码长n最小距离n-1的置换码构造方法和码字序列发生器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信传输中的信道编码技术领域，更具体地，设及一种码长n最小距 离n-1的置换码构造方法和码字序列发生器。本发明主要针对电力线载波通信中的多径衰 落、窄带噪声、脉冲噪声和有色噪声等多种干扰，提供一种有效抵抗该些干扰的高可靠性的 纠错码设计方案。 技术背景
[0002] 因特网信息传输到户的"最后一公里"接入技术可能面临多种方案的竞争，如光纤 到户、小区无线基站（无线局域网）和电力线通信（powerlinecommunications,化C)等。 与其它两种方式相比，PLC的优势并不大。但针对室内各种电器联网的"最后一公尺"接入 技术，PLC体现出成本效益的巨大优势。在家庭、办公室和偏远地区的房屋内，无处不在的 电力线插座所构成的基础设施，提供了潜在的分布式数据容量，为PLC室内网络的发展奠 定了物质基础。此外，将因特网、无线局域网、移动蜂窝网、有线电话网、卫星电视网和电力 线载波通信网，多网合一，共同协作，形成更广泛的物联网设想；W及电能的优化控制分配 和远程智能读表对智能电网的迫切需要，构成了促进PLC技术发展的推动力。IEEE标准协 会和口U-T(国际电信联盟电信标准化部）为制定统一的PLC技术工业标准所做的努力，为 PLC技术的发展提供了保障。
[0003] 电力网的输电线是为传输电能而构建的，其设计方案中并没有考虑数据信号的传 输条件。即便是早期的电力线载波信息传输通道，也并非针对数据传输，而是为了传输电力 线继电保护的控制信号而设计的。面对已经建好的覆盖面广泛的电力网基础设施，其数据 传输功能并没有得到充分发挥，该种状况引发了电力和通信行业对该种有潜力的信息传输 媒介的开发。近几十年来，人们广泛研究了电力网用于通信的适应性和可行性，发现其有足 够的带宽，能够W几乎任意数据率进行通信。妨碍该种媒介达到应有通信能力的关键技术 障碍之一是PLC信道受各种噪声的影响。
[0004] 电力线信道特征既是时间相关的又是频率相关的，还与安装在电力线基础设施上 的发射机和接收机的位置有关。网络阻抗受到网络拓扑结构和连接负载的强烈影响，特别 是随机接入和切断的负载对阻抗变化起主要作用。信道噪声强烈地随频率、负载、昼夜和地 理位置的不同而变化。面对复杂的电力线数据通信环境，将现有成熟的无线和有线通信技 术直接搬移到电力线通信信道上来的策略，曾经是工程设计人员们最早的设想，但是现场 运行试验表明该些成熟技术在电力线信道上运行时，数据传输的可靠性得不到保障。关键 问题是电力线信道上存在两种干扰，是无线和有线信道上不曾出现的，因此没有在传统的 通信传输技术的发展过程中得到充分的系统的研究，从该个角度讲，电力载波通信使信道 编码和调制技术面临新的挑战。
[0005] 两种特殊干扰的来源和特征描述如下；1)永久窄带噪声。来源于无线电台调频， W及电视机、计算机和某些电器设备的跟踪频率。该种噪声的特点是运行频带窄、持续时 间长，在信息数据传输的过程中，可能始终存在，因此称为永久窄带噪声。2)宽带脉冲噪声。 主要来源于电力设备的随机接入与切断或电力装置开关的随机突发操作。其特点是运行频 带宽、持续时间短。
[0006] 2000年德国埃森大学的Vinck教授将置换阵列引入到电力载波通信中，旨在克服 电力线通信信道中的窄带噪声和脉冲噪声。他通过在电子与通信国际期刊上发表"Coded modulationforpowerlinecommunications,AEUint.J.Electron.Commun.，vol. 54,no. 1 ，pp:45-49,2000."-文，提出了基于置换阵列的电力线编码调制解决方案。该方案将M维 FSK调制与置换码结合，能够提供常包络调制信号，自然形成简单的非相干解调方案。它的 频率扩展特性能够避免频谱坏块，有效地克服由电力线分支的多径效应所造成的频率选择 性衰落，它的编码冗余有利于纠正由窄带噪声和脉冲噪声所造成的信息传输错误。总之，该 方案由于结合了频率分集和时间分集技术，有希望突破电力载波通信信号受到两类噪声干 扰而不能正常接收的技术瓶颈。该方案至2000年问世W来，发展缓慢的关键原因是置换码 没有很好的代数结构设计方法和硬件可执行的方案。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术的W上缺陷或改进需求，本发明提供了一种置换码的构造方法，其 目的在于用准确代数结构的置换码字集合取代由计算机捜索的不确定的置换码字集合，由 此解决置换码字集合的存储和硬件可执行的技术问题。
[000引为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种码长为n最小距离为d=n-1的置换码（n，n-l)PC构造方法，所述置换码（n，n-l)PC由n-1个t。轨道构成，置换 码的阵列尺寸为n(n-l)Xn，其构造方法为：预先构造出每个t。轨道的首置换JTtGS。， TG[l，n-l]，一共有n-1个首置换，形成（n-l)Xn的轨道首置换阵列，通过对轨道首置换 阵列中的每一个置换使用t。操作n-1次，构成置换码（n，n-1)PC;所述t。轨道是nXn的方 阵，它的每一行和每一列都是一个置换，并且下一行置换是上一行置换循环右移一位得到， 第一行置换是最后一行置换循环右移一位得到；所述置换是n个元素JT1n2. ..JT。的每一 个元素在置换中一一出现，并且每一个元素只出现一次；所述t。操作是将一个置换的第n 个元素移到最左边的位置，其它元素依次右移；
[0009] 所述置换码（n，n-l)PC是在n!个置换的特定n-RPGCF排序方式约束下构造 出来的；戶片述n-RPGCF(RecursivecompletePermutationGraycodeonFinitestate machine)排序方式是利用操作函数集Tdght=it2,tg,. . .，tw，tj中的n-1个操作函数， 形成由n!个操作函数所构成的嵌套递归操作函数序序列（SequenceOf化nction，S0F)， 将操作函数序列（S(F)作用于一个初始置换nS。，eG[l，n!]，得到按照格雷码 排列的、用有限状态机执行的n!个置换所形成的完备置换阵列；所述n-RPGCF排序包含 (n-1) !个t。轨道，从中选出包含下标为自然数的准单位置换JT1=[JT1^12...JT。]GS。 的n-1个t。轨道构成本发明的置换码（n，n-1)PC。
[0010] 按照本发明的另一方面，还提供了一种码长为n最小距离为d=n-1的置换码 (n，n-1)PC码字序列发生器，所述码字序列发生器包括存储器、循环移位寄存器组和逻辑控 制模块，其中：
[0011] 所述存储器用于按照规定的码字排列顺序，保存置换码（n，n-l)PC的n(n-l)个码 字，当需要产生不同长度n的置换码（n，n-l)PC时，擦除原先码字，再次存入新产生的码 字；所述存储器设置两个控制信号端口Pin和化ut、一个cp时钟脉冲输入端、两个地址输 入端口Re和Wr、m位并行数据输入端Pd-in和m位并行数据输出端Pd-out;所述存储器能 够完成读出和写入一个置换的功能，Re和Wr共用一组地址线，分别提供置换读出和写入的 首地址，每次读出或写入的首地址分别由控制逻辑模块的地址产生器通过ad-in和ad-out 端口提供；
[0012] 所述循环移位寄存器组，由m个长度为n的双向循环移位寄存器组构成，所述循环 移位寄存器组具备四种操作功能，即在时钟脉冲控制下，执行m位并行n位串行左移输入、 m位并行n位串行循环右移、m位并行n位串行左移输出和m位并行n位串行循环左移的操 作；所述循环移位寄存器组设置两个控制信号端口Rin和Rout, -个异步清零端CR，一个 cp时钟脉冲输入端，m位并行数据输入端Rd-in和m位并行数据输出端Rd-out，在m个循 环左移回路中分别设置m个控制开关G;
[0013] 所述逻辑控制模块由计数器一、计数器二、计数器=、计数器四、地址产生器和组 合逻辑单元所组成，执行如下功能；所述地址产生器为ad-out提供置换读出的首地址和为 ad-in提供置换写入的首地址；所述计数器一记录一个t。轨道的产生及其被送到存储器所 需要的CP时钟脉冲周期数，用于启动计数器二和地址产生器输出轨道首置换的读出地址 到Rd，在计数器一计数期间，计数器二和计数器=分时工作；所述计数器二记录一个轨道 首置换从存储器转移到循环移位寄存器组所需要的时间；所述计数器=记录两种操作的组 合时间，即循环移位寄存器产生一个新置换所需要的cp时钟周期数和循环移位寄存器左 移输出一个置换所需要的CP时钟周期数之和；所述计数器四记录第一个轨道首置换的第 一个存储码字输入循环移位寄存器到最后一个轨道首的最后一个存储码字输入循环移位 寄存器之间的时钟周期数，通过使化ut= 0来停止存储器的数据读出；所述组合逻辑单元 分别对计数器一、计数器二和计数器=的输出信号进行逻辑组合产生存储器和循环移位寄 存器组的端口控制信号化n、Rout、Pin和化ut，W及产生循环移位寄存器组中循环左移回 路的m个并行开关G的控制信号。
[0014] 总体而言，由于目前关于置换码的代数结构设计方法和（n，n-l)PC置换码集合的 完全代数结构，W