CN107017975B - 一种基于正交频分复用的时频分集拷贝方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于正交频分复用的时频分集拷贝方法和***，所述方法包括：物理层接收介质访问控制层信息，并生成物理层需要传输的原始数据；根据拷贝次数确定交织器个数；根据所述介质访问控制层信息和确定的交织器个数计算时频分集拷贝的参数；根据拷贝时每部分数据的比特数目和最后一部分数据的比特数目计算需要添加的数据长度，并获取新的数据序列；或者根据拷贝次数和最后一个正交频分复用符号的比特数目计算时频分集拷贝的移位参数；根据拷贝时每个交织器对应的子载波个数和交织器个数计算交织偏移步长，并根据交织偏移步长确定每个交织器的交织步长，最后根据交织步长计算每个交织器的交织地址；以及进行时频分集拷贝。
Description
技术领域
本发明涉及电力线载波通信技术领域，并且更具体地，涉及一种基于正交频分复用的时频分集拷贝方法。
背景技术
电力线载波通信是利用电力布线来传送和接收通信信号的有线通信技术。由于电力线网络分布广泛，因此使用电力线作为通信媒质无需在室内打孔布线重新构建通信网络，具有成本低廉，连接方便等优点，在智能电网和宽带接入方面受到越来越多的关注。
正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)是一种将可用传输信道带宽再分为多个彼此重叠和正交的离散信道或载波的扩展频谱技术。数据以具有特定持续时间和包括一定数量载频的码元的形式发送。利用二相移位键控(BinaryPhase Shift Keying，BPSK)或四相移位键控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)之类的惯用方案可以对这些OFDM载波发送的数据进行编码。
通信信道是通信的基础，与无线通信相同，电力线通信的性能主要受到电力线通信信道的制约。低压电力网不是为传输高速数据而设计的，其构成电力网的组件是按照输送电能的损失最小并保证可靠地传输低频电流而设计的，因此，在低压线上进行信号传输时，可能在信道上产生差错突发的脉冲噪声和造成频率选择性衰落的延迟扩展，从而导致接收端无法正确地解调出发送信号，故采用分集技术十分必要。
发明内容
为了解决背景技术存在的上述问题，本发明提供一种基于正交频分复用的时频分集拷贝方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、物理层接收介质访问控制层信息，并生成物理层需要传输的原始数据；
步骤2、根据拷贝次数确定交织器个数；
步骤3、根据所述介质访问控制层信息和确定的交织器个数计算时频分集拷贝的参数，所述参数包括拷贝时实际使用的子载波个数、每部分数据的载波个数、每部分数据的比特数目、需要的正交频分复用符号数目、每个正交频分复用符号的比特数目、最后一个正交频分复用符号的比特数目、每个交织器对应的子载波个数和最后一部分数据的比特数目；
步骤4、判断最后一部分数据的比特数目是否大于0，若是，则执行步骤5，否则，执行步骤6；
步骤5、根据拷贝时每部分数据的比特数目和最后一部分数据的比特数目计算需要添加的数据长度，并获取新的数据序列；
步骤6、根据拷贝次数和最后一个正交频分复用符号的比特数目计算时频分集拷贝的移位参数；
步骤7、根据拷贝时每个交织器对应的子载波个数和交织器个数计算交织偏移步长，并根据交织偏移步长确定每个交织器的交织步长，最后根据交织步长计算每个交织器的交织地址；以及
步骤8、按照拷贝次数，根据移位参数、交织器的交织地址，物理层的编码速率依次进行时频分集拷贝。
进一步地，分集拷贝在时域和频域同时进行，频域表现在将需传输的数据拷贝在不同子载波上，时域表现在将需传输的数据拷贝在不同的正交频分复用符号上。
进一步地，物理层接收的介质访问控制层信息包含载波映射表索引，所述载波映射表索引规定了物理层的编码速率，拷贝次数，物理块大小，并根据物理块大小计算出物理层可传输的原始数据长度。
进一步地，根据拷贝次数确定交织器个数包括：
当拷贝次数是2次时，交织器个数是8个，每次拷贝交织器个数是4个；
当拷贝次数是4次时，交织器个数是8个，每次拷贝交织器个数是2个；
当拷贝次数是5次时，交织器个数是10个，每次拷贝交织器个数是2个；
当拷贝次数是7次时，交织器个数是14个，每次拷贝交织器个数是2个；以及
当拷贝次数是11次时，交织器个数是11个，每次拷贝交织器个数是1个。
进一步地，根据所述介质访问控制层信息和确定的交织器个数计算时频分集拷贝的参数的公式包括：
计算拷贝时实际使用的子载波个数N_real_carrier：
其中，N_real_carrier表示拷贝时实际使用的子载波个数，InterNum表示拷贝次数对应的交织器个数，N_carrier表示可使用的子载波个数，
表示取下整；
计算拷贝时每部分的载波个数CarriersPerPart：
其中，CarriersPerPart表示拷贝时每部分的载波个数，N_real_carrier表示拷贝时实际使用的子载波个数，N_copies表示拷贝次数，
表示取下整；
计算拷贝时每部分的比特数目BitsPerPart：
BitsPerPart＝BPC*CarrierPerPart
其中，BitsPerPart表示拷贝时每部分的比特数目，BPC表示物理层编码速率，CarriersPerPart表示拷贝时每部分的载波个数；
计算拷贝时需要的正交频分复用(正交频分复用符号)符号数目N_symbol；
其中，N_symbol表示拷贝时需要的正交频分复用符号数目，N_data表示原始数据长度，BitsPerPart表示拷贝时每部分的比特数目，
表示取上整；
计算拷贝时每个正交频分复用符号的比特数目BitsPerSymbol：
BitsPerSymbol＝BPC*N_real_carrier
其中，BitsPerSymbol表示拷贝时每个正交频分复用符号的比特数目，BPC表示物理层编码速率，N_real_carrier表示拷贝时实际使用的子载波个数；
计算最后一个正交频分复用符号的比特数目BitsInLastOFDM：
其中，BitsInLastOFDM表示最后一个正交频分复用符号的比特数目，N_data表示原始数据长度，BitsPerSymbol表示拷贝时每个正交频分复用符号的比特数目，
表示取下整；
计算拷贝时每个交织器对应的子载波个数CarriersPerInterleaver：
其中，CarriersPerInterleaver表示拷贝时每个交织器对应的子载波个数，N_real_carrier表示拷贝时实际使用的子载波个数，InterNum表示拷贝次数对应的交织器个数；
计算拷贝时数据最后一部分的比特数目BitsInLastPart：
BitsInLastPart＝N_data-(N_symbol-1)*BitsPerPart
其中，BitsInLastPart表示拷贝时数据最后一部分的比特数目，N_data表示原始数据长度，N_symbol表示拷贝时需要的正交频分复用符号数目，BitsPerPart表示拷贝时每部分的比特数目。
进一步地，根据拷贝时每部分数据的比特数目和最后一部分数据的比特数目计算需要添加的数据长度，并获取新的数据序列包括：
步骤1、计算需要添加的数据长度N_add：
N_add＝BitsPerPart-BitsInLastPart
其中，N_add表示需要添加的数据长度，BitsPerPart表示拷贝时每部分的比特数目，BitsInLastPart表示拷贝时数据最后一部分的比特数目；
步骤2、每次拷贝添加N_add长度数据，添加原则为：第一次拷贝的N_add长度数据来自原始数据的1至N_add个比特，第二次拷贝的N_add长度数据来自原始数据的(N_add+1)至2N_add个比特，依次类推，直至第N次拷贝的N_add长度数据来自原始数据的[(N-1)*N_add+1]个至N*N_add个比特；以及
步骤3、更新数据长度N_data_actual，计算公式如下：
N_data_actual＝N_data+N_add
其中，N_data_actual表示更新的数据长度，N_data表示原始数据长度，N_add表示需要添加的数据长度。
进一步地，根据拷贝次数和最后一个正交频分复用符号的比特数目计算时频分集拷贝的移位参数的规则包括：
当拷贝次数为1时，移位参数cyclicshift＝0；
当拷贝次数为2时，若最后一个正交频分复用符号的比特数目BitsInLastOFDM不大于拷贝时每部分的比特数目BitsPerPart，移位参数cyclicshift＝[0,0]，否则移位参数cyclicshift＝[0,1]；
当拷贝次数为4时，BitsInLastOFDM≤BitsPerPart，移位参数cyclicshift＝[0,0,0,0]，BitsPerPart＜BitsInLastOFDM≤2×BitsPerPart，移位参数cyclicshift＝[0,0,1,1]，2×BitsPerPart＜BitsInLastOFDM≤3×BitsPerPart，移位参数cyclicshift＝[0,0,0,0]，3×BitsPerPart＜BitsInLastOFDM≤4×BitsPerPart，移位参数cyclicshift＝[0,1,2,3]；
当拷贝次数为5时，BitsInLastOFDM≤4×BitsPerPart，移位参数cyclicshift＝[0,0,0,0,0]，否则，移位参数cyclicshift＝[0,1,2,3,4]；
当拷贝次数为7时，BitsInLastOFDM≤6×BitsPerPart，移位参数cyclicshift＝[0,0,0,0,0,0,0]，否则，移位参数cyclicshift＝[0,1,2,3,4,5,6]；
当拷贝次数为11时，BitsInLastOFDM≤10×BitsPerPart，移位参数cyclicshift＝[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0]，否则，移位参数cyclicshift＝[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]。
进一步地，根据拷贝时每个交织器对应的子载波个数和交织器个数计算交织偏移步长，并根据交织偏移步长确定每个交织器的交织步长，最后根据交织步长计算每个交织器的交织地址包括：
步骤1、计算交织偏移步长InterStep：
其中，InterStep表示交织偏移步长，CarriersPerInterleaver表示拷贝时每个交织器对应的子载波个数，InterNum表示拷贝次数对应的交织器个数，
表示取下整；
步骤2、根据交织偏移步长确定每个交织器的交织步长，其对应关系如下：
当InterStep＜1时，InterShiftStep等于0；
当1≤InterStep＜2时，InterShiftStep等于1；
当2≤InterStep＜4时，InterShiftStep等于2；
当4≤InterStep＜8时，InterShiftStep等于4；
当8≤InterStep＜16时，InterShiftStep等于8；
步骤3、根据交织步长计算每个交织器的交织地址包括：
每个交织器在进行交织时，均采用行进列出的方式，首先将原始地址按照行进的方式存储在一个N行M列的矩阵中，再将矩阵中的元素按照列的顺序读取出来，读取之后，再将每个交织器进行循环移位，得到最终的交织结果，具体计算公式如下：
在第i个交织器进行交织时，其交织器的矩阵列数M(i)
M(i)＝i*InterShiftStep
其中，M(i)表示第i个交织器交织时的矩阵列数，InterShiftStep表示交织器的交织步长，
在第i个交织器进行循环移位时，其循环移位参数cyc(i)为：
cyc(i)＝2*(i-1)*InterShiftStep
其中，cyc(i)表示第i个交织器的循环移位参数，InterShiftStep表示交织器的交织步长。
进一步地，根据移位参数、交织器的交织地址，物理层的编码速率依次进行时频分集拷贝包括：
在进行第N次拷贝时，先按照移位参数对拷贝的部分进行移位，其中N大于1；
将每部分数据分成与每次拷贝所需交织器个数数量相同的块；
在拷贝时，比特和子载波根据物理层的编码速率进行映射。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种基于正交频分复用的时频分集拷贝***，其特征在于，所述***包括：
数据形成单元，其用于通过物理层接收介质访问控制层信息，并生成物理层需要传输的原始数据；
交织器确定单元，其用于根据拷贝次数确定交织器个数；
时频分集拷贝参数确定单元，其用于根据所述介质访问控制层信息和确定的交织器个数计算时频分集拷贝的参数，所述参数包括拷贝时实际使用的子载波个数、每部分数据的载波个数、每部分数据的比特数目、需要的正交频分复用符号数目、每个正交频分复用符号的比特数目、最后一个正交频分复用符号的比特数目、每个交织器对应的子载波个数和最后一部分数据的比特数目；
数据长度判断单元，其用于判断传输的数据的最后一部分的比特数目
是否大于0；
新数据序列确定单元，其用于根据拷贝时每部分数据的比特数目和最后一部分数据的比特数目计算需要添加的数据长度，并获取新的数据序列；
时频分集拷贝移位参数计算单元，其用于根据拷贝次数和最后一个正交频分复用符号的比特数目计算时频分集拷贝的移位参数；
交织器交织地址计算单元，其用于根据拷贝时每个交织器对应的子载波个数和交织器个数计算交织偏移步长，并根据交织偏移步长确定每个交织器的交织步长，最后根据交织步长计算每个交织器的交织地址；以及
时频分集拷贝单元，其用于按照拷贝次数，根据移位参数、交织器的交织地址，物理层的编码速率依次进行时频分集拷贝。
本发明提供的基于正交频分复用的时频分集拷贝方法和***针对不同的数据长度、不同调制方式、不同的拷贝次数进行时频分集拷贝，提高了***的分集增益。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1是本发明具体实施方式的基于正交频分复用的时频分集拷贝方法的流程图；
图2是本发明具体实施方式的通过计算得到的参数大小的示意图；
图3是本发明具体实施方式的交织器交织方式的示意图；
图4是本发明具体实施方式的时频分集拷贝实施例的示意图；
图5是本发明具体实施方式的进行时频分集拷贝时比特和载波的映射关系的局部示意图；
图6是本发明具体实施方式的基于正交频分复用的时频分集拷贝方法的实验结果示意图；
图7是本发明具体实施方式的基于正交频分复用的时频分集拷贝方法的另一个实验结果示意图；以及
图8是本发明具体实施方式的基于正交频分复用的时频分集拷贝***的结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1是本发明具体实施方式的基于正交频分复用的时频分集拷贝方法的流程图。如图1所示，基于正交频分复用的时频分集拷贝方法从步骤S101开始。
在步骤S101，物理层接收介质访问控制层信息，并生成物理层需要传输的原始数据。物理层接收的介质访问控制层信息包含载波映射表索引，所述载波映射表索引规定了物理层的编码速率，拷贝次数，物理块大小，并根据物理块大小计算出物理层可传输的原始数据长度。本实施例采用频段0，载波映射表索引为2，编码速率为2，采用QPSK，拷贝次数为5，可使用的子载波个数为411，物理块为136，物理层可传输的数据长度N_data为1088。
在步骤S102，根据拷贝次数确定交织器个数。根据拷贝次数确定交织器个数包括：当拷贝次数是2次时，交织器个数是8个，每次拷贝交织器个数是4个；当拷贝次数是4次时，交织器个数是8个，每次拷贝交织器个数是2个；当拷贝次数是5次时，交织器个数是10个，每次拷贝交织器个数是2个；当拷贝次数是7次时，交织器个数是14个，每次拷贝交织器个数是2个；以及当拷贝次数是11次时，交织器个数是11个，每次拷贝交织器个数是1个。在本实施例中，由于拷贝次数为5，故交织器个数应为10，且每次拷贝交织器的个数是2个。
在步骤S103，根据所述介质访问控制层信息和确定的交织器个数计算时频分集拷贝的参数，所述参数包括拷贝时实际使用的子载波个数、每部分数据的载波个数、每部分数据的比特数目、需要的正交频分复用符号数目、每个正交频分复用符号的比特数目、最后一个正交频分复用符号的比特数目、每个交织器对应的子载波个数和最后一部分数据的比特数目。每个参数的计算过程如下所示。
a)计算拷贝时实际使用的子载波个数N_real_carrier：
其中，N_real_carrier表示拷贝时实际使用的子载波个数，InterNum表示拷贝次数对应的交织器个数，N_carrier表示可使用的子载波个数，
表示取下整，实施例中，实际使用的子载波个数为
b)计算拷贝时每部分的载波个数CarriersPerPart：
其中，CarriersPerPart表示拷贝时每部分的载波个数，N_real_carrier表示拷贝时实际使用的子载波个数，N_copies表示拷贝次数，
表示取下整，实施例中，将原始数据分为7个部分，每个部分的载波个数为
c)计算拷贝时每部分的比特数目BitsPerPart：
BitsPerPart＝BPC*CarrierPerPart
其中，BitsPerPart表示拷贝时每部分的比特数目，BPC表示物理层编码速率，CarriersPerPart表示拷贝时每部分的载波个数，实施例中，物理层编码速率为2，每部分的比特数目为2*82＝164。
d)计算拷贝时需要的正交频分复用(正交频分复用符号)符号数目N_symbol；
其中，N_symbol表示拷贝时需要的正交频分复用符号数目，N_data表示原始数据长度，BitsPerPart表示拷贝时每部分的比特数目，
表示取上整，实施例中，原始数据长度为1088，每部分的比特数目为164，得到拷贝时需要的OFDM符号数目为7个。
e)计算拷贝时每个正交频分复用符号的比特数目BitsPerSymbol：
BitsPerSymbol＝BPC*N_real_carrier
其中，BitsPerSymbol表示拷贝时每个正交频分复用符号的比特数目，BPC表示物理层编码速率，N_real_carrier表示拷贝时实际使用的子载波个数，实施例中，每个OFDM符号的比特数目为2*410＝820。
f)计算最后一个正交频分复用符号的比特数目BitsInLastOFDM：
其中，BitsInLastOFDM表示最后一个正交频分复用符号的比特数目，，N_data表示原始数据长度，BitsPerSymbol表示拷贝时每个正交频分复用符号的比特数目，
表示取下整，实施例中，最后一个OFDM符号的比特数1088-820＝268。
g)计算拷贝时每个交织器对应的子载波个数CarriersPerInterleaver：
其中，CarriersPerInterleaver表示拷贝时每个交织器对应的子载波个数，N_real_carrier表示拷贝时实际使用的子载波个数，InterNum表示拷贝次数对应的交织器个数，实施例中，每个交织器对应的子载波个数为410÷10＝41。
h)计算拷贝时数据最后一部分的比特数目BitsInLastPart：
BitsInLastPart＝N_data-(N_symbol-1)*BitsPerPart
其中，BitsInLastPart表示拷贝时数据最后一部分的比特数目，N_data表示原始数据长度，N_symbol表示拷贝时需要的正交频分复用符号数目，BitsPerPart表示拷贝时每部分的比特数目，实施例中，最后一部分的比特数目为1088-6*164＝104。
在步骤S104，判断最后一部分数据的比特数目是否大于0，若是，则执行步骤S105，否则，执行步骤S106。在本实施例中，最后一部分数据的比特数目是104，故执行步骤S105。
在步骤S105，根据拷贝时每部分数据的比特数目和最后一部分数据的比特数目计算需要添加的数据长度，并获取新的数据序列。在本实施例中，获取新的数据序列的过程如下所示。
步骤1、计算需要添加的数据长度N_add：
N_add＝BitsPerPart-BitsInLastPart
其中，N_add表示需要添加的数据长度，BitsPerPart表示拷贝时每部分的比特数目，BitsInLastPart表示拷贝时数据最后一部分的比特数目。本实施例的，添加的数据长度为164-104＝60。
步骤2、每次拷贝添加N_add长度数据，添加原则为：第一次拷贝的N_add长度数据来自原始数据的1至N_add个比特，第二次拷贝的N_add长度数据来自原始数据的(N_add+1)至2N_add个比特，依次类推，直至第N次拷贝的N_add长度数据来自原始数据的[(N-1)*N_add+1]个至N*N_add个比特；以及
步骤3、更新数据长度N_data_actual，计算公式如下：
N_data_actual＝N_data+N_add
其中，N_data_actual表示更新的数据长度，N_data表示原始数据长度，N_add表示需要添加的数据长度。在本实施例中，更新的数据长度为1088+60＝1148个。
图2是本发明具体实施方式的通过计算得到的参数大小的示意图。如图2所示，通过步骤S103和步骤S105的计算，本发明具体实施方式中进行时频分集拷贝的参数的大小分别为：拷贝时实际使用的子载波个数是410个，每部分数据的载波个数是82个，每部分数据的比特数目是164个，需要的正交频分复用符号数目是7个，每个正交频分复用符号的比特数目是820个，最后一个正交频分复用符号的比特数目是268个，每个交织器对应的子载波个数是41个，最后一部分数据的比特数目104，新的数据长度是1148。
在步骤S106，根据拷贝次数和最后一个正交频分复用符号的比特数目计算时频分集拷贝的移位参数。具体规则包括：
当拷贝次数为1时，移位参数cyclicshift＝0；
当拷贝次数为2时，若最后一个正交频分复用符号的比特数目BitsInLastOFDM不大于拷贝时每部分的比特数目BitsPerPart，移位参数cyclicshift＝[0,0]，否则移位参数cyclicshift＝[0,1]；
当拷贝次数为4时，BitsInLastOFDM≤BitsPerPart，移位参数cyclicshift＝[0,0,0,0]，BitsPerPart＜BitsInLastOFDM≤2×BitsPerPart，移位参数cyclicshift＝[0,0,1,1]，2×BitsPerPart＜BitsInLastOFDM≤3×BitsPerPart，移位参数cyclicshift＝[0,0,0,0]，3×BitsPerPart＜BitsInLastOFDM≤4×BitsPerPart，移位参数cyclicshift＝[0,1,2,3]；
当拷贝次数为5时，BitsInLastOFDM≤4×BitsPerPart，移位参数cyclicshift＝[0,0,0,0,0]，否则，移位参数cyclicshift＝[0,1,2,3,4]；
当拷贝次数为7时，BitsInLastOFDM≤6×BitsPerPart，移位参数cyclicshift＝[0,0,0,0,0,0,0]，否则，移位参数cyclicshift＝[0,1,2,3,4,5,6]；
当拷贝次数为11时，BitsInLastOFDM≤10×BitsPerPart，移位参数cyclicshift＝[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0]，否则，移位参数cyclicshift＝[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]。
在本实施例中，拷贝次数是5次，BitsInLastOFDM是268，BitsPerPart是164，满足BitsInLastOFDM≤4×BitsPerPart，故移位参数为cyclicshift＝[0,0,0,0,0]
在步骤S107，根据拷贝时每个交织器对应的子载波个数和交织器个数计算交织偏移步长，并根据交织偏移步长确定每个交织器的交织步长，最后根据交织步长计算每个交织器的交织地址。具体计算方法如下所示。
步骤1、计算交织偏移步长InterStep：
其中，InterStep表示交织偏移步长，CarriersPerInterleaver表示拷贝时每个交织器对应的子载波个数，InterNum表示拷贝次数对应的交织器个数，
表示取下整，在本实施例中，拷贝时每个交织器对应的子载波个数是41，拷贝次数对应的交织器个数是10，根据计算可知，交织偏移步长是2。
步骤2、根据交织偏移步长确定每个交织器的交织步长，其对应关系如下：
当InterStep＜1时，InterShiftStep等于0；
当1≤InterStep＜2时，InterShiftStep等于1；
当2≤InterStep＜4时，InterShiftStep等于2；
当4≤InterStep＜8时，InterShiftStep等于4；
当8≤InterStep＜16时，InterShiftStep等于8；
在本实施例中，交织偏移步长是2，交织步长也是2。
步骤3、根据交织步长计算每个交织器的交织地址包括：
每个交织器在进行交织时，均采用行进列出的方式，首先将原始地址按照行进的方式存储在一个N行M列的矩阵中，再将矩阵中的元素按照列的顺序读取出来，读取之后，再将每个交织器进行循环移位，得到最终的交织结果，具体计算公式如下：
在第i个交织器进行交织时，其交织器的矩阵列数M(i)
M(i)＝i*InterShiftStep
其中，M(i)表示第i个交织器交织时的矩阵列数，InterShiftStep表示交织器的交织步长，
在第i个交织器进行循环移位时，其循环移位参数cyc(i)为：
cyc(i)＝2*(i-1)*InterShiftStep
其中，cyc(i)表示第i个交织器的循环移位参数，InterShiftStep表示交织器的交织步长。
在本实施例中，共有10个交织器，对于第一个交织器，其矩阵列数M为2，对第二个交织器，其矩阵列数为4，对第十个交织器，其矩阵列数为20，通过10个交织器的交织，可以得到10个交织输出结果。图3是本发明具体实施方式的交织器交织方式的示意图。如图3所示，对于第三个交织器，其交织时矩阵的列数M为6，矩阵的行数N为7，循环移位参数为8，图3中交织输出的结果为[1,7,13,19,25,31,37，……，17,23,29,35,41,6,12,18,24,30,36]，之后对交织结果进行循环移位，由于循环移位参数为8，故最终的交织器3的交织地址为[35,41,6,12,18,24,30,36,1,7,13,19,25,31,37，……，17,23,29]。
在步骤S108，按照拷贝次数，根据移位参数、交织器的交织地址，物理层的编码速率依次进行时频分集拷贝。
优选地，根据移位参数、交织器的交织地址，物理层的编码速率依次进行时频分集拷贝包括：
在进行第N次拷贝时，先按照移位参数对拷贝的部分进行移位，其中N大于1；
将每部分数据分成与每次拷贝所需交织器个数数量相同的块；
在拷贝时，比特和子载波根据物理层的编码速率进行映射。
图4是本发明具体实施方式的时频分集拷贝实施例的示意图。如图4所示，实施例中，拷贝5次，第一次拷贝时，每个部分均采用交织器1,2的交织地址，对于第一部分Part1，其拷贝结果为P1_1(I1),P1_2(I2)，P1_1表示Part1的第一块比特，在实施例中，为82个比特，P1_2表示Part1的第二块比特，在实施例中，同样也为82个比特，I1表示交织器1的最终交织地址，I2表示交织器2的最终交织地址，对于第二部分，其拷贝结果为P2_1(I1),P2_2(I2)，P2_1表示Part2的第一块比特，P2_2表示Part2的第二块比特，对于第一次拷贝的第i部分Part i，其拷贝结果为Pi_1(I1),Pi_2(I2)，Pi_1表示Part i的第一块比特，Pi_2表示Part i的第二块比特；第二次拷贝时，先按照移位参数对需要拷贝的部分进行移位，再将每部分采用交织器3,4的交织地址进行交织，实施例中移位参数的第二个元素为0，故不需要进行移位，每一部分进行交织时，同第一次拷贝情况类似，只是其交织地址采用交织器3,4的输出结果，如图5中所示对于第一部分Part1，其拷贝结果为P1_1(I3)，P1_2(I4)，对于第二部分，其拷贝结果为P2_1(I3)，P2_2(I4)，对于第二次拷贝的第i部分Part i，其拷贝结果为Pi_1(I3),Pi_2(I4)；对于第j次拷贝，先按照移位参数中的第j个元素，对需要拷贝的7部分进行移位，再将每个部分按照交织器2j-1，2j的输出进行交织，直至拷贝结束。
图5是本发明具体实施方式的进行时频分集拷贝时比特和载波的映射关系的局部示意图。在拷贝时，比特和子载波根据BPC参数进行映射，若BPC为1，则每个子载波可映射1个比特，若BPC为2，则每个子载波可映射2个比特。在本实施例中，BPC为2，如图5所示，第一个OFDM符号第三部分的第一块比特P3_1中，比特和子载波的映射关系，在映射时，采用交织器1的交织器输出I(1)，图6中，P3_1对应的比特编号为329～410，对于第329、330个比特，其映射对应的子载波编号应为164+I(1,1)，其中，I(1,1)表示第一个交织器输出的第一个交织结果，对于第(328+2m-1)、(328+2m)个比特，其映射对应的子载波编号应为164+I(1,m)，其中，1≤m≤41，I(1,m)表示第一个交织器输出的第m个交织结果。其他部分的比特和子载波映射关系同图5类似，只是映射时对应的交织器不同。
优选地，分集拷贝在时域和频域同时进行，频域表现在将需传输的数据拷贝在不同子载波上，时域表现在将需传输的数据拷贝在不同的正交频分复用符号上。
为了验证本发明的效果，下面结合仿真实验进行进一步的描述。
图6是本发明具体实施方式的基于正交频分复用的时频分集拷贝方法的实验结果示意图。图7是本发明具体实施方式的基于正交频分复用的时频分集拷贝方法的另一个实验结果示意图。图6的仿真条件为：带宽为1.953～11.96MHz，可用子载波个数为411，采用物理块为136，数据长度为1088，调制方式为QPSK，拷贝5次；图7的仿真条件为：带宽为2.441～5.615MHz，可用子载波个数为131，同样采用物理块为136，数据长度为1088，调制方式为QPSK，拷贝5次。仿真时采用的信道为电力线信道，信道模型为4径的衰落信道。图6、7中的横轴表示信噪比，单位为dB，纵轴表示误码率。图6和图7中，以圆圈标示的曲线代表无分集拷贝的误码率曲线，以正方形标示的曲线代表本发明的误码率曲线。由图6和图7的仿真实验结果可见，本发明和无分集情况相比，能够提供较高的分集增益，很好地对抗了信道的频率选择性，极大的提升了***的可靠性。
图8是本发明具体实施方式的基于正交频分复用的时频分集拷贝***的结构图。如图8所示，基于正交频分复用的时频分集拷贝***包括数据形成单元801、交织器确定单元802、时频分集拷贝参数确定单元803、数据长度判断单元804、新数据序列确定单元805、时频分集拷贝移位参数计算单元806、交织器交织地址计算单元807和时频分集拷贝单元808。
数据形成单元801，其用于通过物理层接收介质访问控制层信息，并生成物理层需要传输的原始数据；
交织器确定单元802，其用于根据拷贝次数确定交织器个数；
时频分集拷贝参数确定单元803，其用于根据所述介质访问控制层信息和确定的交织器个数计算时频分集拷贝的参数，所述参数包括拷贝时实际使用的子载波个数、每部分数据的载波个数、每部分数据的比特数目、需要的正交频分复用符号数目、每个正交频分复用符号的比特数目、最后一个正交频分复用符号的比特数目、每个交织器对应的子载波个数和最后一部分数据的比特数目；
数据长度判断单元804，其用于判断传输的数据的最后一部分的比特数目是否大于0；
新数据序列确定单元805，其用于根据拷贝时每部分数据的比特数目和最后一部分数据的比特数目计算需要添加的数据长度，并获取新的数据序列；
时频分集拷贝移位参数计算单元806，其用于根据拷贝次数和最后一个正交频分复用符号的比特数目计算时频分集拷贝的移位参数；
交织器交织地址计算单元807，其用于根据拷贝时每个交织器对应的子载波个数和交织器个数计算交织偏移步长，并根据交织偏移步长确定每个交织器的交织步长，最后根据交织步长计算每个交织器的交织地址；以及
时频分集拷贝单元808，其用于按照拷贝次数，根据移位参数、交织器的交织地址，物理层的编码速率依次进行时频分集拷贝。
时频分集拷贝单元808，其用于按照拷贝次数，根据移位参数、交织器的交织地址，物理层的编码速率依次进行时频分集拷贝。
已经通过上述实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该【装置、组件等】”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (9)
1.一种基于正交频分复用的时频分集拷贝方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、物理层接收介质访问控制层信息，并生成物理层需要传输的原始数据；
步骤2、根据拷贝次数确定交织器个数；
步骤3、根据所述介质访问控制层信息和确定的交织器个数计算时频分集拷贝的参数，所述参数包括拷贝时实际使用的子载波个数、每部分数据的载波个数、每部分数据的比特数目、需要的正交频分复用符号数目、每个正交频分复用符号的比特数目、最后一个正交频分复用符号的比特数目、每个交织器对应的子载波个数和最后一部分数据的比特数目；
步骤4、判断最后一部分数据的比特数目是否大于0，若是，则执行步骤5，否则，执行步骤6；
步骤5、根据拷贝时每部分数据的比特数目和最后一部分数据的比特数目计算需要添加的数据长度，并获取新的数据序列；
步骤6、根据拷贝次数和最后一个正交频分复用符号的比特数目计算时频分集拷贝的移位参数；
步骤7、根据拷贝时每个交织器对应的子载波个数和交织器个数计算交织偏移步长，并根据交织偏移步长确定每个交织器的交织步长，最后根据交织步长计算每个交织器的交织地址，其中：
计算交织偏移步长InterStep，其计算公式为：
式中，CarriersPerInterleaver表示拷贝时每个交织器对应的子载波个数，InterNum表示拷贝次数对应的交织器个数，
表示取下整；
根据交织偏移步长InterStep确定每个交织器的交织步长InterShiftStep，其对应关系如下：
当InterStep＜1时，InterShiftStep等于0；
当1≤InterStep＜2时，InterShiftStep等于1；
当2≤InterStep＜4时，InterShiftStep等于2；
当4≤InterStep＜8时，InterShiftStep等于4；
当8≤InterStep＜16时，InterShiftStep等于8；
根据交织步长计算InterShiftStep每个交织器的交织地址包括：
每个交织器在进行交织时，均采用行进列出的方式，首先将原始地址按照行进的方式存储在一个N行M列的矩阵中，再将矩阵中的元素按照列的顺序读取出来，读取之后，再将每个交织器进行循环移位，得到最终的交织结果，具体计算公式如下：
在第i个交织器进行交织时，所述交织器的矩阵列数M(i)为：
M(i)＝i*InterShiftStep
在第i个交织器进行循环移位时，其循环移位参数cyc(i)为：
cyc(i)＝2*(i-1)*InterShiftStep；
步骤8、按照拷贝次数，根据时频分集拷贝的移位参数、交织器的交织地址，物理层的编码速率依次进行时频分集拷贝。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分集拷贝在时域和频域同时进行，频域表现在将需传输的数据拷贝在不同子载波上，时域表现在将需传输的数据拷贝在不同的正交频分复用符号上。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，物理层接收的介质访问控制层信息包含载波映射表索引，所述载波映射表索引规定了物理层的编码速率，拷贝次数，物理块大小，并根据物理块大小计算出物理层可传输的原始数据长度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据拷贝次数确定交织器个数包括：
当拷贝次数是2次时，交织器个数是8个，每次拷贝交织器个数是4个；
当拷贝次数是4次时，交织器个数是8个，每次拷贝交织器个数是2个；
当拷贝次数是5次时，交织器个数是10个，每次拷贝交织器个数是2个；
当拷贝次数是7次时，交织器个数是14个，每次拷贝交织器个数是2个；以及
当拷贝次数是11次时，交织器个数是11个，每次拷贝交织器个数是1个。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述介质访问控制层信息和确定的交织器个数计算时频分集拷贝的参数的公式包括：
计算拷贝时实际使用的子载波个数N_real_carrier：
其中，N_real_carrier表示拷贝时实际使用的子载波个数，InterNum表示拷贝次数对应的交织器个数，N_carrier表示可使用的子载波个数，
表示取下整；
计算拷贝时每部分的载波个数CarriersPerPart：
其中，CarriersPerPart表示拷贝时每部分的载波个数，N_real_carrier表示拷贝时实际使用的子载波个数，N_copies表示拷贝次数，
表示取下整；
计算拷贝时每部分的比特数目BitsPerPart：
BitsPerPart＝BPC*CarrierPerPart
其中，BitsPerPart表示拷贝时每部分的比特数目，BPC表示物理层编码速率，CarriersPerPart表示拷贝时每部分的载波个数；
计算拷贝时需要的正交频分复用符号数目N_symbol:
其中，N_symbol表示拷贝时需要的正交频分复用符号数目，N_data表示原始数据长度，BitsPerPart表示拷贝时每部分的比特数目，
表示取上整；
计算拷贝时每个正交频分复用符号的比特数目BitsPerSymbol：
BitsPerSymbol＝BPC*N_real_carrier
其中，BitsPerSymbol表示拷贝时每个正交频分复用符号的比特数目，BPC表示物理层编码速率，N_real_carrier表示拷贝时实际使用的子载波个数；
计算最后一个正交频分复用符号的比特数目BitsInLastOFDM：
其中，BitsInLastOFDM表示最后一个正交频分复用符号的比特数目，N_data表示原始数据长度，BitsPerSymbol表示拷贝时每个正交频分复用符号的比特数目，
表示取下整；
计算拷贝时每个交织器对应的子载波个数CarriersPerInterleaver：
其中，CarriersPerInterleaver表示拷贝时每个交织器对应的子载波个数，N_real_carrier表示拷贝时实际使用的子载波个数，InterNum表示拷贝次数对应的交织器个数；
计算拷贝时数据最后一部分的比特数目BitsInLastPart：
BitsInLastPart＝N_data-(N_symbol-1)*BitsPerPart
其中，BitsInLastPart表示拷贝时数据最后一部分的比特数目，N_data表示原始数据长度，N_symbol表示拷贝时需要的正交频分复用符号数目，BitsPerPart表示拷贝时每部分的比特数目。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据拷贝时每部分数据的比特数目和最后一部分数据的比特数目计算需要添加的数据长度，并获取新的数据序列包括：
步骤1、计算需要添加的数据长度N_add：
N_add＝BitsPerPart-BitsInLastPart
其中，N_add表示需要添加的数据长度，BitsPerPart表示拷贝时每部分的比特数目，BitsInLastPart表示拷贝时数据最后一部分的比特数目；
步骤2、每次拷贝添加N_add长度数据，添加原则为：第一次拷贝的N_add长度数据来自原始数据的1至N_add个比特，第二次拷贝的N_add长度数据来自原始数据的(N_add+1)至2N_add个比特，依次类推，直至第N次拷贝的N_add长度数据来自原始数据的[(N-1)*N_add+1]个至N*N_add个比特；以及
步骤3、更新数据长度N_data_actual，计算公式如下：
N_data_actual＝N_data+N_add
其中，N_data_actual表示更新的数据长度，N_data表示原始数据长度，N_add表示需要添加的数据长度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据拷贝次数和最后一个正交频分复用符号的比特数目计算时频分集拷贝的移位参数的规则包括：
当拷贝次数为1时，时频分集拷贝的移位参数cyclicshift＝0；
当拷贝次数为2时，若最后一个正交频分复用符号的比特数目BitsInLastOFDM不大于拷贝时每部分的比特数目BitsPerPart，时频分集拷贝的移位参数cyclicshift＝[0,0]，否则移位参数cyclicshift＝[0,1]；
当拷贝次数为4时，BitsInLastOFDM≤BitsPerPart，时频分集拷贝的移位参数cyclicshift＝[0,0,0,0]，BitsPerPart<BitsInLastOFDM≤2×BitsPerPart，时频分集拷贝的移位参数cyclicshift＝[0,0,1,1]，2×BitsPerPart<BitsInLastOFDM≤3×BitsPerPart，时频分集拷贝的移位参数cyclicshift＝[0,0,0,0]，3×BitsPerPart<BitsInLastOFDM≤4×BitsPerPart，时频分集拷贝的移位参数cyclicshift＝[0,1,2,3]；
当拷贝次数为5时，BitsInLastOFDM≤4×BitsPerPart，时频分集拷贝的移位参数cyclicshift＝[0,0,0,0,0]，否则，时频分集拷贝的移位参数cyclicshift＝[0,1,2,3,4]；
当拷贝次数为7时，BitsInLastOFDM≤6×BitsPerPart，时频分集拷贝的移位参数cyclicshift＝[0,0,0,0,0,0,0]，否则，时频分集拷贝的移位参数cyclicshift＝[0,1,2,3,4,5,6]；
当拷贝次数为11时，BitsInLastOFDM≤10×BitsPerPart，时频分集拷贝的移位参数cyclicshift＝[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0]，否则，时频分集拷贝的移位参数cyclicshift＝[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照拷贝次数，根据时频分集拷贝的移位参数、交织器的交织地址，物理层的编码速率依次进行时频分集拷贝包括：
在进行第N次拷贝时，先按照时频分集拷贝的移位参数对拷贝的部分进行移位，其中N大于1；
将每部分数据分成与每次拷贝所需交织器个数数量相同的块；
在拷贝时，比特和子载波根据物理层的编码速率进行映射。
9.一种基于正交频分复用的时频分集拷贝***，其特征在于，所述***包括：
数据形成单元，其用于通过物理层接收介质访问控制层信息，并生成物理层需要传输的原始数据；
交织器确定单元，其用于根据拷贝次数确定交织器个数；
时频分集拷贝参数确定单元，其用于根据所述介质访问控制层信息和确定的交织器个数计算时频分集拷贝的参数，所述参数包括拷贝时实际使用的子载波个数、每部分数据的载波个数、每部分数据的比特数目、需要的正交频分复用符号数目、每个正交频分复用符号的比特数目、最后一个正交频分复用符号的比特数目、每个交织器对应的子载波个数和最后一部分数据的比特数目；
数据长度判断单元，其用于判断传输的数据的最后一部分的比特数目是否大于0；
新数据序列确定单元，其用于根据拷贝时每部分数据的比特数目和最后一部分数据的比特数目计算需要添加的数据长度，并获取新的数据序列；
时频分集拷贝移位参数计算单元，其用于根据拷贝次数和最后一个正交频分复用符号的比特数目计算时频分集拷贝的移位参数；
交织器交织地址计算单元，其用于根据拷贝时每个交织器对应的子载波个数和交织器个数计算交织偏移步长，并根据交织偏移步长确定每个交织器的交织步长，最后根据交织步长计算每个交织器的交织地址，其中：
计算交织偏移步长InterStep，其计算公式为：
式中，CarriersPerInterleaver表示拷贝时每个交织器对应的子载波个数，InterNum表示拷贝次数对应的交织器个数，
表示取下整；
根据交织偏移步长InterStep确定每个交织器的交织步长InterShiftStep，其对应关系如下：
当InterStep＜1时，InterShiftStep等于0；
当1≤InterStep＜2时，InterShiftStep等于1；
当2≤InterStep＜4时，InterShiftStep等于2；
当4≤InterStep＜8时，InterShiftStep等于4；
当8≤InterStep＜16时，InterShiftStep等于8；
根据交织步长计算InterShiftStep每个交织器的交织地址包括：
每个交织器在进行交织时，均采用行进列出的方式，首先将原始地址按照行进的方式存储在一个N行M列的矩阵中，再将矩阵中的元素按照列的顺序读取出来，读取之后，再将每个交织器进行循环移位，得到最终的交织结果，具体计算公式如下：
在第i个交织器进行交织时，所述交织器的矩阵列数M(i)为：
M(i)＝i*InterShiftStep
在第i个交织器进行循环移位时，其循环移位参数cyc(i)为：
cyc(i)＝2*(i-1)*InterShiftStep；
时频分集拷贝单元，其用于按照拷贝次数，根据时频分集拷贝的移位参数、交织器的交织地址，物理层的编码速率依次进行时频分集拷贝。
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