基于OFDM的数据传输方法、装置、设备和存储介质与流程

本发明实施例涉及网络技术，尤其涉及一种基于ofdm的数据传输方法、装置、设备和存储介质。

背景技术：

在工业互联网中，控制数据的通信主要采用总线方式实现。目前工业互联网中，控制总线为窄带传输总线，采用单载波技术，数据基于时间分片，分时传输。对于各种类型的业务数据，根据业务优先级进行先后传输。

但对于多业务传输，目前的总线传输方式很容易造成总线阻塞。随着工业互联网规模的扩大，接入设备不断增多，目前控制总线的数据传输方式已经无法满足数据高速、实时的传输需求。

技术实现要素：

本发明提供一种基于ofdm的数据传输方法、装置、设备和存储介质，以实现多并发数据的实时传输。

第一方面，本发明实施例提供一种基于ofdm的数据传输方法，包括：

确定并发传输的多个数据的数据类型，数据类型包括周期性控制数据和非周期性业务数据；

采用离散模式承载非周期性业务数据，其中，离散模式中，无线帧在同一子载波的连续m个ofdm符号上承载业务数据；

采用连续模式承载周期性控制数据，其中，连续模式中，无线帧在同一时域的连续k个子载波承载控制数据；

将并发传输的多个数据根据不同数据类型承载在无线帧中后，发送无线帧。

在第一方面一种可能的实现方式中，离散模式中，无线帧在时域的第n个ofdm符号承载导频序列，时域的第n个ofdm符号后频域上同一子载波的连续m个ofdm符号承载业务数据。

在第一方面一种可能的实现方式中，离散模式中，n和m的值根据承载数据的需求和传输信道的状态配置，其中，传输信道的状态与m的值成反比。

在第一方面一种可能的实现方式中，离散模式中，时域的第n个ofdm符号中承载的导频序列用于对时域的第n个ofdm符号后的m个ofdm符号进行信道估计。

在第一方面一种可能的实现方式中，连续模式中，无线帧在时域的每个ofdm符号中承载同一用户的导频序列，承载导频序列的ofdm符号后同一时域的k个子载波承载控制数据。

在第一方面一种可能的实现方式中，连续模式中，无线帧在时域的每个ofdm符号中承载的导频序列，用于对时域的每个ofdm符号后同一时域的k个子载波进行信道估计。

在第一方面一种可能的实现方式中，无线帧还包括同步信号，同步信号占用时域上第一个ofdm符号对应的频域上的多个子载波。

第二方面，本发明实施例还提供了一种基于ofdm的数据传输装置，包括：

数据类型确定模块，用于确定并发传输的多个数据的数据类型，数据类型包括周期性控制数据和非周期性业务数据；

离散模式处理模块，用于采用离散模式承载非周期性业务数据，其中，离散模式中，无线帧在同一子载波的连续m个ofdm符号上承载业务数据；

连续模式处理模块，用于采用连续模式承载周期性控制数据，其中，连续模式中，无线帧在同一时域的连续k个子载波承载控制数据；

数据传输模块，用于将并发传输的多个数据根据不同数据类型承载在无线帧中后，发送无线帧。

第三方面，本发明实施例还提供了一种基于ofdm的数据传输设备，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面任一种实现方式所述的基于ofdm的数据传输方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如第一方面任一种实现方式所述的基于ofdm的数据传输方法

本发明实施例提供的基于ofdm的数据传输方法、装置、设备和存储介质，通过确定并发传输的多个数据的数据类型，采用离散模式承载非周期性业务数据，其中，离散模式中，无线帧在同一子载波的连续m个ofdm符号上承载业务数据，采用连续模式承载周期性控制数据，其中，连续模式中，无线帧在同一时域的连续k个子载波承载控制数据，将并发传输的多个数据根据不同数据类型承载在无线帧中后，发送无线帧，实现了多并发数据的实时传输，将其应用于工业互联网中的总线传输中，即可实现工业互联网中多并发数据的实时传输，适用于目前大规模发展的工业互联网中。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于ofdm的数据传输方法实施例一的流程图；

图2为离散模式承载示意图；

图3为连续模式承载示意图；

图4为ofdm无线帧资源分配示意图；

图5为本发明实施例提供的基于ofdm的数据传输装置实施例一的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的基于ofdm的数据传输设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

工业互联网是应用于工业环境中，为工业生产所服务的网络，随着工业设备网络化的规模扩大，对工业互联网的需求也越来越大。在工业互联网中，各设备的通信采用总线方式实现，目前采用的总线包括控制器局域网络(controllerareanetwork，can)总线、过程现场(processfieldbus，profibus)总线等。但上述总线采用的主要是单载波技术，传输带宽较低，导致传输速率较慢。在网络中设备数量很多时，可能出现多个数据并发的情况，采用单载波的总线进行传输无法满足数据实时传输的需求，可能对工业生产带来影响。因此，本发明提供一种基于正交频分复用(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，ofdm)的数据传输方法，从而解决上述问题。

图1为本发明实施例提供的基于ofdm的数据传输方法实施例一的流程图，如图1所示，本实施例提供的方法包括：

步骤s101，确定并发传输的多个数据的数据类型，数据类型包括周期性控制数据和非周期性业务数据。

在工业网络中的设备逐步增多的场景下，各设备之间所进行的数据传输经常是并发的，也就是在同一时间网络中存在多个所需传输的数据，且各数据可能是属于不同设备或不同用户的。由于传统的工业互联网采用单载波技术，业务数据基于时间分片，分时传输，导致各业务数据仅能根据优先级进行先后传输，容易造成传输阻塞，并且无法实现数据的实时传输。

因此，本发明采用物理层基于ofdm的宽带传输技术，通过在频域和时域上对不同类型的数据进行配置，从而实现数据的实时传输。ofdm是一种多载波调制技术，将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上可以看成平坦性衰落，从而可以消除码间串扰，而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。

在对工业互联网中传输的数据进行分析后，针对数据的不同性质，可以将其区分为两类，一类为周期性控制数据，另一类为非周期性业务数据。其中周期性控制数据是对网络中各设备进行控制或对控制指令进行反馈的数据，其特点是数据大小固定，具有周期性发送的特点。另一类为非周期性业务数据，这类数据是设备之间相互传输的实际业务数据，其特点是数据大小不固定，且非周期性传输。由于两类数据具有不同的性质，就需要采用不同的策略为其分配传输资源，从而实现数据的实时传输。因此，为了使工业网络中的数据进行实时传输，对于网络中的总线，在确定了并发传输的多个数据后，需要分别确定各数据的数据类型。其中，可以根据数据是否为周期性传输的数据确定其对应的数据类型，若数据具有周期性传输的特征，则可以将数据类型确定为周期性控制数据，若数据不具有周期性传输的特征，则可以将数据类型确定为非周期性业务数据。特殊地，还可以根据数据的实时性要求对数据的数据类型进行进一步判断，若数据的传输实时性要求较高，则无论其是否具有周期性传输的特征，都可以将其划分为非周期性业务数据。

另外，并发的多个数据可能仅有周期性控制数据，也可能只有非周期性业务数据，更多的情况是同时具有周期性控制数据和非周期性业务数据。

步骤s102，采用离散模式承载非周期性业务数据，其中，离散模式中，无线帧在同一子载波的连续m个ofdm符号上承载业务数据。

在确定了并发传输的多个数据的数据类型后，就需要采用不同的策略为其分配传输资源。其中对于非周期性业务数据，采用离散模式为其分配传输资源。对于周期性控制数据，采用连续模式为其分配传输资源。

在对传输资源的分配进行说明之前，本实施例中首先对物理层传输资源的分配进行简要说明。对于ofdm技术，其传输的数据包称为无线帧，每个无线帧的物理层可以在频域和时域上分别进行划分，每个无线帧的频域可以划分为若干个子载波，每个子载波占用一定的带宽，每个无线帧中子载波的数量以及每个子载波的带宽根据所采用的ofdm制式而有所区别。在时域上，每个无线帧占用一个固定的时隙，然后将每个时隙在时域上划分为若干个ofdm符号，每个无线帧所占用的时隙长短以及每个时隙中包含的ofdm符号数量也根据所采用的ofdm制式而有所区别。总之，一个无线帧是以频域上的若干个子载波和时域上的若干个ofdm符号所组成的，每个ofdm符号中可以承载各种数据。

在进行数据传输时，发送端将待发送数据按照一定的规则承载在ofdm符号上后，接收端即可从对应的ofdm符号中获取数据并进行解析，从而完成数据的传输。

对于非周期性业务数据，由于其大小不确定，可能为视频、图像等对带宽需求加高的数据，因此需要为其设置一种可以灵活配置大小的数据承载方式。在本实施例中，在离散模式中，无线帧在同一子载波的连续m个ofdm符号上承载业务数据，也就是在一个子载波中，连续m个ofdm符号中承载非周期性业务数据。若非周期性业务数据所需带宽较小，则一个子载波中还可以承载多个业务数据。由于一个无线帧中包括多个子载波，因此每个子载波上都可以承载一个或多个业务数据，这样在一个无线帧中就可以同时承载多个非周期业务数据。

进一步地，为了使接收端能够准确地实现数据接收，发送端在发送数据时，还需要为数据添加导频序列，导频序列是一种特殊的信号，其作用是为了对承载数据的信道进行估计，提高数据传输的成功率。在ofdm的无线帧中，承载每个实际传输数据的ofdm符号之前，都可以使用一个或多个ofdm符号承载导频信号，从而确保数据的成功传输。例如，无线帧在时域的第n个ofdm符号承载导频序列，并在时域的第n个ofdm符号后频域上同一子载波的连续m个ofdm符号中承载业务数据。也就是在一个子载波中，第n个ofdm符号以及之后的m个ofdm符号中承载非周期性业务数据，其中第n个ofdm符号用于承载导频信号。如图2所示，图2为离散模式承载示意图，在图2中，横轴表示时域，纵轴表示频域，每个方格表示一个ofdm符号，导频信号承载于黑色ofdm符号中，黑色ofdm符号后的若干个ofdm符号用于承载业务数据。

在离散模式中，时域上的第n个ofdm符号中承载的导频序列是用于对时域的第n个ofdm符号后的连续m个ofdm符号进行信道估计。由于信道质量的不同，意味着根据导频序列进行信道估计的能力也不同，因此，根据第n个ofdm符号中承载的导频序列所能估计的m个ofdm符号的数量也不同。一般地，传输信道的状态与m成反比，信道状态较好，即信道变化缓慢时，m的值可以增大，信道状态较差，即信道变化较快时，m的值将减小。

步骤s103，采用连续模式承载周期性控制数据，其中，连续模式中，无线帧在同一时域的连续k个子载波承载控制数据。

对于周期性控制数据，由于其大小固定，所需带宽也一般固定，因此可以为其设置固定大小的数据承载方式。在本实施例中，在连续频模式中，无线帧在同一时域的连续k个子载波承载控制数据，也就是在一个时域的ofdm符号对应的连续k个ofdm符号中承载周期性控制数据。这样时域上的每个ofdm符号都可以承载一个不同的周期性控制数据。在这种模式下，资源调度的最小时间粒度为一个ofdm符号，适合高实时性通信场景。这样对于整个工业互联网中的多个设备以及用户而言，就能够在同一时间实现多个控制数据的并发传输。

进一步地，为了使接收端能够准确地实现数据接收，在连续模式中，也可以添加导频序列，无线帧在时域的每个ofdm符号承载导频序列，并在承载导频序列的ofdm符号后同一时域的k个子载波承载控制数据。如图3所示，图3为连续模式承载示意图，在图3中，横轴表示时域，纵轴表示频域，每个方格表示一个ofdm符号，导频信号承载于黑色ofdm符号中，黑色ofdm符号下方的若干个ofdm符号用于承载业务数据。

在连续模式中，无线帧在时域的每个ofdm符号中承载的导频序列，用于对时域的每个ofdm符号后同一时域的k个子载波进行信道估计。

需要说明的是，步骤s102和步骤s103是并行执行的，也就是在确定多个并发传输的数据的数据类型后，分别按照离散模式和连续模式在物理层对其进行处理，然后再执行步骤s104。

步骤s104，将并发传输的多个数据根据不同数据类型承载在无线帧中后，发送无线帧。

在将并发传输的多个数据根据不同的数据类型承载在无线帧中后，即可发送该无线帧，当接收端接收到该无线帧后，可以根据承载导频序列的ofdm符号对承载数据的ofdm符号进行信道估计，并最终实现数据的接收。

由于对并发传输的数据按照不同数据类型进行区分，并根据ofdm技术将其承载于ofdm无线帧中的不同资源中，最终实现了多并发数据的实时传输。将本实施例提供的基于ofdm的数据传输方法应用于工业互联网中的总线传输中，即可实现工业互联网中多并发数据的实时传输，适用于目前大规模发展的工业互联网中。

本实施例提供的基于ofdm的数据传输方法，通过确定并发传输的多个数据的数据类型，采用离散模式承载非周期性业务数据，其中，离散模式中，无线帧在同一子载波的连续m个ofdm符号上承载业务数据，采用连续模式承载周期性控制数据，其中，连续模式中，无线帧在同一时域的连续k个子载波承载控制数据，将并发传输的多个数据根据不同数据类型承载在无线帧中后，发送无线帧，实现了多并发数据的实时传输，将其应用于工业互联网中的总线传输中，即可实现工业互联网中多并发数据的实时传输，适用于目前大规模发展的工业互联网中。

进一步地，对于ofdm的每个无线帧，还需要包括同步信号，同步信号由于是需要第一个被处理的信号，因此同步信号占用时域上第一个ofdm符号对应的频域上的多个子载波。

下面以一个完整的无线帧为例，对本发明实施例提供的基于ofdm的数据传输方法中，无线帧资源的分配方式进行进一步详细说明。图4为ofdm无线帧资源分配示意图。其中，频域包括44个子载波，时域包括16个ofdm符号。为了实现周期性控制数据和非周期性业务数据的并行实时传输，可以将整个无线帧在频域上分为两部分，其中上半部分用于承载非周期性业务数据，下半部分用于承载周期性控制数据。在该ofdm无线帧的第一个ofdm符号对应的频域上上半个频带中，承载的是同步信号。在时域的第2、第5、第11个ofdm符号中，承载非周期性业务的导频序列，在导频序列后同一子载波的后面若干个ofdm符号用于承载非周期性业务数据。从图中可以看出，一个ofdm无线帧可以同时承载多个非周期性业务数据。需要说明的是，非周期性业务数据的导频序列以及承载业务数据的ofdm符号的位置以及数量可以根据实际需求设置，不以图中为限。在ofdm无线帧频域的下半部分，用于承载周期性控制数据，其中频域的第23、24个子载波对应的前8个时域上的ofdm符号用于承载周期性控制数据的导频序列，各导频序列下面若干个子载波的ofdm符号用于承载周期性控制数据。从图中可以看出，一个ofdm无线帧可以同时承载多个周期性控制数据。

对于本发明中的离散模式中的导频信号，可以称为离散导频，其参考信号r(m)映射到资源元素(k,l)时，例如：根据ak,l＝r(8*l+k)l＝ofdm符号序号。即数据信道离散导频应该映射到ofdm符号，r(m)应从k＝0,m＝8*l+k开始映射资源元素(k,l)，资源元素(k,l)的映射应该按m升序进行。根据信道的情况和传输带宽需求,离散导频符号后面跟m个数据符号承载业务数据，离散导频对其后的m个数据符号做实时的信道估计。

对于本发明中的连续模式中的导频信号，可以称为连续导频，参考信号r(m)映射到资源元素(k,l)时，根据

ak,l＝r(k)l＝ofdm符号序号

k＝j*krc+n*mkrc为一个资源块的载波数，j为ofdm符号上/下边带的资源块序号

m为资源块中的导频序号,n为导频间隔可配

即连续导频应该映射到ofdm符号，r(k)应从j＝0,m＝0开始映射资源元素(k,l)，资源元素(k,l)的映射应该按物理资源块顺序，资源块内部k＝j*krc+n*m以m升序进行。频域上同一个符号中的数据子载波根据用户的需求，可以分配给不同的用户，也可由分配给同一个用户；时域上可周期性分配符号给不同的用户，也可以连续分配多个符号给同一个用户。连续导频保证每一个用户实时的信道估计。

图5为本发明实施例提供的基于ofdm的数据传输装置实施例一的结构示意图，如图5所示，本实施例提供的基于ofdm的数据传输装置包括：

数据类型确定模块51，用于确定并发传输的多个数据的数据类型，类型包括周期性控制数据和非周期性业务数据。

离散模式处理模块52，用于采用离散模式承载非周期性业务数据，其中，离散模式中，无线帧在同一子载波的连续m个ofdm符号上承载业务数据。

连续模式处理模块53，用于采用连续模式承载周期性控制数据，其中，连续模式中，无线帧在同一时域的连续k个子载波承载控制数据。

数据传输模块54，用于将并发传输的多个数据根据不同数据类型承载在无线帧中后，发送无线帧。

本实施例提供的基于ofdm的数据传输装置用于实现图1所示实施例提供的基于ofdm的数据传输方法，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

进一步地，在图5所示实施例的基础上，离散模式中，无线帧在时域的第n个ofdm符号承载导频序列，时域的第n个ofdm符号后频域上同一子载波的连续m个ofdm符号承载业务数据。

进一步地，在图5所示实施例的基础上，离散模式中，n和m的值根据承载数据的需求和传输信道的状态配置，其中，传输信道的状态与m的值成反比。

进一步地，在图5所示实施例的基础上，离散模式中，时域的第n个ofdm符号中承载的导频序列用于对时域的第n个ofdm符号后的m个ofdm符号进行信道估计。

进一步地，在图5所示实施例的基础上，连续模式中，无线帧在时域的每个ofdm符号中承载同一用户的导频序列，承载导频序列的ofdm符号后同一时域的k个子载波承载控制数据。

进一步地，在图5所示实施例的基础上，连续模式中，无线帧在时域的每个ofdm符号中承载的导频序列，用于对时域的每个ofdm符号后同一时域的k个子载波进行信道估计。

进一步地，在图5所示实施例的基础上，无线帧还包括同步信号，同步信号占用时域上第一个ofdm符号对应的频域上的多个子载波。

图6为本发明实施例提供的基于ofdm的数据传输设备的结构示意图，如图6所示，该基于ofdm的数据传输设备包括处理器61和存储器62；基于ofdm的数据传输设备中处理器61的数量可以是一个或多个，图6中以一个处理器61为例；基于ofdm的数据传输设备中的处理器61和存储器62可以通过总线或其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。

存储器62作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本申请图1实施例中的基于ofdm的数据传输方法对应的程序指令/模块(例如，基于ofdm的数据传输装置中的数据类型确定模块51、离散模式处理模块52、连续模式处理模块53、数据传输模块54)。处理器61通过运行存储在存储器62中的软件程序、指令以及模块，从而基于ofdm的数据传输设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的基于ofdm的数据传输方法。

存储器62可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据基于ofdm的数据传输设备的使用所创建的数据等。此外，存储器62可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。

本申请实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种基于ofdm的数据传输方法，该方法包括：

确定并发传输的多个数据的数据类型，数据类型包括周期性控制数据和非周期性业务数据；

采用离散模式承载非周期性业务数据，其中，离散模式中，无线帧在同一子载波的连续m个ofdm符号上承载业务数据；

采用连续模式承载周期性控制数据，其中，连续模式中，无线帧在同一时域的连续k个子载波承载控制数据；

将并发传输的多个数据根据不同数据类型承载在无线帧中后，发送无线帧。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(read-onlymemory,rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory,ram)、闪存(flash)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

值得注意的是，上述基于ofdm的数据传输装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。