应用于人体通信信道的纠错编解码方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种应用于人体通信信道的纠错编解码方法，依次包括如下步骤：对输入数据流进行BCH编码；对经过BCH编码后的数据流进行插入同步状态字处理；对经过插入同步状态字处理后的数据流进行随机分组交织编码；对经过随机分组交织编码后的数据流进行调制；将经过调制后的数据流通过人体通信信道传输；接收由人体通信信道传输的数据流并进行解调；检测经过解调后的数据流的同步状态字；对经过同步状态字检测处理后的数据流进行解交织；对经过解交织后的数据流进行BCH解码并输出。该应用于人体通信信道的纠错编解码方法满足了对随机错误和突发错误纠正的要求。另外，还提供了一种应用于人体通信信道的纠错编解码装置，可以纠正随机错误和突发错误。
【专利说明】应用于人体通信信道的纠错编解码方法及其装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线体域网领域，特别是涉及一种应用于人体通信信道的纠错编解码 方法及其装置。
【背景技术】
[0002] 随着现代科技的迅猛发展，数字通信已经深入到人类社会生活的方方面面。为满 足着各式各样的应用要求，各种新型通信方式层出不穷。人体通信就是一种新型的以人体 作为信号传播媒介的无线通信方式。不论在医疗健康领域还是日常工作生活，人体通信都 有广阔的应用前景。但是由于人的运动和应用环境的变化，信号在人体通信信道的传输过 程中不仅会有随机错误，而且也可能存在突发错误，这些传输过程中的错误会严重影响人 体通信的通信质量。因而如何设计出适合人体通信的基带系统，保证信息的有效性、可靠性 成为亟待解决的问题。
[0003] 无线体域网（Body Area Network, BAN)是一种在人体近端的传感器网络，其由一 些具有通信功能的传感节点和一个身体主站(或称BAN协调器）组成。在2012年，无线体 域网的规范标准 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers，电气电 子工程师协会）802. 15. 6颁布。人体通信（Human Body Communication，HBC)技术作为无 线体域网的物理层技术之一越来越受到人们的重视。早期的人体通信系统比较简单，有的 甚至不带编码纠错能力。而随着应用的更加广泛和复杂，信道纠错编码的相关工作越来越 受到重视。目前对信道纠错编码中主流的编码有BCH码（BCH码取自Bose、Ray-Chaudhuri 与Hocquenghem的缩写，是编码理论尤其是纠错码中研究得比较多的一种编码方法)、RS码 (Reed-solomon codes,里所码）、卷积码、Turbo码（Turbo码是一类应用在外层空间卫星通 信和设计者寻找完成最大信息传输通过一个限制带宽通信链路在数据破坏的噪声面前的 其它无线通信应用程序的高性能纠错码）和LDPC码（Low Density Parity Check Code,低 密度奇偶校验码）等。各种编码都有其不同的应用场合。而体域网物理层的信道编码多采 用普通的BCH码。BCH码是一种很好的线性分组码。然而现有的用于人体通信信道的BCH 编码技术仅能对随机错误具有很好的纠错能力，不能够满足对突发错误纠正的要求。
【发明内容】
[0004] 基于此，有必要提供一种能够同时满足对随机错误和突发错误纠正的要求的应用 于人体通信信道的纠错编解码方法及其装置。
[0005] -种应用于人体通信信道的纠错编解码方法，依次包括如下步骤：
[0006] 对输入数据流进行BCH编码；
[0007] 对经过BCH编码后的数据流进行插入同步状态字处理；
[0008] 对经过插入同步状态字处理后的数据流进行随机分组交织编码；
[0009] 对经过随机分组交织编码后的数据流进行调制；
[0010] 将经过调制后的数据流通过人体通信信道传输； toon] 接收由人体通信信道传输的数据流并进行解调；
[0012] 检测经过解调后的数据流的同步状态字；
[0013] 对经过同步状态字检测处理后的数据流进行解交织；
[0014] 对经过解交织后的数据流进行BCH解码并输出。
[0015] 在其中一个实施例中，在所述对输入数据流进行BCH编码的步骤中，采用并行同 步编码方式对输入数据进行编码。
[0016] 在其中一个实施例中，在所述对输入数据流进行BCH编码的步骤之前，还包括如 下步骤：
[0017] 接收输入数据流并将输入数据流存储于缓存器。
[0018] 在其中一个实施例中，在所述对经过随机分组交织编码后的数据流进行调制的步 骤中，采用BPSK调制法对经过随机分组交织编码后的数据流进行调制；在所述接收由人体 通信信道传输的数据流并进行解调的步骤中，采用BPSK解调法对由人体通信信道传输的 数据流进行解调。
[0019] 在其中一个实施例中，在所述对经过解交织后的数据流进行BCH解码并输出的步 骤中，通过BCH解码得到的数据流根据先入先出的规则输出。
[0020] 一种应用于人体通信信道的纠错编解码装置，包括依次顺序连接的BCH编码器、 插入同步状态字模块、随机分组交织器、调制器、解调器、同步状态字检测器、解交织器以及 BCH解码器，所述BCH编码器对输入数据流进行BCH编码，所述插入同步状态字模块对经过 BCH编码后的数据流进行插入同步状态字处理，所述随机分组交织器对经过插入同步状态 字处理后的数据流进行随机分组交织编码，所述调制器对经过随机分组交织编码后的数据 流进行调制，经过调制后的数据流通过人体通信信道传输，所述解调器接收由人体通信信 道传输的数据流并进行解调，所述同步状态字检测器检测经过解调后的数据流的同步状态 字，所述解交织器对经过同步状态字检测处理后的数据流进行解交织，所述BCH解码器对 经过解交织后的数据流进行BCH解码。
[0021] 在其中一个实施例中，所述应用于人体通信信道的纠错编解码装置还包括控制 器，所述BCH编码器包括32条BCH编码支路，所述32条BCH编码支路以并联方式连接，所 述控制器分别连接至32条BCH编码支路，在所述控制器的控制下，所述32条BCH编码支路 使用同一个时钟和复位信号，所述32条BCH编码支路分别独立串接有所述插入同步状态字 模块，所述控制器分别连接至32条BCH编码支路上串接的插入同步状态字模块，在所述控 制器的控制下，所述插入同步状态字模块为每一路BCH编码支路输出的数据流插入同步状 态字。
[0022] 在其中一个实施例中，所述应用于人体通信信道的纠错编解码装置还包括缓存 器，所述缓存器与所述BCH编码器输入端相连，所述缓存器用于接收输入数据并将其存储。
[0023] 在其中一个实施例中，所述调制器和解调器分别为BPSK调制器和BPSK解调器，所 述BPSK调制器对经过随机分组交织编码后的数据流进行BPSK调制，所述BPSK解调器对由 人体通信信道传输的数据流并进行BPSK解调。
[0024] 在其中一个实施例中，所述BCH解码器的输出端连接有FIFO数据缓存器，所述 FIFO数据缓存器按照数据输入的先后顺序有序地将输出数据输出。
[0025] 上述应用于人体通信信道的纠错编解码方法对输入数据流进行BCH编码和随机 分组交织编码，之后对数据流进行相应的解码，其中对输入数据流进行BCH编码对随机错 误具有很好的纠错能力，而随机分组交织编码对突发错误具有很好的纠错能力，因此上述 应用于人体通信信道的纠错编解码方法同时满足了对随机错误和突发错误纠正的要求。另 夕卜，还提供了一种应用于人体通信信道的纠错编解码装置，不仅可以纠正随机错误，还可以 纠正突发错误。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1为一个实施例的应用于人体通信信道的纠错编解码方法的流程图；
[0027] 图2为一个实施例的应用于人体通信信道的纠错编解码装置的结构示意图；
[0028] 图3为一个实施例的BCH编码器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0029] 为了解决目前用于人体通信信道的BCH编码技术仅能对随机错误具有很好的纠 错能力，却不能对突发错误进行有效纠正的问题，本实施方式提供了一种应用于人体通信 信道的纠错编解码方法。下面结合具体的实施例，对应用于人体通信信道的纠错编解码方 法进行具体的描述。
[0030] 请参考图1，本实施方式提供的应用于人体通信信道的纠错编解码方法包括如下 步骤：
[0031] 步骤S100 :接收输入数据流并将输入数据流存储于缓存器。缓存器用于暂时存储 输入数据流，无需对输入数据流进行实时处理，能够按照实际需要延时处理输入数据流。
[0032] 步骤S110 :对输入数据流进行BCH编码。本实施方式中，在步骤S110中，采用并 行同步编码方式对输入数据流进行编码。采用并行同步编码方式能够减少编译码的周期， 提高了编码的效率。
[0033] 步骤S120 :对经过BCH编码后的数据流进行插入同步状态字处理。插入同步状态 字的作用是保持数据流的同步，避免数据流丢失。
[0034] 步骤S130 :对经过插入同步状态字处理后的数据流进行随机分组交织编码。在 通信过程中，由于人体通信信道受到外界干扰或信道衰落等可能会产生较长的突发误码， 采用随机分组交织编码可以使误码离散化，接收端用纠正随机差错的编码技术消除随机差 错，能够改善信号的传输质量。
[0035] 步骤S140 :对经过随机分组交织编码后的数据流进行调制。一般来说，信号源的 信息(也称为信源）含有直流分量和频率较低的频率分量，称为基带信号。基带信号往往不 能作为传输信号在信道中直接传输，因此必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频 率非常高的信号以适合于信道中传输。在本实施方式中，采用BPSK (Binary Phase Shift Keying，二进制移相键控法)调制法对经过随机分组交织编码后的数据流进行BPSK调制，从 而使得经过随机分组交织编码后的数据流适合在人体通信信道中传输。
[0036] 步骤S150 :将经过调制后的数据流通过人体通信信道传输。
[0037] 步骤S160 :接收由人体通信信道传输的数据流并进行解调。在本实施方式中，由 人体通信信道传输的数据流为BPSK数据流，因此采用BPSK解调法对BPSK数据流进行解 调。
[0038] 步骤S170 :检测经过解调后的数据流的同步状态字。
[0039] 步骤S180 :对经过同步状态字检测处理后的数据流进行解交织。
[0040] 步骤S190 :对经过解交织后的数据流进行BCH解码并输出。
[0041] 上述应用于人体通信信道的纠错编解码方法对输入数据流进行BCH编码和随机 分组交织编码，之后对数据流进行相应的解码，其中对输入数据流进行BCH编码对随机错 误具有很好的纠错能力，而随机分组交织编码对突发错误具有很好的纠错能力，因此上述 应用于人体通信信道的纠错编解码方法同时满足了对随机错误和突发错误纠正的要求。 [0042] 运用上述应用于人体通信信道的纠错编解码方法，本实施方式还提供了一种应用 于人体通信信道的纠错编解码装置。请参考图2,应用于人体通信信道的纠错编解码装置包 括缓存器210、BCH编码器220、插入同步状态字模块230、随机分组交织器240、BPSK调制器 250、BPSK解调器260、同步状态字检测器270、解交织器280以及BCH解码器290。
[0043] 缓存器210、BCH编码器220、插入同步状态字模块230、随机分组交织器240以及 BPSK调制器250依次串接。BPSK调制器250输出端连接于人体通信信道。输入数据从缓 存器210输入，依次经过BCH编码器220、插入同步状态字模块230、随机分组交织器240以 及BPSK调制器250并进入人体通信信道。其中，缓存器210用于接收输入数据流并将其存 储。BCH编码器220对输入数据流进行BCH编码。插入同步状态字模块230对经过BCH编 码后的数据流进行插入同步状态字处理，用于保持数据流的同步，避免数据流丢失。随机分 组交织器240对经过插入同步状态字处理后的数据流进行随机分组交织编码。经过随机分 组交织编码后的数据流再经过BPSK调制器250调制，得到BPSK数据流进入人体通信信道。
[0044] 请参考图3,应用于人体通信信道的纠错编解码装置还包括控制器300。BCH编码 器220包括32条BCH编码支路。32条BCH编码支路以并联方式连接。控制器300分别连 接至32条BCH编码支路，在控制器300的控制下，32条BCH编码支路使用同一个时钟和复 位信号，从而减少了编译码的周期，提高了编码的效率。此外，32条BCH编码支路均串接有 插入同步状态字模块230。控制器300分别连接至32条BCH编码支路上串接的插入同步状 态字模块230,在所述控制器300的控制下，插入同步状态字模块230为每一路BCH编码支 路输出的数据流插入同步状态字。
[0045] BPSK解调器260、同步状态字检测器270、解交织器280以及BCH解码器290依次 串接。BPSK解调器260输入端连接于人体通信信道。由人体通信信道传输的BPSK数据流 依次经过BPSK解调器260、同步状态字检测器270、解交织器280以及BCH解码器290。其 中，BPSK解调器260、同步状态字检测器270、解交织器280以及BCH解码器290用于将BPSK 数据流解码得到输出数据。在本实施方式中，BCH解码器290的输出端连接有FIFO (First Input First Output，先入先出）数据缓存器。FIFO数据缓存器按照数据输入的先后顺序 有序地输出数据。
[0046] 下面简要介绍一下BCH解码器290对经过解交织后的数据流进行BCH解码的过 程。定义BCH解码器290输入端的数据流为接收多项式r (X)。BCH解码器290对数据流 的解码步骤为由接收多项式r (X)计算校正子S = (51，52-，521)，若5=0，则表明接收信息 和发送信息一样，无错误，不需要迭代求解错误位置多项式。若S尹0,再通过校正子分量 Si，S2···，S2t确定错误位置多项式σ (X)。求解σ⑴的根，即确定错误位置数β ρ β 2··· β v， 并纠正1'(1)中的错误。设发送码为￥(1),6(1)为错误模式，于是1'(1)=￥(1)+6(1)。因 α1，α2，···，a2t是生成多项式的根。
[0047] Si = r( α )= Γο+ι^ α 丄+:^ a α (n-1)1 =(…（（rn a krm) a i+rm) α 丄+…） α (1)
[0048] 由公式（1)则可容易得到计算校正子S的硬件电路。
[0049] BCH码解码关键在于确定错误位置多项式〇 (X)。本次设计的BCH解码采用的是 普通求解错误多项式BM(Boyer-Moore)算法上优化的riBM算法。无需求逆，简化了硬件结 构，同时所需迭代为原始算法的一半。优化后的伪代码如下：
[0050]
【权利要求】
1. 一种应用于人体通信信道的纠错编解码方法，其特征在于，依次包括如下步骤： 对输入数据流进行BCH编码； 对经过BCH编码后的数据流进行插入同步状态字处理； 对经过插入同步状态字处理后的数据流进行随机分组交织编码； 对经过随机分组交织编码后的数据流进行调制； 将经过调制后的数据流通过人体通信信道传输； 接收由人体通信信道传输的数据流并进行解调； 检测经过解调后的数据流的同步状态字； 对经过同步状态字检测处理后的数据流进行解交织； 对经过解交织后的数据流进行BCH解码并输出。
2. 根据权利要求1所述的应用于人体通信信道的纠错编解码方法，其特征在于，在所 述对输入数据流进行BCH编码的步骤中，采用并行同步编码方式对输入数据进行编码。
3. 根据权利要求1所述的应用于人体通信信道的纠错编解码方法，其特征在于，在所 述对输入数据流进行BCH编码的步骤之前，还包括如下步骤： 接收输入数据流并将输入数据流存储于缓存器。
4. 根据权利要求1所述的应用于人体通信信道的纠错编解码方法，其特征在于，在所 述对经过随机分组交织编码后的数据流进行调制的步骤中，采用BPSK调制法对经过随机 分组交织编码后的数据流进行调制；在所述接收由人体通信信道传输的数据流并进行解调 的步骤中，采用BPSK解调法对由人体通信信道传输的数据流进行解调。
5. 根据权利要求1所述的应用于人体通信信道的纠错编解码方法，其特征在于，在所 述对经过解交织后的数据流进行BCH解码并输出的步骤中，通过BCH解码得到的数据流根 据先入先出的规则输出。
6. -种应用于人体通信信道的纠错编解码装置，其特征在于，包括依次顺序连接的 BCH编码器、插入同步状态字模块、随机分组交织器、调制器、解调器、同步状态字检测器、解 交织器以及BCH解码器，所述BCH编码器对输入数据流进行BCH编码，所述插入同步状态字 模块对经过BCH编码后的数据流进行插入同步状态字处理，所述随机分组交织器对经过插 入同步状态字处理后的数据流进行随机分组交织编码，所述调制器对经过随机分组交织编 码后的数据流进行调制，经过调制后的数据流通过人体通信信道传输，所述解调器接收由 人体通信信道传输的数据流并进行解调，所述同步状态字检测器检测经过解调后的数据流 的同步状态字，所述解交织器对经过同步状态字检测处理后的数据流进行解交织，所述BCH 解码器对经过解交织后的数据流进行BCH解码。
7. 根据权利要求6所述的应用于人体通信信道的纠错编解码装置，其特征在于，所述 应用于人体通信信道的纠错编解码装置还包括控制器，所述BCH编码器包括32条BCH编码 支路，所述32条BCH编码支路以并联方式连接，所述控制器分别连接至32条BCH编码支 路，在所述控制器的控制下，所述32条BCH编码支路使用同一个时钟和复位信号，所述32 条BCH编码支路分别独立串接有所述插入同步状态字模块，所述控制器分别连接至32条 BCH编码支路上串接的插入同步状态字模块，在所述控制器的控制下，所述插入同步状态字 模块为每一路BCH编码支路输出的数据流插入同步状态字。
8. 根据权利要求6所述的应用于人体通信信道的纠错编解码装置，其特征在于，所述 应用于人体通信信道的纠错编解码装置还包括缓存器，所述缓存器与所述BCH编码器输入 端相连，所述缓存器用于接收输入数据并将其存储。
9. 根据权利要求6所述的应用于人体通信信道的纠错编解码装置，其特征在于，所述 调制器和解调器分别为BPSK调制器和BPSK解调器，所述BPSK调制器对经过随机分组交织 编码后的数据流进行BPSK调制，所述BPSK解调器对由人体通信信道传输的数据流并进行 BPSK解调。
10. 根据权利要求6所述的应用于人体通信信道的纠错编解码装置，其特征在于，所述 BCH解码器的输出端连接有FIFO数据缓存器，所述FIFO数据缓存器按照数据输入的先后顺 序有序地将输出数据输出。
【文档编号】H04L1/00GK104243084SQ201310226302
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月7日 优先权日:2013年6月7日
【发明者】聂泽东, 戴荣新, 胡必祥, 陈弘, 罗德军, 段长江 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院