抖动锁相环(TDL(Tau-dither Loop))。
可以认为,在本发明通信***1中,在K个用户4时的比特误差概率大于在只有一个唯一的用户4时的比特误差概率,如果由其余的用户4所引起的干扰可以近似地被解释为加性(additive)高斯噪音过程的话。
朝向直接序列CDMA***方向的扩展,为在汽车PLC领域中的应用在利用FlexRay协议的情况下提供主要优点:
-在直接序列CDMA***中,多个用户在相同频带中在相同时间、也即在利用同一收发机的情况下发送。这是可能的,因为不是由于在时间或频率方面的正交性,而是由于为频带扩展所使用的代码序列而产生了各个用户的信号的可区分性。此外,与FDMA***相比,对于所有用户仅需要一个载频。
-人们通过由所有用户所引起的干扰的统计学扰频(Verwuerfelung),获得在观察干扰情况时的平均效应,因为所有的用户在相同的频带中发送。这具有以下的结果,即在直接序列CDMA***的情况下由其余用户所引起的干扰低于在传统方法时。
-在用户数量上升时,传输质量缓慢降低(所谓的递降(Degradation))。直接序列CDMA***是干涉受限的,即传输质量基本由于频带扩展序列的不理想的互相关性特性而由各个用户的相互干扰来确定。这些干扰和在前一点所谈及的平均效应不是突然地、而是而是缓慢地递降传输情况。在直接序列CDMA***中因此总是还可以再接纳用户,所述用户的干扰的影响于是分散到其余的用户上。
与传统的FlexRay-TDMA***相比,这些点总共实现了直接序列CDMA***的提高了的频谱效率。
-直接序列CDMA***相对于频率选择性的衰落是不敏感的。由于***的宽带性,尽管在子频带中的短时的电平扰动,整个频带中的能量保持近似恒定。
-在两个***的降低的容量的情况下,与已经存在的模拟***共存的可能性。由于数据信号的能量通过扩展而分布在很大的频谱范围上,在模拟窄带信道中成为干扰的分量,对于这些模拟***是可接受的。
-和最后,通过子***以同步的方式传输数据。
以上的点是直接序列CDMA***相对于传统***在频率经济性、***管理和传输质量方面的主要优点。
Claims (13)
1.用于经由通信***(1)的通信媒体(2)在重复的通信循环的时隙中传输数据流d(t)的数据的方法,其特征在于,在发送之前借助确定的代码序列c(t)在频谱上扩展数据流d(t)的数据,然后在重复的通信循环的时隙中传输被扩展的数据。
2.按照权利要求1的方法,其特征在于,通信***(1)的多个用户(4)分别传输数据流di(t)的数据,由用户(4)要传输的数据分别利用不同的代码序列ci(t)在频谱上被扩展。
3.按照权利要求2的方法,其特征在于,在同一频带中同时传输由用户(4)要传输的被扩展的数据si(t)。
4.按照权利要求2或3的方法,其特征在于,借助发送用户(4)的不同的代码序列ci(t)生成正交或准正交数据信号si(t)。
5.按照权利要求1至4之一的方法,其特征在于,借助直接序列频带扩展方法扩展要传输的数据。
6.按照权利要求1至5之一的方法,其特征在于,借助具有反馈的线性移位寄存器生成代码序列ci(t)。
7.按照权利要求2至6之一的方法,其特征在于,在通信***(1)中根据FlexRay协议规范传输被扩展的数据si(t)。
8.按照权利要求2至7之一的方法,其特征在于,通过通信***(1)的能量供应线路结构传输被扩展的数据si(t),其中,所述能量供应线路结构既用于对通信***(1)的用户(4)进行能量供应,也用于在用户(4)之间传输数据。
9.用于在重复的通信循环的时隙中传输数据流d(t)的数据的通信***(1)的用户(4),所述通信***(1)包括通信媒体(2)、用户(4)和至少一个其它的用户(4),其中,为了数据传输的目的,用户(4)连接在通信媒体(2)上,其特征在于,该用户(4)具有用于在发送之前借助确定的代码序列c(t)在频谱上扩展数据流d(t)的数据的装置(5,6,7)和用于在重复的通信循环的时隙中发送被扩展的数据s(t)的装置。
10.按照权利要求9的用户(4),其特征在于,用户(4)具有用于在重复的通信循环的时隙中接收被扩展的数据s(t)的装置和用于借助确定的代码序列c(t)对所接收的被扩展的数据s(t)去扩展的装置,其中,用于去扩展的代码序列c(t)与用于扩展所使用的代码序列c(t)有关。
11.按照权利要求9或10的用户(4),其特征在于,用户(4)被构造用于实施按照权利要求2至8之一的方法的所有步骤。
12.用于在重复的通信循环的时隙中传输数据流d(t)的数据的通信***(1),包括具有多个连接在其上的用户(4)的通信媒体(2),其特征在于,通信***的(1)的发送用户(4)具有用于在发送之前借助确定的代码序列c(t)在频谱上扩展数据流d(t)的数据的装置(5,6,7)和用于在重复的通信循环的时隙中发送被扩展的数据s(t)的装置。
13.按照权利要求12的通信***(1),其特征在于,通信***(1)的用户(4)被构造用于实施按照权利要求2至8之一方法的所有步骤。
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