本發(fā)明涉及數(shù)字編碼技術(shù)和通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于ofdm及雙二元turbo碼的數(shù)據(jù)通信方法。

背景技術(shù)：

電力線和無線信道作為一種分布廣泛的通信介質(zhì)，成本低廉，連接方便，在各個領(lǐng)域具有得天獨厚的優(yōu)勢和不可估量的市場潛力；信號在傳輸?shù)倪^程中會受到各種干擾以及信道固有的多徑時延和頻率選擇性衰弱都會給信號傳輸帶來不利的影響，解決這些問題一直是數(shù)據(jù)通信中的重點和熱點。

正交頻分復(fù)用(ofdm)技術(shù)將高速傳輸數(shù)據(jù)分解成為若干個傳輸速率相對較低的子比特流，再使用這些數(shù)據(jù)去調(diào)制若干個載波以實現(xiàn)多載波傳輸。ofdm技術(shù)具有抗多徑時延、抗信道衰落、頻譜利用率高、硬件實現(xiàn)簡單等優(yōu)點，在移動數(shù)據(jù)通信和電力載波通信中得到了廣泛的研究和應(yīng)用。

turbo碼不僅在較低信噪比的高斯白噪聲條件下性能十分優(yōu)異，而且由于符號交織器的引入，使其還具備較強的抗干擾和抗信道深度衰落的能力，在信道環(huán)境較為惡劣的無線通信系統(tǒng)中擁有十分廣闊的應(yīng)用空間和前景。雙二元卷積turbo碼(db-ctc)是多個無線通信標(biāo)準(zhǔn)和寬帶電力線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)選用的信道編碼碼型，在提高信道糾錯能力和整個系統(tǒng)的吞吐量方面具有極其重要的作用。

將ofdm技術(shù)和雙二元turbo碼聯(lián)合應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信中，可以有效地解決高誤碼信道中數(shù)據(jù)通信過程中出現(xiàn)的通信速率低及誤碼率高等問題，同時能提升數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性、有效性和可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種穩(wěn)定有效可靠的高誤碼信道(如電力線信道及無線信道)高速數(shù)據(jù)通信方法。數(shù)據(jù)通信的發(fā)送端對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行雙二元turbo卷積編碼、加擾以及信道交織，進(jìn)入星座點映射，再經(jīng)過快速離散傅里葉逆變換(ifft)，取實部進(jìn)行發(fā)送；數(shù)據(jù)通信的接收端對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換(fft)進(jìn)入星座點逆映射，再經(jīng)過信道解交織、去擾和雙二元turbo卷積譯碼恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)，實現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)通信過程。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于ofdm及雙二元turbo碼的數(shù)據(jù)通 信方法，所述方法包括發(fā)送端和接收端，接收端為發(fā)送端的逆過程，對接收端不做詳細(xì)描述，發(fā)送端包括：

步驟s1)、設(shè)置編碼參數(shù)，包括編碼塊大小和碼率大小，其中碼塊大小為pb16(128bits)、pb136(1088bits)和pb520(4160bits)，碼率大小為1/2和16/18；

步驟s2)、每次讀入編碼塊大小的輸入數(shù)據(jù)in，進(jìn)行雙二元turbo卷積編碼，將編碼后的序列按信息位在前，校驗位在后的方式輸出，得到turbo卷積編碼序列；

步驟s3)、將步驟s2)的編碼序列進(jìn)行加擾，得到擾碼序列；

步驟s4)、將步驟s3)得到的擾碼序列進(jìn)行信道交織，得到信道交織序列；

步驟s5)、將步驟s4)得到的信道交織序列以正交相移鍵控(qpsk)方式進(jìn)行星座點映射和n×1024(n＝0，1，2...)點ifft運算，得到一系列復(fù)數(shù)序列c；

步驟s6)、將步驟s5)得到的復(fù)數(shù)序列c取實部，得到發(fā)送序列；

上述技術(shù)方案中，所述步驟s2)具體包括：

步驟s2-1)、每次讀入編碼塊大小的數(shù)據(jù)in＝(i0，i1，...，ik....，i2n-1)，按奇偶序列分成兩組信息序列u0＝(u00，u01，...，u0k，...，u0n-1)和u1＝(u10，u11，...，u1k，...，u1n-1)；

步驟s2-2)、將步驟s2-1)得到的兩組信息序列u0、u1進(jìn)行預(yù)編碼，寄存器由初始狀態(tài)s0＝[s0，1，s0，2，s0，3]變成預(yù)編碼后狀態(tài)sn＝[sn，1，sn，2，sn，3]；

步驟s2-3)、將步驟s2-2)得到的寄存器狀態(tài)sn進(jìn)行查表得到正式編碼時的起始寄存器狀態(tài)s′0，利用寄存器狀態(tài)對兩組信息序列u0、u1進(jìn)行雙二元turbo卷積編碼，得到一組校驗碼x0＝(x00，x01，...，x0k，...，x0n-1)；

步驟s2-4)、將步驟s2-1)得到的兩組信息序列通過查找turbo交織映射表進(jìn)行turbo交織，得到交織后的信息序列u′0和u′1；

步驟s2-5)將步驟s2-4)得到的兩組交織后的信息序列u′0、u′1進(jìn)行預(yù)編碼，寄存器由初始狀態(tài)s0′＝[s′0，1，s′0，2，s′0，3]變成預(yù)編碼后狀態(tài)sn′＝[s′n，1，s′n，2，s′n，3]；

步驟s2-6)、將步驟s2-5)得到的寄存器狀態(tài)sn′進(jìn)行查表得到正式編碼時的起始寄存器狀態(tài)s″0，利用寄存器狀態(tài)對兩組交織后的信息序列u′0和u′1進(jìn)行雙二元turbo卷積編碼，得到另外一組校驗碼x1＝(x10，x11，...，x1k，...，x1n-1)；

步驟s2-7)、將步驟s2-3)、步驟s2-6)的兩組校驗碼x0、x1根據(jù)碼率參數(shù)進(jìn)行打孔處理，得到打孔后的兩組校驗碼x′0、x′1；

步驟s2-8)、將步驟s2-1)、步驟s2-3)、步驟s2-7)的兩組信息序列u0、u1和兩組校驗碼x′0、x′1按照u0、u1、x′0、x′1順序輸出，得到turbo卷積編碼序列；

上述技術(shù)方案中，所述步驟s3)具體包括：

步驟s3-1)、初始化一個由10級移位寄存器組成的自同步加擾器，初始寄存器狀態(tài)全為1；

步驟s3-2)、將步驟s2-8)的turbo卷積序列每次輸入1個bit到加擾器進(jìn)行加擾，得到加擾后的序列；

上述技術(shù)方案中，所述步驟s3-2)具體包括：

步驟s3-2-1)、每輸入1個bit，移位寄存器左移一位，最低位由寄存器的第10位和第3位異或得到；

步驟s3-2-2)、將步驟s3-2-1)得到的寄存器最低位與輸入的1個bit進(jìn)行異或得到加擾后的1個bit；

上述技術(shù)方案中，所述步驟s4)具體包括：

步驟s4-1)、將步驟s3-2)得到的擾碼序列按照信息位和校驗位分為兩組序列inc和chc，其序列長度分別為lc1和lc2；

步驟s4-2)、將步驟s4-1)得到的信息序列inc進(jìn)行信息位交織，得到交織后的信息序列inc′；

上述技術(shù)方案中，所述步驟s4-2)具體包括：

步驟s4-2-1)、將信息序列按列順序?qū)懭氲?列l(wèi)c1/4行的矩陣存儲空間中；

步驟s4-2-2)、將步驟s4-2-1)得到矩陣存儲空間中的數(shù)據(jù)按行進(jìn)行輸出，得到交織后的信息序列inc′；

步驟s4-3)、將步驟s4-1)得到的校驗序列chc進(jìn)行校驗位交織，得到交織后的校驗序列chc′；

上述技術(shù)方案中，所述步驟s4-3)具體包括：

步驟s4-3-1)、將校驗序列按列順序?qū)懭氲?列l(wèi)c2/4行的矩陣存儲空間中；

步驟s4-3-2)、將步驟s4-3-1)得到矩陣存儲空間中的數(shù)據(jù)按行進(jìn)行輸出，得到交織后的校驗序列chc′；

步驟s4-4)、將步驟s4-2)、步驟s4-3)得到的交織后的信息序列inc′和chc′進(jìn)行聯(lián)合交織；對于1/2碼率，輸出的前4比特為信息位，接著4比特為校驗位，以此類推；對于16/18碼率，首先是3個4bits的信息位，然后是4bits的校驗位，最后是5個4bits的信息位，重復(fù)這一模式；得到聯(lián)合交織后的序列；

步驟s4-5)、將步驟s4-4)得到的聯(lián)合交織序列進(jìn)行半字節(jié)移位，以4bits為單位進(jìn)行移位，以10個單位為一個周期。對于第1和第2兩個單位，不進(jìn)行移位；對于第3和第4兩個單位，進(jìn)行1位的左循環(huán)移位；對于第5和第6兩個單位，進(jìn)行2位的左循環(huán)移位；對于第7和第8兩個單位，進(jìn)行3位的左循環(huán)移位；對于第9和第10兩個單位，進(jìn)行4位的左循環(huán)移位；得到信道交織后的最終序列；

上述技術(shù)方案中，所述步驟s5)具體包括：

步驟s5-1)、將步驟s4-5)得到的信道交織序列每兩位為一組以qpsk方式進(jìn)行星座點映射，得到一系列復(fù)數(shù)序列；

步驟s5-2)、將步驟s5-1)得到的復(fù)數(shù)序列進(jìn)行功率歸一化，得到功率歸一化后的復(fù)數(shù)序列；

步驟s5-3)、將步驟s5-2)得到的復(fù)數(shù)序列每511個復(fù)數(shù)為單位，利用查表進(jìn)行相位轉(zhuǎn)移，得到相位轉(zhuǎn)移后的復(fù)數(shù)序列；

步驟s5-4)、將步驟s5-3)得到的復(fù)習(xí)序列以511個復(fù)數(shù)為單位進(jìn)行n×1024(n＝0，1，2...)點ifft運算，得到復(fù)數(shù)序列c；

本發(fā)明的方法優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明采用ofdm和雙二元turbo編碼技術(shù)，結(jié)合加擾和信道交織技術(shù)，使數(shù)據(jù)通信具有頻譜利用率高、抗干擾、抗多徑時延、抗信道衰落，糾錯能力強等特點；

2、本發(fā)明通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行上述步驟處理，能穩(wěn)定有效可靠地傳輸數(shù)據(jù)，在進(jìn)行糾錯譯碼時能準(zhǔn)確地恢復(fù)出原始信號。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體框架圖；

圖2為本發(fā)明的信道交織流程圖。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。

如圖1所示，一種基于ofdm及雙二元turbo碼的數(shù)據(jù)通信方法，所述方法包括：

步驟s1)、設(shè)置編碼參數(shù)，包括編碼塊大小和碼率大小，其中碼塊大小為pb16(128bits)、pb136(1088bits)和pb520(4160bits)，碼率大小為1/2和16/18；

步驟s2)、每次讀入編碼塊大小的輸入數(shù)據(jù)in，進(jìn)行雙二元turbo卷積編碼，將編碼后的序列按信息位在前，校驗位在后的方式輸出，得到turbo卷積編碼序列；具體包括：

步驟s2-1)、每次讀入編碼塊大小的數(shù)據(jù)in＝(i0，i1，...，ik，...，i2n-1)，按奇偶序列分成兩組信息序列u0＝(u00，u01，...，u0k，...，u0n-1)和u1＝(u10，u11，...，u1k，...，u1n-1)；u0k和u1k計算如下：

步驟s2-2)、將步驟s2-1)得到的兩組信息序列u0、u1進(jìn)行預(yù)編碼，寄存器由初始狀態(tài)s0＝[s0，1，s0，2，s0，3]變成預(yù)編碼后狀態(tài)sn＝[sn，1，sn，2，sn，3]；預(yù)編碼過程中的第k時刻寄存器狀態(tài)sk由下式計算得到：

步驟s2-3)、將步驟s2-2)得到的寄存器狀態(tài)sn進(jìn)行查表得到正式編碼時的起始寄存器狀態(tài)s′0，利用寄存器狀態(tài)對兩組信息序列u0、u1進(jìn)行雙二元turbo卷積編碼，得到一組校驗碼x0＝(x00，x01，...，x0k，...，x0n-1)；校驗碼計算公式如下：

其中，k＝0，1，...n-1，s′k-1，3表示正式編碼時第k-1時刻的第三個寄存器的狀態(tài)。

步驟s2-4)、將步驟s2-1)得到的兩組信息序列通過查找turbo交織映射表進(jìn)行 turbo交織，得到交織后的信息序列u′0和u′1；

步驟s2-5)、將步驟s2-4)得到的兩組交織后的信息序列u′0、u′1進(jìn)行預(yù)編碼，寄存器由初始狀態(tài)s0′＝[s′01，s′02，s′03]變成預(yù)編碼后狀態(tài)sn′＝[s′n1，s′n2，s′n3]；計算方法同步驟s2-2)；

步驟s2-6)、將步驟s2-5)得到的寄存器狀態(tài)sn′進(jìn)行查表得到正式編碼時的起始寄存器狀態(tài)s″0，利用寄存器狀態(tài)對兩組交織后的信息序列u′0和u′1進(jìn)行雙二元turbo卷積編碼，得到另外一組校驗碼x1＝(x10，x11，...，x1k，...，x1n-1)；計算方法同步驟s2-3)；

步驟s2-7)、將步驟s2-3)、步驟s2-6)的兩組校驗碼x0、x1根據(jù)碼率參數(shù)進(jìn)行打孔處理；如果碼率為1/2，則不進(jìn)行打孔處理；如果碼率為16/18；則將兩組校驗碼x0、x1都以8個bits為一個單元進(jìn)行打孔，保留每個單元中的第1個bit，其余7個bits刪掉，得到打孔后的兩組校驗碼x′0、x′1；

步驟s2-8)、將步驟s2-1)、步驟s2-3)、步驟s2-7)的兩組信息序列u0、u1和兩組校驗碼x′0、x′1按照u0、u1、x′0、x′1順序輸出，得到turbo卷積編碼序列；

步驟s3)、將步驟s2-8)的編碼序列進(jìn)行加擾，得到擾碼序列；具體包括：

步驟s3-1)、初始化一個由10級移位寄存器組成的自同步加擾器，初始寄存器狀態(tài)全為1；

步驟s3-2)、將步驟s2-8)的turbo卷積序列每次輸入1個bit到加擾器進(jìn)行加擾，得到加擾后的序列；具體包括：

步驟s3-2-1)、每輸入1個bit，移位寄存器左移一位，最低位由寄存器的第10位和第3位異或得到；第k次加擾器的狀態(tài)s(xk)計算如下：

步驟s3-2-2)、將步驟s3-2-1)得到的寄存器最低位與輸入的1個bit進(jìn)行異或得到加擾后的1個bit；

步驟s4)、對步驟s3-2)得到的擾碼序列進(jìn)行信道交織，得到信道交織序列， 信道交織如圖2所示；具體包括：

步驟s4-1)、將步驟s3-2)得到的擾碼序列按照信息位和校驗位分為兩組序列inc和chc，其序列長度分別為lc1和lc2；

步驟s4-2)、將步驟s4-1)得到的信息序列inc進(jìn)行信息位交織，得到交織后的信息序列inc′；具體包括：

上述技術(shù)方案中，所述步驟s4-2)具體包括：

步驟s4-2-1)、將信息序列按列順序?qū)懭氲?列l(wèi)c1/4行的矩陣存儲空間中；即第一列為信息序列inc中的第1到lc1/4個bits，第二列為信息序列inc中的第lc1/4+1到lc1/2個bits，第三列為信息序列inc中的第lc1/2+1到3×lc1/4個bits，第三列為信息序列inc中的第3×lc1/4+1到lc1個bits；

步驟s4-2-2)、將步驟s4-2-1)得到矩陣存儲空間中的數(shù)據(jù)按行進(jìn)行輸出，得到交織后的信息序列inc′；讀取方式為：從第1行開始，第二次開始每次讀的時候行地址加上步長stepsize1，經(jīng)過次讀之后，第一輪讀完；然后讀下一輪，從第二行開始，每次讀的時候行地址加上步長stepsize1；依次類推，經(jīng)過stepsize1輪之后全部行都讀出；其中stepsize1根據(jù)碼塊大小和碼率大小進(jìn)行查表得到；

步驟s4-3)、將步驟s4-1)得到的校驗序列chc進(jìn)行校驗位交織，得到交織后的校驗序列chc′；具體包括：

步驟s4-3-1)、將校驗序列按列順序?qū)懭氲?列l(wèi)c2/4行的矩陣存儲空間中；即第一列為校驗序列chc中的第1到lc2/4個bits，第二列為信息序列chc中的第lc2/4+1到lc2/2個bits，第三列為信息序列chc中的第lc2/2+1到3×lc2/4個bits，第三列為信息序列chc中的第3×lc2/4+1到lc2個bits；

步驟s4-3-2)、將步驟s4-3-1)得到矩陣存儲空間中的數(shù)據(jù)按行進(jìn)行輸出，得到交織后的校驗序列chc′；對于碼率為1/2時，從第offset行開始，第二次開始每次讀的時候行地址加上步長stepsize2并對lc2取模，即第二次行地址為(offset+stepsize2)modlc2，經(jīng)過次讀之后，第一輪讀完；然后讀下一輪，從 第offset+1行開始，每次讀的時候行地址加上步長stepsize2，依次類推，經(jīng)過stepsize2輪之后全部行都讀出；對于碼率為16/18時，從第offset行開始，第二次開始每次讀的時候行地址加上步長stepsize2并對lc2取模，即第二次行地址為(offset+stepsize2)modlc2，讀取lc2次之后，全部行都讀出；其中offset和stepsize2根據(jù)碼塊大小和碼率大小進(jìn)行查表得到；

步驟s4-4)、將步驟s4-2)、步驟s4-3)得到的交織后的信息序列inc′和chc′進(jìn)行聯(lián)合交織；對于1/2碼率，輸出的前4比特為信息位，接著4比特為校驗位，以此類推；對于16/18碼率，首先是3個4bits的信息位，然后是4bits的校驗位，最后是5個4bits的信息位，重復(fù)這一模式；得到聯(lián)合交織后的序列；

步驟s4-5)將步驟s4-4)得到的聯(lián)合交織序列進(jìn)行半字節(jié)移位，以4bits為單位進(jìn)行移位，以10個單位為一個周期。對于第1和第2兩個單位，不進(jìn)行移位；對于第3和第4兩個單位，進(jìn)行1位的左循環(huán)移位；對于第5和第6兩個單位，進(jìn)行2位的左循環(huán)移位；對于第7和第8兩個單位，進(jìn)行3位的左循環(huán)移位；對于第9和第10兩個單位，進(jìn)行4位的左循環(huán)移位；得到信道交織后的最終序列；

步驟s5)、對步驟s4)得到的信道交織序列以正交相移鍵控(qpsk)方式進(jìn)行星座點映射和1024點ifft運算，得到一系列復(fù)數(shù)序列c；具體包括：

步驟s5-1)、將步驟s4-5)得到的信道交織序列每兩位為一組以qpsk方式進(jìn)行星座點映射，得到一系列復(fù)數(shù)序列；映射規(guī)則為：(0，0)映射為1+j，(0，1)映射為1-j，(1，0)映射為-1+j，(1，1)映射為-1-j；

步驟s5-2)、將步驟s5-1)得到的復(fù)數(shù)序列進(jìn)行功率歸一化，得到功率歸一化后的復(fù)數(shù)序列；即對每個復(fù)數(shù)乘以歸一化因子

步驟s5-3)、將步驟s5-2)得到的復(fù)數(shù)序列每511個復(fù)數(shù)為單位，利用查表進(jìn)行相位轉(zhuǎn)移，得到相位轉(zhuǎn)移后的復(fù)數(shù)序列；即每個復(fù)數(shù)乘以對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)因子cos(phase_map[i]*pi/4)+sin(phase_map[i]*pi/4)，其中phase_map[i]表示第i個旋轉(zhuǎn)因子參數(shù)，i＝0，1，...510；

步驟s5-4)、將步驟s5-3)得到的復(fù)習(xí)序列以511個復(fù)數(shù)為單位進(jìn)行n×1024(n＝0，1，2...)點ifft運算，得到復(fù)數(shù)序列c；

步驟s6)、對步驟s5)得到的復(fù)數(shù)序列c取實部，得到發(fā)送序列。

最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。