高速工业通信系统的同步方法、装置、网络设备及存储介质

摘要

本申请实施例公开一种用于高速工业通信系统的同步方法、装置、网络设备及存储介质。控制设备广播帧头同步导频信号，帧头同步导频信号包括连续的两个同步OFDM符号，两个同步OFDM符号的频域子载波加载相同导频序列。同步方法包括：根据发射模式，提取连续的第一和第二目标同步OFDM符号；对第一目标同步OFDM符号做时域自相关运算；根据时域自相关运算的结果确定信号初始时刻。根据本申请的高速工业通信系统及方法可解决工业现场传统总线低带宽、无法同时承载实时和非实时以及网络结构复杂的问题，支持IPV6地址通信，支持时间触发的工业通信，支持TSN、白名单、深度检测和数据加密等安全机制。

权利要求

1.一种用于高速工业通信系统中终端节点设备的同步方法，其特征在于，所述高速工业通信系统包括控制设备和所述终端节点设备，所述高速工业通信系统提供OFDM符号时间宽度不同的多种发射模式，所述高速工业通信系统的物理层信号帧包括所述控制设备广播的帧头同步导频信号，所述帧头同步导频信号包括连续的两个同步OFDM符号，所述两个同步OFDM符号的频域子载波加载相同导频序列，时域位置在前的同步OFDM符号中偶数位置的频域子载波置零或奇数位置的频域子载波置零，所述同步方法包括：根据发射模式，提取连续的第一目标同步OFDM符号和第二目标同步OFDM符号，所述第一目标同步OFDM符号时域位置在前；

对所述第一目标同步OFDM符号做时域自相关运算；

根据所述时域自相关运算的结果确定信号初始时刻。

2.根据权利要求1所述的同步方法，其特征在于，在根据所述时域自相关运算的结果确定信号初始时刻之后，还包括：

利用所述第一目标同步OFDM符号和第二目标同步OFDM符号的相关进行初步时钟同步。

3.根据权利要求2所述的同步方法，其特征在于，所述利用所述第一目标同步OFDM符号和第二目标同步OFDM符号的相关进行初步时钟同步，包括：对所述第一目标同步OFDM符号和第二目标同步OFDM符号进行时域相关计算或频域相关运算。

4.根据权利要求1所述的同步方法，其特征在于，在根据所述时域自相关运算的结果确定信号初始时刻之后，还包括：

获取下一同步OFDM符号，利用所述第二目标同步OFDM符号与所述下一同步OFDM符号的相关进行精细时钟同步。

5.根据权利要求1所述的同步方法，其特征在于，在根据所述时域自相关运算的结果确定信号初始时刻之后，还包括：

获取间隔至少一帧的两个同步OFDM符号，利用所述两个同步OFDM符号的相关进行精细时钟同步。

6.根据权利要求1所述的同步方法，其特征在于，所述根据所述时域自相关运算的结果确定信号初始时刻，包括：

根据时域自相关运算的相关尖峰结果确定信号初始时刻。

7.根据权利要求1‑6中任一项所述的同步方法，其特征在于，所述帧头同步导频信号为伪随机序列。

8.一种用于高速工业通信系统的同步方法，其特征在于，所述高速工业通信系统包括控制设备和所述终端节点设备，所述高速工业通信系统提供OFDM符号时间宽度不同的多种发射模式，所述同步方法包括：根据发射模式，所述控制设备广播帧头同步导频信号，所述帧头同步导频信号包括连续的两个同步OFDM符号，所述两个同步OFDM符号的频域子载波加载相同导频序列，时域位置在前的同步OFDM符号中偶数位置的频域子载波置零或奇数位置的频域子载波置零。

9.一种用于高速工业通信系统中终端节点设备的同步装置，其特征在于，所述高速工业通信系统包括控制设备和所述终端节点设备，所述高速工业通信系统提供OFDM符号时间宽度不同的多种发射模式，所述高速工业通信系统的物理层信号帧包括所述控制设备广播的帧头同步导频信号，所述帧头同步导频信号包括连续的两个同步OFDM符号，所述两个同步OFDM符号的频域子载波加载相同导频序列，时域位置在前的同步OFDM符号中偶数位置的频域子载波置零或奇数位置的频域子载波置零，所述同步装置包括：提取模块，用于根据发射模式，提取连续的第一目标同步OFDM符号和第二目标同步OFDM符号，所述第一目标同步OFDM符号时域位置在前；

相关运算模块，用于对所述第一目标同步OFDM符号做时域自相关运算；

判定模块，用于根据所述时域自相关运算的结果确定信号初始时刻。

10.一种网络设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上执行的指令，其特征在于，所述处理器执行所述指令时实现如权利要求1‑8中任一所述的同步方法。

11.一种机器可读存储介质，其上存储有计算指令，其特征在于，该计算指令被处理器执行时实现如权利要求1‑8中任一所述的同步方法。

说明书

高速工业通信系统的同步方法、装置、网络设备及存储介质

技术领域

[0001] 本申请实施例涉及工业通信与控制领域，尤其涉及用于高速工业通信系统的同步方法、装置、网络设备及存储介质。

背景技术

[0002] 在工业领域，高速工业控制总线上通常挂接多个工业设备(如测量仪表)，同时每个工业设备可以通过高速工业控制总线进行通信，如传输控制信号，用于控制工业设备进
行工业生产活动。

[0003] 高速工业控制总线对数据的实时传输要求较高，而且工业设备需要进行时间同步(例如，时间同步、时钟同步、载波频率同步)，以实现高精度的工业生产活动。目前高速工业
控制总线大都采用网络时间协议(Network Time Protocol，NPT)或电子和电气工程师协会
(Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE)的IEEE 1588，通过打上
时间戳的方式实现网络时间同步。

[0004] 随着大数据的发展以及智能设备的普及，在高速工业控制中，需要传输的数据也越来越多，而且传输速率要求较高。同时，数据的复杂性和传输难度也大大增加。针对上述
问题，NPT受队列时延、交换时延和介质访问时延等因素影响，时间同步的误差变大，无法满
足当前的数据实时传输的需求。同时，IEEE1588受振荡器频率误差、网络对称性和网络延迟
等影响，时间同步的误差变大，无也无法满足当前的数据实时传输的需求。

发明内容

[0005] 本申请实施例提供了一种用于高速工业通信系统的同步方法、装置、网络设备及存储介质，可以提高高速工业控制同步的精度，满足数据实时传输的需求。

[0006] 根据本申请第一方面，提供一种一种用于高速工业通信系统中终端节点设备的同步方法，所述高速工业通信系统包括控制设备和所述终端节点设备，所述高速工业通信系
统提供OFDM符号时间宽度不同的多种发射模式，所述高速工业通信系统的物理层信号帧包
括所述控制设备广播的帧头同步导频信号，所述帧头同步导频信号包括连续的两个同步
OFDM符号，所述两个同步OFDM符号的频域子载波加载相同导频序列，时域位置在前的同步
OFDM符号中偶数位置的频域子载波置零或奇数位置的频域子载波置零，所述同步方法包
括：

[0007] 根据发射模式，提取连续的第一目标同步OFDM符号和第二目标同步OFDM符号，所述第一目标同步OFDM符号时域位置在前；

[0008] 对所述第一目标同步OFDM符号做时域自相关运算；

[0009] 根据所述时域自相关运算的结果确定信号初始时刻。

[0010] 根据本申请第二方面，提供一种用于高速工业通信系统的同步方法，所述高速工业通信系统包括控制设备和所述终端节点设备，所述高速工业通信系统提供OFDM符号时间
宽度不同的多种发射模式，所述同步方法包括：根据发射模式，所述控制设备广播帧头同步
导频信号，所述帧头同步导频信号包括连续的两个同步OFDM符号，所述两个同步OFDM符号
的频域子载波加载相同导频序列，时域位置在前的同步OFDM符号中偶数位置的频域子载波
置零或奇数位置的频域子载波置零。

[0011] 根据本申请第三方面，提供一种帧头结构，应用于高速工业通信系统通信过程中的物理层信号帧，包括：连续的两个同步OFDM符号资源，所述同步OFDM符号资源用于承载导
频信号；其中，所述两个同步OFDM符号资源对应的待加载的导频序列相同，且时域位置在前
的同步OFDM符号资源中偶数位置的频域子载波置零或奇数位置的频域子载波置零。

[0012] 根据本申请第四方面，提供一种用于高速工业通信系统中终端节点设备的同步装置，所述高速工业通信系统包括控制设备和所述终端节点设备，所述高速工业通信系统提
供OFDM符号时间宽度不同的多种发射模式，所述高速工业通信系统的物理层信号帧包括所
述控制设备广播的帧头同步导频信号，所述帧头同步导频信号包括连续的两个同步OFDM符
号，所述两个同步OFDM符号的频域子载波加载相同导频序列，时域位置在前的同步OFDM符
号中偶数位置的频域子载波置零或奇数位置的频域子载波置零，所述同步装置包括：提取
模块，用于根据发射模式，提取连续的第一目标同步OFDM符号和第二目标同步OFDM符号，所
述第一目标同步OFDM符号时域位置在前；相关运算模块，用于对所述第一目标同步OFDM符
号做时域自相关运算；判定模块，用于根据所述时域自相关运算的结果确定信号初始时刻。

[0013] 根据本申请第五方面，提供一种网络设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上执行的指令，其特征在于，述处理器执行所述指令时实现前述任一所述的
同步方法。

[0014] 根据本申请第六方面，提供一种机器可读存储介质，其上存储有计算指令，该计算指令被处理器执行时实现前述任一所述的同步方法。

[0015] 本申请实施例在高速工业通信系统中利用同步OFDM导频符号，实现时间同步和时钟同步，可以提高高速工业通信系统的时间同步和时钟同步的精度，从而满足数据实时传
输的需求。

[0016] 因此，根据本申请的高速工业通信系统及方法可解决工业现场传统总线低带宽、无法同时承载实时和非实时以及网络结构复杂的问题，支持IPV6地址通信，支持时间触发
的工业通信，支持TSN、白名单、深度检测和数据加密等安全机制。

附图说明

[0017] 图1示出可应用根据本申请实施例的同步方法的高速工业通信系统的网络拓扑示意图；

[0018] 图2示出本申请实施例使用的通信协议栈架构；

[0019] 图3示出本申请实施例使用的信号帧的结构及OFDM符号；

[0020] 图4示出本申请实施例使用的通信信号帧的框图；

[0021] 图5示出根据示例实施例的信号发射和接收系统的物理层过程示意图；

[0022] 图6示出根据示例实施例的扰码序列生成示意图；

[0023] 图7a示出根据示例实施例的码率为1/2的卷积编码器；

[0024] 图7b示出根据示例实施例的m序列生成器；

[0025] 图8示出根据本申请实施例的可用于前述高速工业通信系统中终端节点设备的同步方法；

[0026] 图9示出根据实施例的OFDM符号的自相关特性示意图；

[0027] 图10示出根据示例实施例的用于高速工业通信系统中终端节点设备的同步装置；

[0028] 图11示出根据本申请实施例的网络设备的结构示意图。

具体实施方式

[0029] 下面结合附图和实施例对本申请进行进一步的详细介绍。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实现方式。提供这些实施例是为使得本
申请全面而详细，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的
附图标记表示相同或类似的部分，因而有时省略对它们的重复描述。

[0030] 在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本申请的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并
组合，因此本申请也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如
果一个实施例包含特征A、B、C，另一个实施例包含特征B、D，那么本申请也应视为包括含有
A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容
中有明确的文字记载。

[0031] 下面的描述提供了示例，并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本申请内容的范围的情况下，对描述的元素的功能和布置做出改变。各
个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺
序不同的顺序来执行，并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外，可以将关于一些示例描
述的特征组合到其他示例中。

[0032] 图1示出可应用根据本申请实施例的同步方法的高速工业通信系统的网络拓扑示意图。

[0033] 如图1所示，所述通信系统是一种采用两线非桥接媒介，可支持254个有效节点，其中一个为控制节点，其他为终端节点。控制节点负责管理、分配、回收各系统资源，并实时给
所有节点推送系统配置、分配通信带宽等。所述通信系统可使用总线式组网，通过系统预配
置或动态申请的方式，提供固定带宽数据服务和支持突发数据的可变带宽数据服务。所述
通信系统针对周期性采样数据，突发性的控制、告警以及ISO/IEC/IEEE 8802‑3以太网格式
的IPv4/IPv6数据均能提供可靠和确定性的承载。所述通信系统具有高精度时钟同步的功
能，基于时间触发提供对时间敏感性和非时间敏感性业务提供确定性的数据传输服务。

[0034] 所述通信系统协议栈架构如图2所示，包括物理层、数据链路层和应用层三部分。

[0035] 物理层可以是基于OFDM技术实现了在两线上创建基于共享介质的现场总线，完成物理信号的转换以保障高可靠性传输，但本申请不限于此。在OFDM时域及频域上进行物理
资源的划分与管理，以承载数据链路层的数据。物理层向数据链路层提供了时钟管理服务、
数据传输服务和物理层管理服务三大类接口。OFDM(正交频分复用，Orthogonal Frequency 
Division Multiplexing)技术将目标信道划分成多个子信道，这些子信道在频域内是正交
的。此外，每个子信道上可以使用的不同的方式进行调制，实际上OFDM将数据信号转换成数
据流并调制到每个子信道上进行传输。载波是在信道上传输的周期性震荡信号，用于被调
制后传输有用信号。OFDM技术是为了提高载波的频谱利用率，或者是为了改进对多载波的
调制而产生的，由于各子载波相互正交，使扩频调制后的频谱可以相互重叠，这样就减小了
载波间的相互干扰。

[0036] 通过应用OFDM，可实现具有多节点、高带宽、时间敏感的高速工业通信系统，用于过程控制和离散控制等自动化控制工业现场的实时数据和非实时数据的传输与应用，并可
兼容ISO/IEC/IEEE 8802‑3以太网、IPv6等应用。所述通信系统具有高带宽高实时、远距离
高可靠性传输的特性，布线和安装简单，提供便利的网络维护，支持对现有线缆资产的利
用。

[0037] 数据链路层(DLL)主要包含LLC子层和MAC子层两层。LLC子层包含LLC、时间同步模块和ISO/IEC/IEEE 8802‑3LLC模块。MAC子层包括MAC和支撑ISO/IEC/IEEE 8802‑3MAC的
MAC子层。数据链路层向应用层提供数据链路服务、数据链路管理服务和时钟同步服务三种
服务接口。

[0038] 应用层(AL)包括基于实时应用和非实时应用的数据服务模块与系统管理服务模块、时间服务模块、基于IPv4/IPv6的TCP/UDP模块。数据服务模块提供用户完成实时和非实
时相关业务的处理，区分实时和非实时业务数据缓冲区。系统管理服务模块实现对系统拓
扑、状态的管理与维护。时间服务模块提供时钟同步、时钟查询等服务。

[0039] 所述通信系统采用了基于OFDM技术的物理层设计，可同时支持时分复用和频分复用的工作模式。在频域上，所述通信系统可提供例如四种不同的发射模式(0，1，2，3)。用户
可根据实际应用条件下的信噪比条件选择不同发射模式。对应不同发射模式下，一个OFDM
符号时间宽度分别可以为例如64us，32us，16us，8us。

[0040] 在所述通信系统中，可固定采用例如64个OFDM符号作为一个帧，但本申请不限于此。根据用户选择的发射模式不同，所述通信系统的帧周期可从500us到4.0ms不等，该参数
配置可满足不同应用条件下对不同采样周期的需求。系统各模式下的对应参数可如表1所
示。

[0041] 表1

[0042]

[0043]

[0044] 在所述通信系统中，数据链路层发送出的数字码流经过物理层的RS编码、卷积编码和QAM映射后，分别对应到以OFDM符号和子载波规定的物理资源上，并进行FFT调制，然后
形成物理层信号帧后发射到线缆上。接收端经过相反的过程恢复出数字信号和数据流。

[0045] 所述通信系统在时域上的采样间隔例如为：即在不同发射模式中，采样间隔都为固定值，在所述通信系统中，TS可取值
10.17ns。

[0046] 所述通信系统物理层信号的基本单元是OFDM符号，例如64个OFDM符号组成一个信号帧。每个OFDM符号又在频域子载波上平均分为上边带和下边带两部分。高频率子载波部
分(例如，16.896–32.256MHz)称为上边带，低频率子载波部分(例如，1.536–16.896MHz)称
为下边带。在所述通信系统分配通道资源时，上、下边带可以分配给不同的设备节点。信号
帧的结构及OFDM符号可如图3所示。

[0047] 图4示出所述通信系统信号帧的框图。

[0048] 如图4所示，所述通信系统信号帧可分解的元素有：帧导频信号、下行子帧、可分配资源等。

[0049] 帧导频信号用以识别一个信号帧的开始，具有信号帧同步和帧头定位的功能。帧导频信号可例如固定在每帧的第1，2个OFDM符号的下边带部分(如图4中帧导频部分)。

[0050] 下行子帧可用于从控制节点发往各终端节点的数据和信息，可包括例如信道、带宽分配情况、系统维护信息，传输数据等多个内容。下行子帧可包含≥2个OFDM符号的下边
带部分(如图4中下行部分)。

[0051] 可分配资源最小单位可为1个OFDM符号的半边带(选择使用模式A时)或2个OFDM符号的半边带(选择使用模式B时)。在图4中所有空白部分均为系统可分配资源，控制节点和
各终端节点均可根据需求申请对应资源并用来传输相关数据。

[0052] 模式A为在单一OFDM半边带中既传输数据，又传输导频信号，其中导频信号与数据占用的子载波数量的比例为例如1:8。

[0053] 模式B为在申请到的可分配资源的第一个OFDM半边带中传输导频信号，而在随后的1个至n个OFDM符号中传输数据。

[0054] 由于所述通信系统中需要通过导频信息来区别和确认一个资源的起始，因此，除了在每个信号帧的起始部分需要发送帧导频信号外，在将可分配资源分配给控制节点或各
个终端节点后，在此资源内也需要根据特定形式插入导频信息，以便接收端能快速、准确的
解码出对应信息。可分配资源支持两种使用模式，例如模式A和模式B。两种使用模式的区别
在于插入导频信号的方式和数据承载结构不同。使用模式A一般用作周期性循环数据传输
的申请使用，在所述通信系统如果采用使用模式A的工作方式，最大可支持8个用户间隔使
用；同时，使用模式A也支持多用户跨间隔资源平均分配的方式。使用模式B既可以用作周期
性循环固定速率数据传输使用，也可以用作可变速率数据传输。

[0055] 所述通信系统的物理层在承载数据链路层数据时，可配置多种工作模式。不同的工作模式适应不同的信道环境和数据传输要求。每种工作模式下的发射模式、帧格式、调制
编码策略都会影响物理资源与可承载的有效数据量的关系。

[0056] 数据链路层数据是以比特流的形式传输给物理层的，这些比特流按照对应RS编码分成不同长度的RS码块。RS码块是物理层数据处理的一个单位，一个OFDM符号承载的有效
字节数是码块有效字节数的整数倍。所述通信系统共支持22种工作模式，其中在使用模式A
下支持10种工作模式，在使用模式B下支持12种工作模式。

[0057] 图5示出根据示例实施例的所述通信系统发射和接收系统的物理层过程示意图。

[0058] 如图5所示，在发射过程中，数据流分别经过加扰、RS编码、卷积编码后进行数据交织，再通过16QAM，64QAM或256QAM调制后形成OFDM信号，根据不同的发射模式将数据组合成
帧后在电缆线上发射出去。接收系统是发射系统的逆过程，用以从线路编码信号中将数据
流准确的解码、还原出来。

[0059] 物理层信号的传输采用OFDM调制，生成OFDM信号的核心过程是IFFT(快速傅里叶逆变换)，还原OFDM信号处理则对应FFT(快速傅里叶变换)。在给定系统带宽和采样间隔的
情况下，不同的FFT/IFFT采样点数会得到不同的子载波间隔以及OFDM符号长度。系统支持
0、1、2、3共四种不同的发射模式，分别对应4096、2048、1024、512个采样点。

[0060] 为了避免连续0，1出现，在编码之前，会对由MAC层传输块包含的比特流进行加扰。11 2
扰码序列是长度为11的m序列，生成多项式为x +x+1，初始化相位为11111111111。序列生
成器在每个码块开始时重新初始化。扰码序列生成过程如图6所示，其中enable指示了控制
开关，data为输入的待加扰比特流，output为输出的已加扰比特流。

[0061] 物理层编码可采用例如内码为卷积码和外码为RS码的级联码。经过CRC校验的传输块首先进入外码编码器进行RS编码，然后再进入内码编码器进行卷积码编码。编码之后
的比特进入比特交织器进行交织处理。

[0062] RS码采用原始的RS(255,247)、RS(255,239)、RS(255,223)系统码的缩短码，原始RS码长为255字节，校验字节长度为8、16或32字节，是基于有限域GF(256)的循环码，其域的
8 4 3 2
生成多项式为p(x)＝x+x +x+x+1。当RS码生成多项式为 L为校验位长度，
输入信息序列多项式为 K为信息位长度，则系统码输出多项式
其中

[0063] 经过RS编码的传输数据按照高位比特优先发送的原则将每个字节映射为8位比特流，送入卷积码编码器，码率分别为例如1/2、2/3和3/4。卷积编码器使用约束长度为7、码率
为1/2的卷积编码器，生成多项式为例如G1＝1718和G0＝1338，如图7a所示。编码器的移位寄
存器初始值可设置为输入流最后的6个信息比特对应的值，使得移位寄存器的初始和最终
状态相同。根据图7a，编码比特流按照A、B顺序输出。通过删除编码比特，可以得到码率为2/
3和3/4的卷积编码。

[0064] 编码后的比特流需要进行交织。把比特流以NCBIB为交织块进行分组，在下行链路，所有的编码数据比特交织都在一个OFDM符号的半子带进行。交织分为两步置换，第一次置
换确保相邻编码比特映射到不相邻的子载波，第二次置换确保相邻的编码比特被交替映射
到星座的高有效位和低有效位比特。具体交织规则例如为：

[0065] 第一次置换：

[0066] i＝(NCBIB/NCOL)(kmodNCOL)+floor(k/NCOL)k＝0,1,...NCBIB，这里NCBIB为交织块长度，k为第一次置换之前的编码比特序号，i为第一次置换之后的编码比特序号。

[0067] 第二次置换：

[0068] j＝s*floor(i/s)+(i+NCBIB‑floor(i*NCOL/NCBIB))mods i＝0,1,...NCBIB s＝max(NBPS/2,1)，这里j为第二次置换之后的编码比特序号，NBPS一个调制符号所对应的比特位
数。下行交织配置参数如表6所示，其中使用模式A可选交织模式3，4，使用模式B可选交织模
式0，1，2。

[0069] 调制映射器将二进制数字0,1作为输入，产生复数调制输出符号x。调制映射方案为16QAM、64QAM、256QAM三种方式。二进制数根据调制方式得到星座点Z，然后进行归一化得
到正确的复数调制符号x。

[0070] 所述通信系统支持各种编码调制方式，在使用模式A和使用模式B下的主要调制编码策略如表2和表3所示。

[0071] 表2：使用模式A下的调制编码策略

[0072]

[0073]

[0074] 表3：使用模式B下的调制编码策略

[0075]

[0076]

[0077] 导频序列由例如生成多项式为x11+x8+x5+x2+1的m序列产生，生成电路可如图7b所示。

[0078] 对图7b得到的m序列可进行BPSK调制，得到导频序列r(m)。

[0079] 对于导频符号，导频序列r(m)映射到资源元素(k,l)，主要根据：

[0080] ak,l＝r(8*l+k)  l＝0,1

[0081] 即导频应该映射到帧的第0,1个OFDM符号，r(m)应从k＝0,m＝8*l+k，以升序映射到资源元素(k,l)，对于导频符号0，只用偶数子载波，即k取偶数。

[0082] 图8示出根据本申请实施例的可用于前述高速工业通信系统中终端节点设备的同步方法。如前所述，所述高速工业通信系统包括控制设备和所述终端节点设备，所述高速工
业通信系统提供OFDM符号时间宽度不同的多种发射模式。另外，所述高速工业通信系统的
物理层信号帧包括所述控制设备广播的帧头同步导频信号，所述帧头同步导频信号包括连
续的两个同步OFDM符号，所述两个同步OFDM符号的频域子载波加载相同导频序列，时域位
置在前的同步OFDM符号中偶数位置的频域子载波置零或奇数位置的频域子载波置零。该装
置可采用软件和/或硬件的方式实现，并一般可集成电子设备中。所述帧头同步导频信号可
为伪随机序列。本实施例的信号帧、高速工业通信系统、控制设备、目标OFDM符号、帧头资源
分配信息、同步时频域资源和同步子载波等均可以参考前面的描述。

[0083] 参见图8，在S810，根据发射模式，提取连续的第一目标同步OFDM符号和第二目标同步OFDM符号，所述第一目标同步OFDM符号时域位置在前。如前所述，在频域上，所述系统
可提供例如四种不同的发射模式(0，1，2，3)。用户可根据实际应用条件下的信噪比条件选
择不同发射模式。对应不同发射模式下，一个OFDM符号时间宽度分别可以为例如64us，
32us，16us，8us。终端节点设备可根据发射模式提取目标同步导频信号。例如，根据能量和
发射模式提取目标同步导频信号，但本申请不限于此。

[0084] 在S820，对所述第一目标同步OFDM符号做时域自相关运算。

[0085] 第一个导频符号频域只有偶数或者奇数子载波数据，在时域上表现为两段相同的时域信号。因此，可以利用导频符号的自相关特性，通过时域相关检测找到信号初始时刻，
从而进行时间同步。

[0086] 在S830，根据所述时域自相关运算的结果确定信号初始时刻。例如，根据所述相关运算的相关尖峰结果确定信号初始时刻。

[0087] 相关运算的相关尖峰结果表示目标OFDM符号自相关性最强，尖峰对应的时间位置即为信号的初始时刻，如图9所示。

[0088] 另外，通过配置多种相关计算确定时间同步估计值，可以增加时间同步计算的灵活性。

[0089] 根据示例实施例，在根据所述时域自相关运算的结果确定信号初始时刻之后，还可利用所述第一目标同步OFDM符号和第二目标同步OFDM符号的相关进行初步时钟同步，从
而对时间同步性差的情景可以快速获得时间同步估计值，但精度较低。

[0090] 根据示例实施例，利用所述第一目标同步OFDM符号和第二目标同步OFDM符号的相关进行初步时钟同步包括对所述第一目标同步OFDM符号和第二目标同步OFDM符号进行时
域相关计算或频域相关运算。

[0091] 根据示例实施例，在根据所述时域自相关运算的结果确定信号初始时刻之后，可获取下一同步OFDM符号，利用所述第二目标同步OFDM符号与所述下一同步OFDM符号的相关
进行比初步时钟同步更精细的时钟同步。

[0092] 根据示例实施例，在根据所述时域自相关运算的结果确定信号初始时刻之后，可获取间隔至少一帧的两个同步OFDM符号，利用所述两个同步OFDM符号的相关进行比初步时
钟同步更精细的时钟同步。

[0093] 以上两种进一步同步的方法模糊度较差。因此，可以采用两种方法结合使用来实现时钟同步。

[0094] 可选的，确定初始时刻从而完成同步之后，还可以包括：根据帧体资源分配信息，确定在所述信号帧中为所述终端节点设备所分配的数据时频域资源，所述数据时频域资源
位于所述信号帧的帧体，且用于承载所述终端节点设备发送的数据信号和/或导频信号；在
检测到满足数据发送条件时，使用与所述数据OFDM符号资源匹配的至少一个数据子载波，
生成待发送的数据OFDM符号；在所述信号帧中与所述数据时频域资源匹配的时域位置处发
送所述数据OFDM符号，其中，所述数据OFDM符号用于指示挂接于所述通信系统上的设备传
输数据。

[0095] 数据时频域资源可用于指定用于承载有效数据的时频域资源，数据时频域位于信号帧的帧体。数据时频域资源可包括一个、两个或者多个连续的OFDM符号资源。数据时频域
资源可用于指定高速工业通信系统上的任一设备(控制设备或终端节点设备)在一个时隙
下能够使用的多个子载波，以及每个所述子载波发送信号的类型为数据信号或者导频信
号。

[0096] 数据发送条件用于判断是否发送有效数据，可包括数据时频域资源指定的时隙与当前系统时间匹配。数据子载波用于承载数据信号或导频信号。数据信号包括有效数据；导
频信号可用于信道评估。

[0097] 使用与数据时频域资源匹配的数据子载波，生成待发送的数据OFDM符号。可将使用数据信号或导频信号调制匹配的数据子载波，并将调制后的数据子载波进行叠加，形成
数据OFDM符号。从而，其他设备接收到数据OFDM符号之后，可以解调出数据信号或导频信
号，用于后续处理。

[0098] 通过配置帧体资源分配信息，指定高速工业通信系统上的任一设备生成数据OFDM符号，承载有效数据，从而实现高速工业通信系统的数据实时传输。

[0099] 本申请实施例通过终端节点设备接收控制设备发送的目标OFDM符号，并用于时间同步，提高时间同步的精度，从而实现数据的实时传输。

[0100] 根据另一实施例，提供一种用于高速工业通信系统的同步方法，所述高速工业通信系统包括控制设备和所述终端节点设备，所述高速工业通信系统提供OFDM符号时间宽度
不同的多种发射模式，所述同步方法包括：根据发射模式，所述控制设备广播帧头同步导频
信号，所述帧头同步导频信号包括连续的两个同步OFDM符号，所述两个同步OFDM符号的频
域子载波加载相同导频序列，时域位置在前的同步OFDM符号中偶数位置的频域子载波置零
或奇数位置的频域子载波置零。

[0101] 因此，根据实施例，本申请还提出一种帧头结构，应用于高速工业通信系统通信过程中的物理层信号帧，包括连续的两个同步OFDM符号资源，所述同步OFDM符号资源用于承
载导频信号；其中，所述两个同步OFDM符号资源对应的待加载的导频序列相同，且时域位置
在前的同步OFDM符号资源中偶数位置的频域子载波置零或奇数位置的频域子载波置零。

[0102] 图10示出根据示例实施例的用于高速工业通信系统中终端节点设备的同步装置。所述高速工业通信系统包括控制设备和所述终端节点设备，所述高速工业通信系统提供
OFDM符号时间宽度不同的多种发射模式，所述高速工业通信系统的物理层信号帧包括所述
控制设备广播的帧头同步导频信号，所述帧头同步导频信号包括连续的两个同步OFDM符
号，所述两个同步OFDM符号的频域子载波加载相同导频序列，时域位置在前的同步OFDM符
号中偶数位置的频域子载波置零或奇数位置的频域子载波置零。所述同步装置1000包括提
取模块1010，提取连续的第一目标同步OFDM符号和第二目标同步OFDM符号，所述第一目标
同步OFDM符号时域位置在前；相关运算模块1020，用于对所述第一目标同步OFDM符号做时
域自相关运算；判断模块1030，用于根据所述时域自相关运算的结果确定信号初始时刻。所
述装置执行与前面提供的方法类似的功能，此处不再赘述。

[0103] 图11示出根据本申请实施例的网络设备的结构示意图。

[0104] 如图11所示，网络设备12以通用计算设备的形式表现。网络设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包
括系统存储器28和处理单元16)的总线18。网络设备12可以是挂接在高速工业通信系统上
的设备。

[0105] 总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举
例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构 (Ind us try 
StandardArchitecture，ISA)总线，微通道体系结构(Micro Channel Architecture，MCA)
总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(Video Electronics Standards Association，
VESA)局域总线以及外围组件互连(Peripheral Component Interconnect，PCI)总线。

[0106] 网络设备12典型地包括多种机器系统可读介质。这些介质可以是任何能够被网络设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。

[0107] 系统存储器28可以包括易失性存储器形式的机器系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓存存储器32。网络设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动
的、易失性/非易失性机器系统存储介质。

[0108] 具有一组(至少一个)指令模块42的指令/实用工具40，可以存储在例如系统存储器28中，这样的指令模块42包括——但不限于——操作系统、一个或者多个应用指令、其它
指令模块以及指令数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。指
令模块42通常执行本申请所描述的实施例中的功能和/或方法。

[0109] 网络设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该网络设备12交互的设备通信，和/或与使得该网
络设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)
通信。这种通信可以通过输入/输出(Input/Output，I/O)接口22进行。并且，网络设备12还
可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(Local Area Network，LAN)，广
域网(Wide Area Network，WAN)通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与网络设备12的
其它模块通信。应当明白，尽管图11中未示出，可以结合网络设备12使用其它硬件和/或软
件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、
(Redundant Arrays of Inexpensive Disks，RAID)系统、磁带驱动器以及数据备份存储系
统等。

[0110] 处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的指令，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本申请任意实施例所提供的同步方法。

[0111] 本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。其中，计算机可读存储介质可以包括但不限于任何类型的
盘，包括软盘、光盘、DVD、CD‑ROM、微型驱动器以及磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、
VRAM、闪速存储器设备、磁卡或光卡、纳米系统(包括分子存储器IC)，或适合于存储指令和/
或数据的任何类型的媒介或设备。

[0112] 本申请实施例还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储计算机程序的非瞬时性计算机可读存储介质，该计算机程序可操作来使计算机执行如上述方法实施
例中记载的任何一种用于广角镜头3D畸变矫正方法的部分或全部步骤。

[0113] 本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请的技术方案可借助软件和/或硬件来实现。本说明书中的“单元”和“模块”是指能够独立完成或与其他部件配合完成特定功能的
软件和/或硬件，其中硬件例如可以是现场可编程门阵列(Field－ProgrammaBLE Gate 
Array，FPGA)、集成电路(Integrated Circuit，IC)等。

[0114] 需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为
依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知
悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请
所必须的。

[0115] 在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

[0116] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种
逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可
以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间
的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，
可以是电性或其它的形式。

[0117] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个
网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目
的。

[0118] 另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单
元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

[0119] 所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或
者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体
现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备
(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分
步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(Read‑Only Memory，ROM)、随机存取存储器
(Random Access Memory，RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

[0120] 本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器
可以包括：闪存盘、只读存储器(Read‑Only Memory，ROM)、随机存取器(Random Access 
Memory，RAM)、磁盘或光盘等。

[0121] 以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑
说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开
的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原
理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被
视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。