0 引言

    電力線載波通信（Power Line Communication,，PLC）以其覆蓋范圍廣、無需重新布線,、投資少,、連接方便等優(yōu)點，被普遍認(rèn)為是“最后一公里”解決方案的最有競爭力的技術(shù),。但由于電力線不是一種理想的傳輸信道^[1],，并且掛載在電力線上的各種用電器都會對電力線通信造成干擾，因此,，電力線信道是一種時變,、多徑的頻率選擇性衰減的傳輸信道。

    由于電力線信道的時變性,，隨著用電器數(shù)量的開啟和閉合數(shù)量變化而變化,，導(dǎo)致電力線信道建模非常困難，目前學(xué)術(shù)界還難以拿出一個通用的信道模型來。

    對抗電力線信道噪聲和干擾最為有效的手段就是信道編碼,，HomeplugAV標(biāo)準(zhǔn)中給出了一個雙二元的Turbo碼構(gòu)造,，但這個Turbo碼內(nèi)的交織器被國外某通信設(shè)備商申請了專利，如果直接采用HomeplugAV標(biāo)準(zhǔn),，將來可能會引起不必要的知識產(chǎn)權(quán)糾紛,。

    因此，本文重新設(shè)計了一個Turbo碼交織器方案,，在相同復(fù)雜度前提下,，性能略優(yōu)于HomeplugAV標(biāo)準(zhǔn)。

1 Homeplug AV標(biāo)準(zhǔn)中的Turbo碼

1.1 Turbo編碼器構(gòu)造

    按照Homeplug AV標(biāo)準(zhǔn)^[2-3],，物理層Turbo編碼由2個相同的分量編碼器(ENC1,，ENC2)組成，編碼器每輸入一對信息位(u₁,，u₂)后，編碼結(jié)果就輸出該系統(tǒng)位(u₁,，u₂)和校驗位(p,，q)。Turbo編碼器架構(gòu)如圖1所示,。

    ENC1和ENC2使用8狀態(tài)編碼器,，輸入數(shù)據(jù)流的第一個比特位映射到u₁，第二個比特位映射到u₂,，依此類推,，在一個ENC中，每一對比特位對應(yīng)輸出一個校驗位,。校驗位(p,，q)的計算根據(jù)圖2確定。

    每個成員碼編碼器的具體算法如下：

    步驟1：設(shè)置寄存器初始狀態(tài)S₀=[S₀₁,，S₀₂,，S₀₃]為[0，0,，0],。

    步驟2：輸入信息位至分量編碼器(ENC2輸入的是交織后的信息位)，直至最后一位,，用于得到編碼結(jié)束的末狀態(tài)S_N=[S_N1,，S_N2，S_N3],。

    步驟3：定義矩陣M,。

    PB_Size為520、72、16(用于幀控制)時：

1.2 Turbo碼內(nèi)交織器構(gòu)造

    Turbo交織器用于將原始數(shù)據(jù)交織后作為第二個成員碼的輸入,，Turbo交織按照雙比特為單位進行,，交織器長度等于原始數(shù)據(jù)塊長度的雙比特數(shù)量，Turbo交織的參數(shù)如表1所示,。PB長度主要有PB16（幀控制）,、PB136（載荷）、PB520（載荷）3種,。

    首先規(guī)定Turbo交織的地址映射I(x)定義如下：

式中S()是一個查找表,，它是一個事先按碼距最大原則搜索好的種子表，按照I(x)要求,，交織時采用種子表中的數(shù)據(jù)代入后,，能使交織碼距最大。div表示整除,，mod表示模運算,。N是S表長度，M是雙比特交織長度除以S表長度,，見表2～表4,，S(x)中的x是代表輸入編碼器的bit序號，S(x)是按碼距最大原則搜索出來的交織種子,，直接代入I(x)公式運算,，求得交織地址。地址映射I(x)用于Turbo交織的具體算法如下：   

    if x mod 2==0

        IntData(2·x)=Data(2·I(x)+1)

        IntData(2·x+1)=Data(2·I(x))

    if x mod 2==1

        IntData(2·x)=Data(2·I(x))

        IntData(2·x+1)=Data(2·I(x)+1)

    for x=0,，1,，2，…,，L-1

其中Data()表示交織器輸入,，IntData()表示交織器輸出。需要注意的是：當(dāng)交織器輸出地址為偶數(shù)時,，對應(yīng)的交織后的信息比特對的第0和第1比特要交換一下,。

2 重新搜索后的交織器

    為了避開國外通信設(shè)備商的專利陷阱，又盡可能繼承HomeplugAV標(biāo)準(zhǔn)的架構(gòu),，最小的代價就是重新搜索Turbo碼內(nèi)交織器,。搜索原則：按照表1的要求，盡可能使搜索數(shù)字位于S表窗口的中間位置,，S交織種子表與各個不同碼字間的碼距盡可能相同,。

    重新搜索后的交織種子表如表5、表6,、表7所示,。

3 兩種交織器的性能對比

    在AWGN信道下^[4-5],，當(dāng)幀長固定為PB=16 B、72 B,、136 B,、520 B時，Turbo編碼器內(nèi)采用表2,、表3,、表4與表5、表6,、表7交織種子表時的性能對比,，如圖3所示。

    從圖3可以看出,，在AWGN信道下,，采用重新搜索后的Turbo碼交織器，在相同復(fù)雜度條件下,，性能略優(yōu)于HomeplugAV標(biāo)準(zhǔn),。

4 結(jié)論

    在產(chǎn)品研發(fā)過程中，發(fā)現(xiàn)HomeplugAV標(biāo)準(zhǔn)中的Turbo碼交織器被某國外通信設(shè)備廠家申請了專利,，并成功獲得美國專利保護,。如果繼續(xù)按照HomeplugAV標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)產(chǎn)品，可能會有知識產(chǎn)權(quán)糾紛隱患,，因此，設(shè)計了一個新的Turbo碼交織器方案,。

    重新搜索了一遍Turbo碼交織器的種子表,，按照碼距最優(yōu)原則搜索出來的種子表性能與HomeplugAV里的種子表做性能對比，經(jīng)過仿真驗證其性能優(yōu)于HomeplugAV,，且復(fù)雜度沒有任何變化,。

參考文獻(xiàn)

[1] ZIMMERMANN M，DOSTERT K.A multipath model for the power-line channel[J].IEEE Transactions on communications,，2002,，50(4)：553-558.

[2] Homeplug powerline alliance.homeplug AV speciafication version 1.0[Z].2006.

[3] 國家電網(wǎng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn).電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議：基于寬帶載波通信的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議[S].2016.

[4] 王杰強.基于OFDM電力線載波通信系統(tǒng)設(shè)計及FPGA實現(xiàn)[D].重慶：重慶大學(xué)，2012.

[5] 孫春光.基于OFDM的電力線系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)[D].天津：天津大學(xué),，2006.

作者信息：

周寒冰1,，2，趙東艷1,，2,，唐曉柯1，2,，張海峰1,，2，王東山1，2

(1.北京智芯微電子科技有限公司,，國家電網(wǎng)公司重點實驗室 電力芯片設(shè)計分析實驗室,，北京100192；

2.北京智芯微電子科技有限公司,，北京市電力高可靠性集成電路設(shè)計工程技術(shù)研究中心,，北京100192)