碼長(zhǎng)n最小距離n-1的置換碼構(gòu)造方法和碼字序列發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信傳輸中的信道編碼技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種碼長(zhǎng)n最小距 離n-1的置換碼構(gòu)造方法和碼字序列發(fā)生器。本發(fā)明主要針對(duì)電力線(xiàn)載波通信中的多徑衰 落、窄帶噪聲、脈沖噪聲和有色噪聲等多種干擾，提供一種有效抵抗該些干擾的高可靠性的 糾錯(cuò)碼設(shè)計(jì)方案。 技術(shù)背景
[0002] 因特網(wǎng)信息傳輸?shù)綉?hù)的"最后一公里"接入技術(shù)可能面臨多種方案的競(jìng)爭(zhēng)，如光纖 到戶(hù)、小區(qū)無(wú)線(xiàn)基站（無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)）和電力線(xiàn)通信（powerlinecommunications,化C)等。 與其它兩種方式相比，PLC的優(yōu)勢(shì)并不大。但針對(duì)室內(nèi)各種電器聯(lián)網(wǎng)的"最后一公尺"接入 技術(shù)，PLC體現(xiàn)出成本效益的巨大優(yōu)勢(shì)。在家庭、辦公室和偏遠(yuǎn)地區(qū)的房屋內(nèi)，無(wú)處不在的 電力線(xiàn)插座所構(gòu)成的基礎(chǔ)設(shè)施，提供了潛在的分布式數(shù)據(jù)容量，為PLC室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展奠 定了物質(zhì)基礎(chǔ)。此外，將因特網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、移動(dòng)蜂窩網(wǎng)、有線(xiàn)電話(huà)網(wǎng)、衛(wèi)星電視網(wǎng)和電力 線(xiàn)載波通信網(wǎng)，多網(wǎng)合一，共同協(xié)作，形成更廣泛的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)想；W及電能的優(yōu)化控制分配 和遠(yuǎn)程智能讀表對(duì)智能電網(wǎng)的迫切需要，構(gòu)成了促進(jìn)PLC技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)力。IEEE標(biāo)準(zhǔn)協(xié) 會(huì)和口U-T(國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部）為制定統(tǒng)一的PLC技術(shù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所做的努力，為 PLC技術(shù)的發(fā)展提供了保障。
[0003] 電力網(wǎng)的輸電線(xiàn)是為傳輸電能而構(gòu)建的，其設(shè)計(jì)方案中并沒(méi)有考慮數(shù)據(jù)信號(hào)的傳 輸條件。即便是早期的電力線(xiàn)載波信息傳輸通道，也并非針對(duì)數(shù)據(jù)傳輸，而是為了傳輸電力 線(xiàn)繼電保護(hù)的控制信號(hào)而設(shè)計(jì)的。面對(duì)已經(jīng)建好的覆蓋面廣泛的電力網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，其數(shù)據(jù) 傳輸功能并沒(méi)有得到充分發(fā)揮，該種狀況引發(fā)了電力和通信行業(yè)對(duì)該種有潛力的信息傳輸 媒介的開(kāi)發(fā)。近幾十年來(lái)，人們廣泛研究了電力網(wǎng)用于通信的適應(yīng)性和可行性，發(fā)現(xiàn)其有足 夠的帶寬，能夠W幾乎任意數(shù)據(jù)率進(jìn)行通信。妨礙該種媒介達(dá)到應(yīng)有通信能力的關(guān)鍵技術(shù) 障礙之一是PLC信道受各種噪聲的影響。
[0004] 電力線(xiàn)信道特征既是時(shí)間相關(guān)的又是頻率相關(guān)的，還與安裝在電力線(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施上 的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的位置有關(guān)。網(wǎng)絡(luò)阻抗受到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和連接負(fù)載的強(qiáng)烈影響，特別 是隨機(jī)接入和切斷的負(fù)載對(duì)阻抗變化起主要作用。信道噪聲強(qiáng)烈地隨頻率、負(fù)載、晝夜和地 理位置的不同而變化。面對(duì)復(fù)雜的電力線(xiàn)數(shù)據(jù)通信環(huán)境，將現(xiàn)有成熟的無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)通信技 術(shù)直接搬移到電力線(xiàn)通信信道上來(lái)的策略，曾經(jīng)是工程設(shè)計(jì)人員們最早的設(shè)想，但是現(xiàn)場(chǎng) 運(yùn)行試驗(yàn)表明該些成熟技術(shù)在電力線(xiàn)信道上運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘貌坏奖Ｕ?。關(guān)鍵 問(wèn)題是電力線(xiàn)信道上存在兩種干擾，是無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)信道上不曾出現(xiàn)的，因此沒(méi)有在傳統(tǒng)的 通信傳輸技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中得到充分的系統(tǒng)的研究，從該個(gè)角度講，電力載波通信使信道 編碼和調(diào)制技術(shù)面臨新的挑戰(zhàn)。
[0005] 兩種特殊干擾的來(lái)源和特征描述如下；1)永久窄帶噪聲。來(lái)源于無(wú)線(xiàn)電臺(tái)調(diào)頻， W及電視機(jī)、計(jì)算機(jī)和某些電器設(shè)備的跟蹤頻率。該種噪聲的特點(diǎn)是運(yùn)行頻帶窄、持續(xù)時(shí) 間長(zhǎng)，在信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中，可能始終存在，因此稱(chēng)為永久窄帶噪聲。2)寬帶脈沖噪聲。 主要來(lái)源于電力設(shè)備的隨機(jī)接入與切斷或電力裝置開(kāi)關(guān)的隨機(jī)突發(fā)操作。其特點(diǎn)是運(yùn)行頻 帶寬、持續(xù)時(shí)間短。
[0006] 2000年德國(guó)埃森大學(xué)的Vinck教授將置換陣列引入到電力載波通信中，旨在克服 電力線(xiàn)通信信道中的窄帶噪聲和脈沖噪聲。他通過(guò)在電子與通信國(guó)際期刊上發(fā)表"Coded modulationforpowerlinecommunications,AEUint.J.Electron.Commun.，vol. 54,no. 1 ，pp:45-49,2000."-文，提出了基于置換陣列的電力線(xiàn)編碼調(diào)制解決方案。該方案將M維 FSK調(diào)制與置換碼結(jié)合，能夠提供常包絡(luò)調(diào)制信號(hào)，自然形成簡(jiǎn)單的非相干解調(diào)方案。它的 頻率擴(kuò)展特性能夠避免頻譜壞塊，有效地克服由電力線(xiàn)分支的多徑效應(yīng)所造成的頻率選擇 性衰落，它的編碼冗余有利于糾正由窄帶噪聲和脈沖噪聲所造成的信息傳輸錯(cuò)誤?？傊?方案由于結(jié)合了頻率分集和時(shí)間分集技術(shù)，有希望突破電力載波通信信號(hào)受到兩類(lèi)噪聲干 擾而不能正常接收的技術(shù)瓶頸。該方案至2000年問(wèn)世W來(lái)，發(fā)展緩慢的關(guān)鍵原因是置換碼 沒(méi)有很好的代數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和硬件可執(zhí)行的方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的W上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種置換碼的構(gòu)造方法，其 目的在于用準(zhǔn)確代數(shù)結(jié)構(gòu)的置換碼字集合取代由計(jì)算機(jī)捜索的不確定的置換碼字集合，由 此解決置換碼字集合的存儲(chǔ)和硬件可執(zhí)行的技術(shù)問(wèn)題。
[000引為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種碼長(zhǎng)為n最小距離為d=n-1的置換碼（n，n-l)PC構(gòu)造方法，所述置換碼（n，n-l)PC由n-1個(gè)t。軌道構(gòu)成，置換 碼的陣列尺寸為n(n-l)Xn，其構(gòu)造方法為：預(yù)先構(gòu)造出每個(gè)t。軌道的首置換JTtGS。， TG[l，n-l]，一共有n-1個(gè)首置換，形成（n-l)Xn的軌道首置換陣列，通過(guò)對(duì)軌道首置換 陣列中的每一個(gè)置換使用t。操作n-1次，構(gòu)成置換碼（n，n-1)PC;所述t。軌道是nXn的方 陣，它的每一行和每一列都是一個(gè)置換，并且下一行置換是上一行置換循環(huán)右移一位得到， 第一行置換是最后一行置換循環(huán)右移一位得到；所述置換是n個(gè)元素JT1n2. ..JT。的每一 個(gè)元素在置換中一一出現(xiàn)，并且每一個(gè)元素只出現(xiàn)一次；所述t。操作是將一個(gè)置換的第n 個(gè)元素移到最左邊的位置，其它元素依次右移；
[0009] 所述置換碼（n，n-l)PC是在n!個(gè)置換的特定n-RPGCF排序方式約束下構(gòu)造 出來(lái)的；戶(hù)片述n-RPGCF(RecursivecompletePermutationGraycodeonFinitestate machine)排序方式是利用操作函數(shù)集Tdght=it2,tg,. . .，tw，tj中的n-1個(gè)操作函數(shù)， 形成由n!個(gè)操作函數(shù)所構(gòu)成的嵌套遞歸操作函數(shù)序序列（SequenceOf化nction，S0F)， 將操作函數(shù)序列（S(F)作用于一個(gè)初始置換nS。，eG[l，n!]，得到按照格雷碼 排列的、用有限狀態(tài)機(jī)執(zhí)行的n!個(gè)置換所形成的完備置換陣列；所述n-RPGCF排序包含 (n-1) !個(gè)t。軌道，從中選出包含下標(biāo)為自然數(shù)的準(zhǔn)單位置換JT1=[JT1^12...JT。]GS。 的n-1個(gè)t。軌道構(gòu)成本發(fā)明的置換碼（n，n-1)PC。
[0010] 按照本發(fā)明的另一方面，還提供了一種碼長(zhǎng)為n最小距離為d=n-1的置換碼 (n，n-1)PC碼字序列發(fā)生器，所述碼字序列發(fā)生器包括存儲(chǔ)器、循環(huán)移位寄存器組和邏輯控 制模塊，其中：
[0011] 所述存儲(chǔ)器用于按照規(guī)定的碼字排列順序，保存置換碼（n，n-l)PC的n(n-l)個(gè)碼 字，當(dāng)需要產(chǎn)生不同長(zhǎng)度n的置換碼（n，n-l)PC時(shí)，擦除原先碼字，再次存入新產(chǎn)生的碼 字；所述存儲(chǔ)器設(shè)置兩個(gè)控制信號(hào)端口Pin和化ut、一個(gè)cp時(shí)鐘脈沖輸入端、兩個(gè)地址輸 入端口Re和Wr、m位并行數(shù)據(jù)輸入端Pd-in和m位并行數(shù)據(jù)輸出端Pd-out;所述存儲(chǔ)器能 夠完成讀出和寫(xiě)入一個(gè)置換的功能，Re和Wr共用一組地址線(xiàn)，分別提供置換讀出和寫(xiě)入的 首地址，每次讀出或?qū)懭氲氖椎刂贩謩e由控制邏輯模塊的地址產(chǎn)生器通過(guò)ad-in和ad-out 端口提供；
[0012] 所述循環(huán)移位寄存器組，由m個(gè)長(zhǎng)度為n的雙向循環(huán)移位寄存器組構(gòu)成，所述循環(huán) 移位寄存器組具備四種操作功能，即在時(shí)鐘脈沖控制下，執(zhí)行m位并行n位串行左移輸入、 m位并行n位串行循環(huán)右移、m位并行n位串行左移輸出和m位并行n位串行循環(huán)左移的操 作；所述循環(huán)移位寄存器組設(shè)置兩個(gè)控制信號(hào)端口Rin和Rout, -個(gè)異步清零端CR，一個(gè) cp時(shí)鐘脈沖輸入端，m位并行數(shù)據(jù)輸入端Rd-in和m位并行數(shù)據(jù)輸出端Rd-out，在m個(gè)循 環(huán)左移回路中分別設(shè)置m個(gè)控制開(kāi)關(guān)G;
[0013] 所述邏輯控制模塊由計(jì)數(shù)器一、計(jì)數(shù)器二、計(jì)數(shù)器=、計(jì)數(shù)器四、地址產(chǎn)生器和組 合邏輯單元所組成，執(zhí)行如下功能；所述地址產(chǎn)生器為ad-out提供置換讀出的首地址和為 ad-in提供置換寫(xiě)入的首地址；所述計(jì)數(shù)器一記錄一個(gè)t。軌道的產(chǎn)生及其被送到存儲(chǔ)器所 需要的CP時(shí)鐘脈沖周期數(shù)，用于啟動(dòng)計(jì)數(shù)器二和地址產(chǎn)生器輸出軌道首置換的讀出地址 到Rd，在計(jì)數(shù)器一計(jì)數(shù)期間，計(jì)數(shù)器二和計(jì)數(shù)器=分時(shí)工作；所述計(jì)數(shù)器二記錄一個(gè)軌道 首置換從存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)移到循環(huán)移位寄存器組所需要的時(shí)間；所述計(jì)數(shù)器=記錄兩種操作的組 合時(shí)間，即循環(huán)移位寄存器產(chǎn)生一個(gè)新置換所需要的cp時(shí)鐘周期數(shù)和循環(huán)移位寄存器左 移輸出一個(gè)置換所需要的CP時(shí)鐘周期數(shù)之和；所述計(jì)數(shù)器四記錄第一個(gè)軌道首置換的第 一個(gè)存儲(chǔ)碼字輸入循環(huán)移位寄存器到最后一個(gè)軌道首的最后一個(gè)存儲(chǔ)碼字輸入循環(huán)移位 寄存器之間的時(shí)鐘周期數(shù)，通過(guò)使化ut= 0來(lái)停止存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)讀出；所述組合邏輯單元 分別對(duì)計(jì)數(shù)器一、計(jì)數(shù)器二和計(jì)數(shù)器=的輸出信號(hào)進(jìn)行邏輯組合產(chǎn)生存儲(chǔ)器和循環(huán)移位寄 存器組的端口控制信號(hào)化n、Rout、Pin和化ut，W及產(chǎn)生循環(huán)移位寄存器組中循環(huán)左移回 路的m個(gè)并行開(kāi)關(guān)G的控制信號(hào)。
[0014] 總體而言，由于目前關(guān)于置換碼的代數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和（n，n-l)PC置換碼集合的 完全代數(shù)結(jié)構(gòu)，W