[发明专利]一种适用于电力线通信系统的基于多数据包的联合二维交织编码方法有效

专利信息
申请号: 202111078861.8 申请日: 2021-09-15
公开(公告)号: CN113660064B 公开(公告)日: 2023-06-16
发明(设计)人: 陈永红;刘峰;王星海;常诚;宋柯浔;李浩天 申请(专利权)人: 沈阳飞机设计研究所扬州协同创新研究院有限公司
主分类号: H04L1/00 分类号: H04L1/00;H04B3/54
代理公司: 大连理工大学专利中心 21200 代理人: 梅洪玉
地址: 225000 江苏省扬州市广*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 适用于 电力线 通信 系统 基于 多数 联合 二维 交织 编码 方法
【权利要求书】:

1.一种适用于电力线通信系统的基于多数据包的联合二维交织编码方法,其特征在于,具体步骤如下:

建立电力线通信系统基本模型,包括发送端、信道与接收端;其中发送端包括两部分,分别为MPC编码部分和发送端处理部分;在MPC编码部分,原始数据首先划分为多个长度相等的数据包,纵向交织汉明码部分将多个数据包相同位置的数据进行汉明码编码,接下来横向卷积码编码部分对各个数据包分别进行卷积码编码,最终将多个数据包合并为一串序列;发送端处理部分包括插入导频、OFDM调制、数模转换模块;

接收端包括与发送端相对应的两部分,分别为接收端处理部分和MPC译码部分;接收端处理部分包括模数转换、信道估计、频域均衡、OFDM解调模块,在MPC译码部分中,经过接收端处理部分处理的接收序列按照与发送端相同的方式分割为多个数据包,并对各个数据包进行维特比译码;译码后的序列进行纵向的汉明码校验子译码,最终将经过译码处理的数据包恢复为接收序列,完成电力线系统的通信过程;

编码部分具体如下:

设原始数据的长度为Nb,原始数据序列表示为其中1≤i≤Nb;将原始数据划分为Npk=2q-1个数据包,q≥3,各数据包的长度均为Nl,经过数据包划分后的多个数据包集合表示为:

其中,u为u1到共Npk个数据包形成的集合,bi为原始数据序列中的对应元素,1≤i≤NpkNl;注意到可能存在NpkNl>Nb的情况,即划分数据包后数据长度大于原始数据序列;因此,特殊规定数据包存在长度为Na=NlNpk-Nb补零数据,0≤Na<Nl,数据包满足:

接下来,利用信息位长度为Npk,校验位长度为Np=2q-q-1,码长为NH=Npk+Np的汉明码,即(NH,Npk)汉明码,对Npk个数据包相同位置的数据信息进行编码,此步骤称为纵向交织汉明码,设(NH,Npk)汉明码的生成矩阵为则汉明码字v(i)表示为

其中为纵向交织汉明码码字v(i)上的奇偶校验位,1≤i≤Nl,1≤j≤Np;经过纵向交织汉明码后,数据形式为:

其中vi,1≤i≤Np为数据经过纵向交织汉明码后的一个数据包,此时数据包数量由Npk变为Np

接下来,采用(Ncc,Np,m)卷积码对式(4)中的各个数据包进行编码,此步骤称为横向卷积码编码;(Ncc,Np,m)卷积码是指码长为Ncc,信息位长度为Np,含有m个移位寄存器的卷积码,数据经过横向卷积码编码后的形式为:

其中wi,j为(5)中数据通过横向卷积码生成的二进制比特数据,1≤i≤Np,1≤j≤Ncc,横向卷积码编码后数据w与编码前数据v的关系与卷积码的硬件结构直接相关;

在上述过程中,数据包划分产生Na个补零位,其效率为Rp=Nb/NpkNl,纵向交织汉明码的编码效率为RH=Npk/(Npk+Np),横向卷积码的编码效率为Rcc=Np/Ncc,则MPC编码方案的编码效率为:

最终经过数据包合并操作,发送序列形式为后续再经过插入导频、OFDM调制、数模转换模块形成调制信号s,最终通过电力线通信信道到达接收端;

发送端的发送信号s经过电力线通信信道,受到多径效应、连续突发脉冲干扰、高斯白噪声的影响,信号到达接收端形式为r,如下式所示

r=h*s+n+np (7)

其中h表示电力线通信信道的时域冲激响应,*表示卷积运算,n为高斯白噪声,np为等效BEC信道的连续突发脉冲干扰;

考虑通信系统的真实传播过程,评价脉冲干扰信号的强弱有以下两个方面:干扰信号的持续时间、干扰信号的出现频率;

针对干扰信号的持续时间,设置参数β的物理意义为干扰信号影响的通信符号个数,在仿真中给定β的数值对应描述干扰信号的持续时间:β越大,则干扰信号持续时间越久;反之同理;

针对干扰信号的出现频率,根据排队论的知识,设通信系统中干扰信号的出现概率是服从均匀分布的,则对应到单次通信过程中干扰信号出现的频次是服从泊松分布的,参数λ表示该泊松分布的均值,其物理意义为干扰信号在单次通信过程中出现的频次的平均值,满足

其中T为单次通信过程中脉冲干扰信号出现的频次;由以上两个参数,即可模拟脉冲干扰信号对通信系统的影响,完成脉冲干扰信号的建模过程;

电力线通信信道内的突发脉冲干扰由电力线系统的负载接入变化因素相关,具有强度大、持续时间短的特点,此处设突发脉冲干扰的强度远大于通信信号功率,在接收端是可分辨的;

在接收端,接收信号r首先通过模数转换、信道估计、频域均衡、OFDM解调模块得到MPC译码模块待处理的信号与发送端MPC编码模块得到的输出信号形式相同;依次经过与发送端对应的数据包拆分、卷积码的维特比译码、汉明码的校验子译码及数据包合并,可得到最终接收端的接收数据

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