一种半导体载波通信芯片及数据传输系统的制作方法

1.本发明涉及宽带载波通信领域，特别是涉及一种半导体载波通信芯片及数据传输系统。


背景技术：

2.在现有技术中，物联网/互联网技术已经广泛的运用在人们的日常生活，例如，智能路灯远程控制系统、可视化楼宇对讲系统、户外安防视频传输系统等，给人们提供了极大的方便和效率。
3.在实现对数据、语音、视频等的数据传输时，通常是基于无线通信技术、网络布线技术、电力线载波通信技术等实现。其中，无线通信传输(包括wifi、lora等)存在数据传输稳定性较差的缺陷；网络布线存在需要进行布线，存在升级改造难的缺陷；其中，电力线载波通信技术(power line communication，plc)，是利用电力线作为信息传输媒介，进行数据传输的通信技术，电力线载波通信传输无需布线，因此容易升级改造，并且存在稳定性较好，系统投资低、施工周期短等优势；但是，现有电力线载波通信只能基于电力线实现数据传输，不能基于双绞线、同轴电缆、直流电线、交流电线等进行数据传输，限制了数据传输的应用范围。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种半导体载波通信芯片及数据传输系统，使得二进制数据流信号不仅限于电力线上的传输，还可以在任意一对差分线(例如双绞线、同轴电缆、直流电线、交流电线等)上传输，并且信号传输稳定性好，无需进行重新布线，便于进行升级改造。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种半导体载波通信芯片，包括用于采集二进制数据流信号的数据采集接口；与数据采集接口电连接，用于对二进制数据流信号进行前向纠错的mcu；与mcu电连接，用于对二进制数据流信号进行调制、解调的ofdm调制解调模块；与ofdm调制解调模块电连接，用于将调制后的二进制数据流信号传输至载波传输线或者将解调后的二进制数据流信号传输至译码器的耦合输出输入模块。
6.于本发明的一实施例中，所述数据采集接口包括网络接口、gpio接口以及串行接口。
7.于本发明的一实施例中，所述载波传输线为电力线或者差分线。
8.于本发明的一实施例中，所述ofdm调制解调模块对二进制数据流信号进行ofdm调制的流程为：
9.s1.1：将原信道分成若干正交子信道，将高速串行的二进制数据流信号转化成若干低速并行的数据流子信号，并且将若干数据流子信号分配到若干正交子信道中；
10.s1.2：每个数据流子信号对应一个载波进行调制映射，并且对调制映射处理后的数据流子信号进行ifft处理；
11.s1.3：将若干低速并行数据流子信号转化为高速串行的二进制数据流信号，并且在二进制数据流信号中插入保护间隔。
12.于本发明的一实施例中，所述ofdm调制解调模块对二进制数据流信号进行ofdm解调的流程为：
13.s2.1：在二进制数据流信号中去掉保护间隔，将高速串行的二进制数据流信号转化成若干低速并行的数据流子信号，并且将数据流子信号分配到子信道中；
14.s2.2：对若干低速并行的数据流子信号进行fft处理，并且对若干低速并行的数据流子信号进行解调处理；
15.s2.3：将若干低速并行数据流子信号转化为高速串行的二进制数据流信号。
16.一种数据传输系统，所述系统包括若干半导体载波通信芯片，所述若干半导体载波通信芯片包括一个主载波通信芯片和若干副载波通信芯片，所述主载波通信芯片和若干副载波通信芯片并行接入载波传输线，进行数据传输。
17.于本发明的一实施例中，所述系统进行数据传输前，需要进行组网，所述组网流程为：
18.(1)将主载波通信芯片设置为dhcp主机服务器，并且设置ip地址后接入载波传输线；
19.(2)副载波通信芯片并行接入载波传输线，并且发送odfm同步信息到dhcp主机服务器；
20.(3)dhcp主机服务器接收odfm同步信息进行识别，并且发送反馈信息到副载波通信芯片；
21.(4)副载波通信芯片接收反馈信息后确定自身信道输出的频率范围，并且再次发送ip地址请求到dhcp主机服务器；
22.(5)dhcp主机服务器对副载波通信芯片分配ip地址后完成组网。
23.如上所述，本发明的一种半导体载波通信芯片及数据传输系统，具有以下有益效果：
24.1.本发明使得二进制数据流信号不仅限于电力线上的传输，还可以在任意一对差分线(例如双绞线、同轴电缆、直流电线、交流电线等)上传输，并且信号传输稳定性好，无需进行重新布线，便于进行升级改造。
25.2.本发明采用正交频分复用技术、快速傅利叶变换技术对二进制数据流信号进行ofdm调制、ofdm解调处理，能够减少误码率、降低运算复杂度。
附图说明
26.图1显示为本发明实施例中公开的半导体载波通信芯片的结构框图。
27.图2显示为本发明实施例中公开的半导体载波通信芯片的工作原理图。
28.图3显示为本发明实施例中公开的ofdm调制的流程图。
29.图4显示为本发明实施例中公开的ofdm解调的流程图。
30.图5显示为本发明实施例中公开的数据传输系统的结构框图。
具体实施方式
31.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
32.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
33.请参阅图1，本发明提供一种半导体载波通信芯片，包括用于采集二进制数据流信号的数据采集接口，所述数据采集接口包括网络接口、gpio接口以及串行接口等外围接口；与数据采集接口电连接，用于对二进制数据流信号进行前向纠错的mcu，所述mcu集成了mac模块(用于ip地址管理)和tcp/ip协议栈；与mcu电连接，用于对二进制数据流信号进行ofdm调制、ofdm解调的ofdm调制解调模块；与ofdm调制解调模块电连接，用于将调制后的二进制数据流信号传输至载波传输线或者将解调后的二进制数据流信号传输至译码器的耦合输出输入模块；其中，所述载波传输线为电力线或者差分线。
34.其中，ofdm(orthogonal frequency division multiplexing，正交频分复用)，实际上是多载波调制的一种，通过分频复用实现高速串行二进制数据流信号的并行输出，具有较好的多径抗衰的能力。
35.请参阅图2，本发明首先通过数据采集接口采集二进制数据流信号；然后将二进制数据流信号输出到mcu进行前向纠错处理(fec)；最后将二进制数据流信号传输到ofdm调制解调模块进行ofdm调制后经过耦合输出输入模块输出至载波传输线；同时，二进制数据流信号可以通过ofdm调制解调模块进行ofdm解调后经过译码器输出。
36.请参阅图3，所述ofdm调制解调模块对二进制数据流信号进行ofdm调制的流程为：
37.s1.1：将原信道分成若干正交子信道，将高速串行的二进制数据流信号转化成若干低速并行的数据流子信号，包括x(0)、x(1)
……
x(n)，并且将若干数据流子信号分配到若干正交子信道中；
38.s1.2：每个数据流子信号对应一个载波进行调制映射，并且对调制映射处理后的数据流子信号进行ifft处理；
39.s1.3：将若干低速并行数据流子信号转化为高速串行的二进制数据流信号，并且在二进制数据流信号中插入保护间隔。
40.请参阅图4，所述ofdm调制解调模块对二进制数据流信号进行ofdm解调的流程为：
41.s2.1：在二进制数据流信号中去掉保护间隔，将高速串行的二进制数据流信号转化成若干低速并行的数据流子信号，包括y(0)、y(1)
……
y(n)，并且将数据流子信号分配到子信道中；
42.s2.2：对若干低速并行的数据流子信号进行fft处理，并且对若干低速并行的数据流子信号进行解调处理；
43.s2.3：将若干低速并行数据流子信号转化为高速串行的二进制数据流信号。
44.其中，ofdm的主要思想是将原信道分为若干正交子信道，在进行ofdm解调时，将高速串行的二进制数据流信号转换成低速并行的数据流子信号，并且将数据流子信号调整到每个子信道上进行传输；其中，子信道的信号宽度小于原信道的信号宽度，因此每个子信道均是平坦性衰落，从而可以消除码间干扰；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，使得子信道均衡变得相对容易。
45.现有调制映射均是在单个载波上进行的，这种单载波的调制方法易发生码间干扰而增加误码率，因此本发明将高速串行二进制数据流信号转换为若干低速率并行数据流子信号，每个低速数据流子信号对应一个载波进行调制，组成一个多载波的同时调制的并行传输系统，即克服上述缺陷。
46.另外，由于插入保护间隔，在保护间隔大于最大多径时延扩展的情况下，可以最大限度地消除多径带来的符号间干扰，如果用循环前缀作为保护间隔，还可避免多径带来的子信道之间的干扰；并且，正交的载波可以利用快速傅利叶变换(fft/ifft)实现调制和解调，可显著降低运算复杂度。
47.请参阅图5，本发明提供一种数据传输系统，所述系统包括若干半导体载波通信芯片，分别为半导体载波通信芯片1、半导体载波通信芯片2
……
半导体载波通信芯片n、半导体载波通信芯片n 1，所述若干半导体载波通信芯片包括一个主载波通信芯片和若干副载波通信芯片，所述主载波通信芯片和若干副载波通信芯片并行接入载波传输线，进行数据传输。
48.所述系统进行数据传输前，需要进行组网，所述组网流程为：
49.(1)将主载波通信芯片设置为dhcp主机服务器，并且设置ip地址后接入载波传输线；
50.(2)副载波通信芯片并行接入载波传输线，并且发送odfm同步信息到dhcp主机服务器；
51.(3)dhcp主机服务器接收odfm同步信息进行识别，并且发送反馈信息到副载波通信芯片；
52.(4)副载波通信芯片接收反馈信息后确定自身信道输出的频率范围，并且再次发送ip地址请求到dhcp主机服务器；
53.(5)dhcp主机服务器对副载波通信芯片分配ip地址后完成组网。
54.综上所述，本发明使得二进制数据流信号不仅限于电力线上的传输，还可以在任意一对差分线(例如双绞线、同轴电缆、直流电线、交流电线等)上传输，并且信号传输稳定性好，无需进行重新布线，便于进行升级改造；并且采用正交频分复用技术快速傅利叶变换对二进制数据流信号进行ofdm调制、ofdm解调处理，能够减少误码率、降低运算复杂度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
55.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。