Turbo碼交織方法、裝置及交織器與流程
2023-05-26 06:02:06
本發明涉及電力線載波通信領域，尤其涉及一種Turbo碼交織方法、裝置及交織器。
背景技術：
：電力線載波(PowerLineCarrier，PLC)通信是利用電力線為信息傳輸媒介進行語音或數據傳輸的通信方式。電力線載波通信因其廣泛的布線網絡優勢，成為在電力網絡使用區域的最寬廣的通信手段。正交頻分復用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)採用快速傅立葉變換(FastFourierTransformation，FFT)和傅立葉逆變換(InverseFastFourierTransformation，IFFT)實現調製和解調，採用插入循環前綴的方法可以有效降低碼間幹擾帶來的不利影響。此外，OFDM系統各個子載波之間存在正交性，允許子信道的頻譜相互重疊，所以可以最大限度的利用頻譜資源。基於這些優點，OFDM在電力線載波通信中得到越來越廣泛的應用。在以OFDM為核心技術的PLC通信系統中，當數據在信道中傳輸時，如果遇到幹擾，則容易造成大量、集中的錯碼，錯碼數量過多可能會超出糾錯能力而無法糾正錯誤。為提高通信系統的通信性能，可以對通信信道進行信道編碼。現有技術中，Turbo碼以接近香農定理極限的優異性能，成為OFDM通信系統中廣泛應用的信道編碼方式。Turbo碼的最大特點是在編解碼器中引入了交織器和解交織器，能夠有效地實現近似隨機的編解碼。在數據發送之前，通過Turbo碼交織器對數據進行交織，將集中的錯碼分散到各個碼組中，從而便於糾錯。然而，當在數據傳輸過程中，遇到脈衝幹擾和頻率深衰落時，採用現有的Turbo碼交織器對發送數據進行交織後，接收端接收到的數據仍然存在大量錯碼的情況。技術實現要素：本發明實施例解決的問題是如何降低OFDM電力線載波通信系統中數據的誤碼率。為解決上述問題，本發明實施例提供一種Turbo碼交織方法，包括：獲取當前業務對應的數據包長度，以及所述當前業務所對應的子載波數；根據所述數據包長度以及所述子載波數，計算對應的OFDM符號數；根據所述子載波數以及所述OFDM符號數，計算所述當前業務對應的交織參數；根據所述子載波數、所述OFDM符號數以及所述交織參數，計算對應的交織地址。可選的，所述根據所述數據包長度以及所述子載波數，計算對應的OFDM符號數，包括：採用公式n＝N/m得到所述OFDM符號數，其中：n為所述OFDM符號數，N為所述數據包長度，m為所述子載波數。可選的，在n為非整數時，將所述數據包的長度擴展至N＇，並採用公式n＝N＇/m得到所述OFDM符號數n，其中，N＇為大於N且可被m整除的最小整數。可選的，所述根據所述子載波數以及所述OFDM符號數，計算所述當前業務對應的交織參數，包括：採用公式GCD(m_x,m)＝1計算交織參數m_i與m_j：在計算得到的結果中，大於2的數值的個數大於1時，設定m_i為所述結果中大於2的數值中的最小值，m_j為所述結果中大於2的數值中的次小值；在計算得到的結果中，大於2的數值的個數等於1時，設定m_i為所述結果中大於2的數值，m_j＝1；在計算得到的結果中，不存在大於2的數值時，設定m_i＝m_j＝1；採用公式GCD(n_x,n)＝1計算交織參數n_i與n_j：在計算得到的結果中，大於2的數值的個數大於1時，設定n_i為所述結 果中大於2的數值中的次小值，n_j為所述結果中大於2的數值中的最小值；在計算得到的結果中，大於2的數值的個數等於1時，設定n_j為所述結果中大於2的數值，n_i＝1；在計算得到的結果中，不存在大於2的數值時，設定n_i＝n_j＝1；其中，GCD(x,y)表示為求數x與數y的最大公約數。可選的，所述根據所述子載波數、所述OFDM符號數以及所述交織參數，計算對應的交織地址，包括：獲取所述數據包中當前數據的初始地址；採用公式J=(j×n_j+i×n_i)modnI=(i×m_i+J×m_j)modm]]>計算所述當前數據的初始地址對應的交織地址；其中，j表示為當前數據對應的OFDM符號的標識，i表示為當前數據對應的子載波的標識，modn表示為對n求模，modm表示為對m求模。為解決上述問題，本發明實施例還提供了一種Turbo碼交織裝置，包括：獲取單元，用於獲取當前業務對應的數據包長度，以及所述當前業務所對應的子載波數；第一計算單元，用於根據所述數據包長度以及所述子載波數，計算對應的OFDM符號數；第二計算單元，用於根據所述子載波數以及所述OFDM符號數，計算所述當前業務對應的交織參數；第三計算單元，用於根據所述子載波數、所述OFDM符號數以及所述交織參數，計算對應的交織地址。可選的，所述第一計算單元採用公式n＝N/m得到所述OFDM符號數，其中：n為所述OFDM符號數，N為所述數據包長度，m為所述子載波數。可選的，所述第一計算單元還用於：在n為非整數時，將所述數據包的長度擴展至N＇，並採用公式n＝N＇/m得到所述OFDM符號數n，其中，N＇為大於N且可被m整除的最小整數。本發明實施例還提供了一種Turbo碼交織器，包括：參數讀取器、第一運算器、寄存器、第二運算器以及控制器，其中：所述參數讀取器，用於獲取當前業務對應的數據包長度，以及所述當前業務所對應的子載波數；所述第一運算器，用於根據所述數據包長度以及所述子載波數，計算對應的OFDM符號數，並根據所述子載波數以及所述OFDM符號數，計算所述當前業務對應的交織參數；所述寄存器，適於存儲所述第一運算器計算得到的所述當前業務對應的交織參數；所述第二運算器，適於根據所述寄存器中存儲的所述交織參數，以及所述子載波數與所述OFDM符號數，計算對應的交織地址；所述控制器，適於控制所述第二運算器在預設周期內進行運算。與現有技術相比，本發明實施例的技術方案具有以下優點：通過預先獲取當前業務對應的數據包長度以及子載波個數，計算出OFDM符號數，根據OFDM符號數以及子載波個數計算當前業務的交織參數，進而計算獲取當前業務數據對應的交織地址。由於對數據包中的數據進行了時域和頻域的交織，數據在傳輸過程中受到頻率深衰落影響時，可以將同一個子載波位置上的錯誤數據分散到多個子載波中；數據在傳輸過程中受到脈衝幹擾時，可以將一個OFDM符號中的錯誤分散到多個OFDM符號中。即：通過對數據包中的數據進行時域和頻域的交織，可以避免頻率深衰落導致整個子載波位置上的數據均出現錯誤的同時，也可以避免脈衝幹擾導致一個OFDM符號上的數據均出現錯誤，從而可以有效地降低OFDMPLC通信系統中數據的誤碼率。附圖說明圖1是本發明實施例中的一種Turbo碼交織方法的流程圖；圖2是本發明實施例中的同一個OFDM符號中數據交織前後位置對比圖；圖3是本發明實施例中的同一個子載波對應數據交織前後位置分布對比 圖；圖4是本發明實施例中的一種Turbo碼交織裝置的結構示意圖；圖5是本發明實施例中的一種Turbo碼交織器的結構示意圖。具體實施方式在以OFDM為核心技術的PLC通信系統中，當數據在信道中傳輸時，存在脈衝幹擾和頻率深衰落的情況下，採用現有的Turbo碼交織器對發送數據進行交織後，接收端接收到的數據仍然存在大量錯碼的情況。在本發明實施例中，對數據包中的數據進行了時域和頻域的交織。頻域上的交織可以使得數據在傳輸過程中受到頻率深衰落影響時，可以將同一個子載波位置上的錯誤數據分散到多個子載波中，防止頻率深衰落擾亂該頻率對應的所有數據；時域上的交織可以使得數據在傳輸過程中受到脈衝幹擾時，可以將一個OFDM符號中的錯誤分散到多個OFDM符號中，避免整個OFDM符號中的數據受到幹擾。即：通過對數據包中的數據進行時域和頻域的交織，可以避免頻率深衰落導致整個子載波位置上的數據均出現錯誤的同時，也可以避免脈衝幹擾導致一個OFDM符號上的數據均出現錯誤，從而可以有效地降低OFDMPLC通信系統中數據的誤碼率。為使本發明實施例的上述目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。本發明實施例提供了一種Turbo碼交織方法，參照圖1，以下通過具體步驟進行詳細說明。步驟S101，獲取當前業務對應的數據包長度，以及所述當前業務所對應的子載波數。在具體實施中，在發送端將當前業務對應的數據包發送至接收端之前，可以先獲取當前業務對應的數據包長度。在具體實施中，可以根據發送端與接收端之間當前的信道狀態，來選擇對應的子載波頻段以及子載波的數量。在實際應用中，電力線載波通信的信道是一個頻率選擇性信道。電力線載波通信過程中，除了背景噪聲之外，還受到脈衝噪聲、窄帶幹擾等因素的 影響。因此，在選擇子載波時，可以優先選擇信噪比較大的頻段，儘量規避幹擾較強的頻段。在選定頻段後，根據使用的採樣頻率以及FFT點數便可以計算出子載波的個數。在實際應用中，可以根據實際的應用場景來選擇對應的子載波數，此處不做贅述。步驟S102，根據所述數據包長度以及所述子載波數，計算對應的OFDM符號數。在具體實施中，在根據步驟S101獲取到數據包長度以及子載波數之後，即可獲取對應的OFDM符號數。在本發明一實施例中，通過以下公式計算OFDM符號數：n＝N/m(1)；其中，n為OFDM符號數，N為數據包長度，m為子載波個數。在本發明實施例中，還存在N無法被m整除的情況，即根據公式(1)計算得到的OFDM符號數n為非整數。針對上述情況，在本發明實施例中，可以將數據包的長度N擴展至N＇，其中，N＇為大於N且可以被m整除的最小整數。例如，可以在數據包的數據尾部添加N＇-N個無效0，此時OFDM符號數為n＝N＇/m。又如，也可以在數據包的頭部添加N＇-N個無效0，此時OFDM符號數為n＝N＇/m。可以理解的是，在實際應用中，也可以在數據包的中間部分添加N＇-N個無效0。在本發明實施例中，對長度為N＇的數據包執行步驟S103和步驟S104後，可以獲得N＇個數據一一對應的交織地址。接收端對接收到的數據進行解碼後，去除對應位置增加的N＇-N個無效0，即可獲取長度為N的有效數據。可以理解的是，在實際應用中，還可以存在其他的計算公式來計算OFDM符號數，此處不再一一贅述。步驟S103，根據所述子載波數以及所述OFDM符號數，計算所述當前業 務對應的交織參數。在本發明一實施例中，當前業務對應的交織參數包括：m_i、m_j、n_i以及n_j。通過如下公式(2)計算交織參數m_i以及m_j：GCD(m_x,m)＝1(2)；通過如下公式(3)計算交織參數n_i以及n_j：GCD(n_x,n)＝1(3)；其中，n為OFDM符號數，m為子載波數，GCD(x,y)表示為求數x與數y的最大公約數。在本發明一實施例中，採用公式(2)計算交織參數m_i以及m_j時，可以存在如下三種情形：1)計算得到的結果中，大於2的數值的個數大於1針對情形1)，設定m_i為計算得到的結果中大於2的數值中的最小值，設定m_j為計算得到的結果中大於2的數值中的次小值。例如，m＝10，則根據公式(2)，可以得知計算得到的結果m_x為1、3、7、9，m_x中大於2的數值的個數為3，即大於2的數值的個數大於1。針對情形1)，設定m_i為計算得到的m_x中大於2的數值中的最小值，因此m_i＝3；設定m_j為計算得到的m_x中大於2的數值中的次小值，因此m_j＝7。2)計算得到的結果中，大於2的數值的個數等於1針對情形2)，設定m_i為計算得到的結果中大於2的數值，設定m_j＝1。例如，m＝6，則採用公式(2)計算得到的m_x為1、5，即計算得到的m_x中大於2的數值只有一個。在這種情況下，設定m_i為計算得到的m_x中大於2的數值，即m_i＝5，設定m_j＝1。3)計算得到的結果中，不存在大於2的數值針對情形3)，設定m_i＝m_j＝1。例如，m＝3，則採用公式(2)計算得到的m_x為1、2，即m_x中不存 在大於2的數值。在這種情況下，設定m_i＝m_j＝1。相類似的，在本發明一實施例中，在採用公式(3)計算n_i與n_j時，同樣可以存在三種情形：4)計算得到的結果中，大於2的數值的個數大於1針對情形4)，設定n_i為計算得到的結果中大於2的數值中的次小值，設定n_j為計算得到的結果中大於2的數值中的次小值。例如，n＝8，則根據公式(3)，可以得知計算得到的結果n_x為1、3、5、7，即計算得到的n_x中，大於2的數值的個數為3，滿足情形4)。針對情形4)，設定n_i為計算得到的n_x中大於2的數值中的次小值，因此n_i＝5；設定n_j為計算得到的n_x中大於2的數值中的最小值，因此n_j＝3。5)計算得到的結果中，大於2的數值的個數等於1針對情形5)，設定n_j為計算得到的結果中大於2的數值，設定n_i＝1。例如，n＝6，則採用公式(3)計算得到的n_x為1、5，即計算得到的n_x中大於2的數值只有一個。在這種情況下，設定n_j為計算得到的n_x中大於2的數值，即n_j＝5，設定n_i＝1。6)計算得到的結果中，不存在大於2的數值針對情形6)，設定n_i＝n_j＝1。例如，n＝3，則採用公式(3)計算得到的n_x為1、2，不存在大於2的數值。在這種情況下，設定n_i＝n_j＝1。可以理解的是，在本發明其他實施例中，也可以存在其他的運算方法來獲取當前業務對應的交織參數：m_i、m_j、n_i以及n_j，並不僅限於本發明上述實施例提供的方法，此處不再贅述。步驟S104，根據所述子載波數、所述OFDM符號數以及所述交織參數，計算對應的交織地址。在具體實施中，可以通過硬體電路計算對應的交織地址，也可以通過軟 件計算對應的交織地址，還可以通過軟體與硬體電路結合的方式計算對應的交織地址。在本發明一實施例中，可以採用如下公式(4)計算對應的交織地址：J=(j×n_j+i×n_i)modnI=(i×m_i+J×m_j)modm---(4);]]>其中，i表示為當前數據對應的子載波的標識，j表示為當前數據對應的OFDM符號的標識，J表示為j對應的交織之後的OFDM符號的標識；I表示為i對應的交織之後的子載波的標識。下面通過舉例對步驟S104進行說明。參照圖2，圖2中，子載波的個數m＝10，OFDM符號數n＝8，m_i＝3，m_j＝7，n_i＝5，n_j＝3，交織器輸入數據在交織前的地址結構可以參照201，被黑色填充的方格表示為：8個OFDM符號中對應第2個子載波位置的數據。將上述參數代入到公式(4)中，可以得到公式(5)如下：J=(3×j+5×i)modnI=(3×i+7×J)modm---(5);]]>其中，J表示為j對應的交織之後的OFDM符號的標識；I表示為i對應的交織之後的子載波的標識。設定8個OFDM符號對應的比特數據的初始地址依次為(0,1)、(1,1)、…、(7,1)，即j＝n，i＝1，其中，0≤n≤7。以當前子載波初始地址為(0,1)為例，即j＝0，i＝1。將j＝0，i＝1代入公式(5)，可以得到J＝(3×0+5×1)mod8＝5，I＝(3×1+7×5)mod10＝8，即初始地址為(0,1)的比特數據對應的交織地址為(5,8)，其中初始地址為(j,i)表示為201中第j+1行第i+1列的方框；交織地址為(J,I)表示為202中第J+1行第I+1列的方框。例如，初始地址(0,1)表示為201中第1行第2列的方框。將初始地址為(1,1)、…、(7,1)的OFDM符號的初始地址代入到公式(5)中，可以依次得到：初始地址為(1,1)對應的比特數據的交織地址為(0,3)；初始地址為(2,1)對應的比特數據的交織地址為(3,4)；初始地址為(3,1)對應的比特數據的交織地址為(6,5)；初始地址為(4,1)對應的比特數據的交織地址為(1,0)；初始地址為(5,1)對應的比特數據的交織地址為(4,1)；初始地址為(6,1)對應的比特數據的交織地址為(7,2)；初始地址為(7,1)對應的比特數據的交織地址為(2,7)。初始地址通過公式(5)轉換成交織地址後，交織地址的排列關係圖參照圖2中的202。從202中可以得知，經過交織運算後，第2子載波上對應的8個OFDM符號的比特數據被分散到第1、2、3、4、5、6、8、9子載波上。在經過交織運算後，即使第2子載波受到頻率深衰落的影響，對應該頻率位置的數據也只有其中的一個比特數據受到影響，接收端仍可以正常進行糾錯。而在沒有進行交織運算時，當第2子載波受到頻率深衰落影響時，第2子載波上攜帶的8個比特數據均會受到幹擾，導致錯碼數目增加，超出接收端的糾錯能力範圍。又如，參照圖3。圖3中，子載波的個數m＝10，OFDM符號數n＝8，m_i＝3，m_j＝7，n_i＝5，n_j＝3，在301中，被黑色填充的方格表示為：第5個OFDM符號所對應的10個比特數據。10個比特數據的初始地址依次為(4，0)、(4,1)、…、(4,9)，將上述初始地址依次代入公式(5)，可以依次得到對應的子載波的交織地址為：初始地址為(4,0)的數據對應的交織地址為(4,8)；初始地址為(4,1)的數據對應的交織地址為(1,0)；初始地址為(4,2)的數據對應的交織地址為(6,8)；初始地址為(4,3)的數據對應的交織地址為(3,0)；初始地址為(4,4)的數據對應的交織地址為(0,3)；初始地址為(4,5)的數據對應的交織地址為(5,0)；初始地址為(4,6)的數據對應的交織地址為(2,2)；初始地址為(4,7)的數據對應的交織地址為(7,0)；初始地址為(4,8)的數據對應的交織地址為(4,2)；初始地址為(4,9)的數據對應的交織地址為(1,6)。初始地址通過公式(5)轉換成交織地址後，交織地址的排列關係圖參照圖3中的302。從302中可以得知，經過交織運算轉換後，第5個OFDM符號所對應的10個比特數據被分散到OFDM符號1～8上。在經過交織運算後，即使第5個OFDM符號受到脈衝噪聲的幹擾，也只有其中的兩個比特數據受到幹擾，接收端仍可以正常進行糾錯。而在沒有進行交織運算時，當第5個OFDM符號受到脈衝噪聲幹擾時，第5個OFDM符號上的所有比特數據均會出現錯誤，導致錯碼數目增加，超出接收端的糾錯能力範圍。由此可見，通過預先獲取當前業務對應的數據包長度以及子載波個數，計算出OFDM符號數，根據OFDM符號數以及子載波個數計算當前業務的交織參數，從而計算獲取當前業務數據對應的交織地址。由於對數據包中的數據進行了時域和頻域的交織，數據在傳輸過程中受到頻率深衰落影響時，可以將一個子載波位置上的錯誤數據分散到多個子載波中；數據在傳輸過程中受到脈衝幹擾時，可以將一個OFDM符號中的錯誤分散到多個OFDM符號中。即：通過對數據包中的數據進行時域和頻域的交織，可以避免頻率深衰落導致整個子載波上的數據均出現錯誤的同時，也可以避免脈衝幹擾導致一個OFDM符號上的數據均出現錯誤，從而可以有效地降低OFDMPLC通信系統中數據的誤碼率。參照圖4，本發明實施例還提供了一種Turbo碼交織裝置40，包括：獲取單元401、第一計算單元402、第二計算單元403以及第三計算單元404，其中：獲取單元401，用於獲取當前業務對應的數據包長度，以及傳輸所述當前業務所對應的子載波數；第一計算單元402，用於根據所述數據包長度以及所述子載波數，計算對應的OFDM符號數；第二計算單元403，用於根據所述子載波數以及所述OFDM符號數，計 算所述當前業務對應的交織參數；第三計算單元404，用於根據所述子載波數、所述OFDM符號數以及所述交織參數，計算對應的交織地址。在具體實施中，所述第一計算單元402可以採用公式n＝N/m得到所述OFDM符號數，其中：n為所述OFDM符號數，N為所述數據包長度，m為所述子載波數。在具體實施中，所述第一計算單元402還可以用於：在n為非整數時，將所述數據包的長度擴展至N＇，並採用公式n＝N＇/m得到所述OFDM符號數n，其中，N＇為大於N且可被m整除的最小整數。參照圖5，本發明實施例還提供了一種Turbo碼交織器50，包括：參數讀取器501、第一運算器502、寄存器503、第二運算器504以及控制器505，其中：所述參數讀取器501，用於獲取當前業務對應的數據包長度，以及所述當前業務所對應的子載波數；所述第一運算器502，用於根據所述數據包長度以及所述子載波數，計算對應的OFDM符號數，並根據所述子載波數以及所述OFDM符號數，計算所述當前業務對應的交織參數；所述寄存器503，適於存儲所述第一運算器502計算得到的所述當前業務對應的交織參數；所述第二運算器504，適於根據所述寄存器中存儲的所述交織參數，以及所述子載波數與所述OFDM符號數，計算對應的交織地址所述控制器505，適於控制所述第二運算器在預設周期內進行運算。在具體實施中，參數讀取器501、第一運算器502以及第二運算器504均可以通過具體的硬體電路實現，也可以通過軟體方式實現，即：可以通過軟體從存儲單元如寄存器503中調用相應的數據並進行運算操作。本領域普通技術人員可以理解上述實施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指示相關的硬體來完成，該程序可以存儲於一計算機可 讀存儲介質中，存儲介質可以包括：ROM、RAM、磁碟或光碟等。雖然本發明披露如上，但本發明並非限定於此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為準。當前第1頁1 2 3