應用于人體通信信道的糾錯編解碼方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種應用于人體通信信道的糾錯編解碼方法，依次包括如下步驟：對輸入數據流進行BCH編碼；對經過BCH編碼后的數據流進行插入同步狀態字處理；對經過插入同步狀態字處理后的數據流進行隨機分組交織編碼；對經過隨機分組交織編碼后的數據流進行調制；將經過調制后的數據流通過人體通信信道傳輸；接收由人體通信信道傳輸的數據流并進行解調；檢測經過解調后的數據流的同步狀態字；對經過同步狀態字檢測處理后的數據流進行解交織；對經過解交織后的數據流進行BCH解碼并輸出。該應用于人體通信信道的糾錯編解碼方法滿足了對隨機錯誤和突發錯誤糾正的要求。另外，還提供了一種應用于人體通信信道的糾錯編解碼裝置，可以糾正隨機錯誤和突發錯誤。
【專利說明】應用于人體通信信道的糾錯編解碼方法及其裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及無線體域網領域，特別是涉及一種應用于人體通信信道的糾錯編解碼 方法及其裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著現代科技的迅猛發展，數字通信已經深入到人類社會生活的方方面面。為滿 足著各式各樣的應用要求，各種新型通信方式層出不窮。人體通信就是一種新型的以人體 作為信號傳播媒介的無線通信方式。不論在醫療健康領域還是日常工作生活，人體通信都 有廣闊的應用前景。但是由于人的運動和應用環境的變化，信號在人體通信信道的傳輸過 程中不僅會有隨機錯誤，而且也可能存在突發錯誤，這些傳輸過程中的錯誤會嚴重影響人 體通信的通信質量。因而如何設計出適合人體通信的基帶系統，保證信息的有效性、可靠性 成為亟待解決的問題。
[0003] 無線體域網（Body Area Network, BAN)是一種在人體近端的傳感器網絡，其由一 些具有通信功能的傳感節點和一個身體主站(或稱BAN協調器）組成。在2012年，無線體 域網的規范標準 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers，電氣電 子工程師協會）802. 15. 6頒布。人體通信（Human Body Communication，HBC)技術作為無 線體域網的物理層技術之一越來越受到人們的重視。早期的人體通信系統比較簡單，有的 甚至不帶編碼糾錯能力。而隨著應用的更加廣泛和復雜，信道糾錯編碼的相關工作越來越 受到重視。目前對信道糾錯編碼中主流的編碼有BCH碼（BCH碼取自Bose、Ray-Chaudhuri 與Hocquenghem的縮寫，是編碼理論尤其是糾錯碼中研究得比較多的一種編碼方法)、RS碼 (Reed-solomon codes,里所碼）、卷積碼、Turbo碼（Turbo碼是一類應用在外層空間衛星通 信和設計者尋找完成最大信息傳輸通過一個限制帶寬通信鏈路在數據破壞的噪聲面前的 其它無線通信應用程序的高性能糾錯碼）和LDPC碼（Low Density Parity Check Code,低 密度奇偶校驗碼）等。各種編碼都有其不同的應用場合。而體域網物理層的信道編碼多采 用普通的BCH碼。BCH碼是一種很好的線性分組碼。然而現有的用于人體通信信道的BCH 編碼技術僅能對隨機錯誤具有很好的糾錯能力，不能夠滿足對突發錯誤糾正的要求。
【發明內容】
[0004] 基于此，有必要提供一種能夠同時滿足對隨機錯誤和突發錯誤糾正的要求的應用 于人體通信信道的糾錯編解碼方法及其裝置。
[0005] -種應用于人體通信信道的糾錯編解碼方法，依次包括如下步驟：
[0006] 對輸入數據流進行BCH編碼；
[0007] 對經過BCH編碼后的數據流進行插入同步狀態字處理；
[0008] 對經過插入同步狀態字處理后的數據流進行隨機分組交織編碼；
[0009] 對經過隨機分組交織編碼后的數據流進行調制；
[0010] 將經過調制后的數據流通過人體通信信道傳輸； toon] 接收由人體通信信道傳輸的數據流并進行解調；
[0012] 檢測經過解調后的數據流的同步狀態字；
[0013] 對經過同步狀態字檢測處理后的數據流進行解交織；
[0014] 對經過解交織后的數據流進行BCH解碼并輸出。
[0015] 在其中一個實施例中，在所述對輸入數據流進行BCH編碼的步驟中，采用并行同 步編碼方式對輸入數據進行編碼。
[0016] 在其中一個實施例中，在所述對輸入數據流進行BCH編碼的步驟之前，還包括如 下步驟：
[0017] 接收輸入數據流并將輸入數據流存儲于緩存器。
[0018] 在其中一個實施例中，在所述對經過隨機分組交織編碼后的數據流進行調制的步 驟中，采用BPSK調制法對經過隨機分組交織編碼后的數據流進行調制；在所述接收由人體 通信信道傳輸的數據流并進行解調的步驟中，采用BPSK解調法對由人體通信信道傳輸的 數據流進行解調。
[0019] 在其中一個實施例中，在所述對經過解交織后的數據流進行BCH解碼并輸出的步 驟中，通過BCH解碼得到的數據流根據先入先出的規則輸出。
[0020] 一種應用于人體通信信道的糾錯編解碼裝置，包括依次順序連接的BCH編碼器、 插入同步狀態字模塊、隨機分組交織器、調制器、解調器、同步狀態字檢測器、解交織器以及 BCH解碼器，所述BCH編碼器對輸入數據流進行BCH編碼，所述插入同步狀態字模塊對經過 BCH編碼后的數據流進行插入同步狀態字處理，所述隨機分組交織器對經過插入同步狀態 字處理后的數據流進行隨機分組交織編碼，所述調制器對經過隨機分組交織編碼后的數據 流進行調制，經過調制后的數據流通過人體通信信道傳輸，所述解調器接收由人體通信信 道傳輸的數據流并進行解調，所述同步狀態字檢測器檢測經過解調后的數據流的同步狀態 字，所述解交織器對經過同步狀態字檢測處理后的數據流進行解交織，所述BCH解碼器對 經過解交織后的數據流進行BCH解碼。
[0021] 在其中一個實施例中，所述應用于人體通信信道的糾錯編解碼裝置還包括控制 器，所述BCH編碼器包括32條BCH編碼支路，所述32條BCH編碼支路以并聯方式連接，所 述控制器分別連接至32條BCH編碼支路，在所述控制器的控制下，所述32條BCH編碼支路 使用同一個時鐘和復位信號，所述32條BCH編碼支路分別獨立串接有所述插入同步狀態字 模塊，所述控制器分別連接至32條BCH編碼支路上串接的插入同步狀態字模塊，在所述控 制器的控制下，所述插入同步狀態字模塊為每一路BCH編碼支路輸出的數據流插入同步狀 態字。
[0022] 在其中一個實施例中，所述應用于人體通信信道的糾錯編解碼裝置還包括緩存 器，所述緩存器與所述BCH編碼器輸入端相連，所述緩存器用于接收輸入數據并將其存儲。
[0023] 在其中一個實施例中，所述調制器和解調器分別為BPSK調制器和BPSK解調器，所 述BPSK調制器對經過隨機分組交織編碼后的數據流進行BPSK調制，所述BPSK解調器對由 人體通信信道傳輸的數據流并進行BPSK解調。
[0024] 在其中一個實施例中，所述BCH解碼器的輸出端連接有FIFO數據緩存器，所述 FIFO數據緩存器按照數據輸入的先后順序有序地將輸出數據輸出。
[0025] 上述應用于人體通信信道的糾錯編解碼方法對輸入數據流進行BCH編碼和隨機 分組交織編碼，之后對數據流進行相應的解碼，其中對輸入數據流進行BCH編碼對隨機錯 誤具有很好的糾錯能力，而隨機分組交織編碼對突發錯誤具有很好的糾錯能力，因此上述 應用于人體通信信道的糾錯編解碼方法同時滿足了對隨機錯誤和突發錯誤糾正的要求。另 夕卜，還提供了一種應用于人體通信信道的糾錯編解碼裝置，不僅可以糾正隨機錯誤，還可以 糾正突發錯誤。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026] 圖1為一個實施例的應用于人體通信信道的糾錯編解碼方法的流程圖；
[0027] 圖2為一個實施例的應用于人體通信信道的糾錯編解碼裝置的結構示意圖；
[0028] 圖3為一個實施例的BCH編碼器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 為了解決目前用于人體通信信道的BCH編碼技術僅能對隨機錯誤具有很好的糾 錯能力，卻不能對突發錯誤進行有效糾正的問題，本實施方式提供了一種應用于人體通信 信道的糾錯編解碼方法。下面結合具體的實施例，對應用于人體通信信道的糾錯編解碼方 法進行具體的描述。
[0030] 請參考圖1，本實施方式提供的應用于人體通信信道的糾錯編解碼方法包括如下 步驟：
[0031] 步驟S100 :接收輸入數據流并將輸入數據流存儲于緩存器。緩存器用于暫時存儲 輸入數據流，無需對輸入數據流進行實時處理，能夠按照實際需要延時處理輸入數據流。
[0032] 步驟S110 :對輸入數據流進行BCH編碼。本實施方式中，在步驟S110中，采用并 行同步編碼方式對輸入數據流進行編碼。采用并行同步編碼方式能夠減少編譯碼的周期， 提高了編碼的效率。
[0033] 步驟S120 :對經過BCH編碼后的數據流進行插入同步狀態字處理。插入同步狀態 字的作用是保持數據流的同步，避免數據流丟失。
[0034] 步驟S130 :對經過插入同步狀態字處理后的數據流進行隨機分組交織編碼。在 通信過程中，由于人體通信信道受到外界干擾或信道衰落等可能會產生較長的突發誤碼， 采用隨機分組交織編碼可以使誤碼離散化，接收端用糾正隨機差錯的編碼技術消除隨機差 錯，能夠改善信號的傳輸質量。
[0035] 步驟S140 :對經過隨機分組交織編碼后的數據流進行調制。一般來說，信號源的 信息(也稱為信源）含有直流分量和頻率較低的頻率分量，稱為基帶信號。基帶信號往往不 能作為傳輸信號在信道中直接傳輸，因此必須把基帶信號轉變為一個相對基帶頻率而言頻 率非常高的信號以適合于信道中傳輸。在本實施方式中，采用BPSK (Binary Phase Shift Keying，二進制移相鍵控法)調制法對經過隨機分組交織編碼后的數據流進行BPSK調制，從 而使得經過隨機分組交織編碼后的數據流適合在人體通信信道中傳輸。
[0036] 步驟S150 :將經過調制后的數據流通過人體通信信道傳輸。
[0037] 步驟S160 :接收由人體通信信道傳輸的數據流并進行解調。在本實施方式中，由 人體通信信道傳輸的數據流為BPSK數據流，因此采用BPSK解調法對BPSK數據流進行解 調。
[0038] 步驟S170 :檢測經過解調后的數據流的同步狀態字。
[0039] 步驟S180 :對經過同步狀態字檢測處理后的數據流進行解交織。
[0040] 步驟S190 :對經過解交織后的數據流進行BCH解碼并輸出。
[0041] 上述應用于人體通信信道的糾錯編解碼方法對輸入數據流進行BCH編碼和隨機 分組交織編碼，之后對數據流進行相應的解碼，其中對輸入數據流進行BCH編碼對隨機錯 誤具有很好的糾錯能力，而隨機分組交織編碼對突發錯誤具有很好的糾錯能力，因此上述 應用于人體通信信道的糾錯編解碼方法同時滿足了對隨機錯誤和突發錯誤糾正的要求。 [0042] 運用上述應用于人體通信信道的糾錯編解碼方法，本實施方式還提供了一種應用 于人體通信信道的糾錯編解碼裝置。請參考圖2,應用于人體通信信道的糾錯編解碼裝置包 括緩存器210、BCH編碼器220、插入同步狀態字模塊230、隨機分組交織器240、BPSK調制器 250、BPSK解調器260、同步狀態字檢測器270、解交織器280以及BCH解碼器290。
[0043] 緩存器210、BCH編碼器220、插入同步狀態字模塊230、隨機分組交織器240以及 BPSK調制器250依次串接。BPSK調制器250輸出端連接于人體通信信道。輸入數據從緩 存器210輸入，依次經過BCH編碼器220、插入同步狀態字模塊230、隨機分組交織器240以 及BPSK調制器250并進入人體通信信道。其中，緩存器210用于接收輸入數據流并將其存 儲。BCH編碼器220對輸入數據流進行BCH編碼。插入同步狀態字模塊230對經過BCH編 碼后的數據流進行插入同步狀態字處理，用于保持數據流的同步，避免數據流丟失。隨機分 組交織器240對經過插入同步狀態字處理后的數據流進行隨機分組交織編碼。經過隨機分 組交織編碼后的數據流再經過BPSK調制器250調制，得到BPSK數據流進入人體通信信道。
[0044] 請參考圖3,應用于人體通信信道的糾錯編解碼裝置還包括控制器300。BCH編碼 器220包括32條BCH編碼支路。32條BCH編碼支路以并聯方式連接。控制器300分別連 接至32條BCH編碼支路，在控制器300的控制下，32條BCH編碼支路使用同一個時鐘和復 位信號，從而減少了編譯碼的周期，提高了編碼的效率。此外，32條BCH編碼支路均串接有 插入同步狀態字模塊230。控制器300分別連接至32條BCH編碼支路上串接的插入同步狀 態字模塊230,在所述控制器300的控制下，插入同步狀態字模塊230為每一路BCH編碼支 路輸出的數據流插入同步狀態字。
[0045] BPSK解調器260、同步狀態字檢測器270、解交織器280以及BCH解碼器290依次 串接。BPSK解調器260輸入端連接于人體通信信道。由人體通信信道傳輸的BPSK數據流 依次經過BPSK解調器260、同步狀態字檢測器270、解交織器280以及BCH解碼器290。其 中，BPSK解調器260、同步狀態字檢測器270、解交織器280以及BCH解碼器290用于將BPSK 數據流解碼得到輸出數據。在本實施方式中，BCH解碼器290的輸出端連接有FIFO (First Input First Output，先入先出）數據緩存器。FIFO數據緩存器按照數據輸入的先后順序 有序地輸出數據。
[0046] 下面簡要介紹一下BCH解碼器290對經過解交織后的數據流進行BCH解碼的過 程。定義BCH解碼器290輸入端的數據流為接收多項式r (X)。BCH解碼器290對數據流 的解碼步驟為由接收多項式r (X)計算校正子S = (51，52-，521)，若5=0，則表明接收信息 和發送信息一樣，無錯誤，不需要迭代求解錯誤位置多項式。若S尹0,再通過校正子分量 Si，S2···，S2t確定錯誤位置多項式σ (X)。求解σ⑴的根，即確定錯誤位置數β ρ β 2··· β v， 并糾正1'(1)中的錯誤。設發送碼為￥(1),6(1)為錯誤模式，于是1'(1)=￥(1)+6(1)。因 α1，α2，···，a2t是生成多項式的根。
[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)則可容易得到計算校正子S的硬件電路。
[0049] BCH碼解碼關鍵在于確定錯誤位置多項式〇 (X)。本次設計的BCH解碼采用的是 普通求解錯誤多項式BM(Boyer-Moore)算法上優化的riBM算法。無需求逆，簡化了硬件結 構，同時所需迭代為原始算法的一半。優化后的偽代碼如下：
[0050]
【權利要求】
1. 一種應用于人體通信信道的糾錯編解碼方法，其特征在于，依次包括如下步驟： 對輸入數據流進行BCH編碼； 對經過BCH編碼后的數據流進行插入同步狀態字處理； 對經過插入同步狀態字處理后的數據流進行隨機分組交織編碼； 對經過隨機分組交織編碼后的數據流進行調制； 將經過調制后的數據流通過人體通信信道傳輸； 接收由人體通信信道傳輸的數據流并進行解調； 檢測經過解調后的數據流的同步狀態字； 對經過同步狀態字檢測處理后的數據流進行解交織； 對經過解交織后的數據流進行BCH解碼并輸出。
2. 根據權利要求1所述的應用于人體通信信道的糾錯編解碼方法，其特征在于，在所 述對輸入數據流進行BCH編碼的步驟中，采用并行同步編碼方式對輸入數據進行編碼。
3. 根據權利要求1所述的應用于人體通信信道的糾錯編解碼方法，其特征在于，在所 述對輸入數據流進行BCH編碼的步驟之前，還包括如下步驟： 接收輸入數據流并將輸入數據流存儲于緩存器。
4. 根據權利要求1所述的應用于人體通信信道的糾錯編解碼方法，其特征在于，在所 述對經過隨機分組交織編碼后的數據流進行調制的步驟中，采用BPSK調制法對經過隨機 分組交織編碼后的數據流進行調制；在所述接收由人體通信信道傳輸的數據流并進行解調 的步驟中，采用BPSK解調法對由人體通信信道傳輸的數據流進行解調。
5. 根據權利要求1所述的應用于人體通信信道的糾錯編解碼方法，其特征在于，在所 述對經過解交織后的數據流進行BCH解碼并輸出的步驟中，通過BCH解碼得到的數據流根 據先入先出的規則輸出。
6. -種應用于人體通信信道的糾錯編解碼裝置，其特征在于，包括依次順序連接的 BCH編碼器、插入同步狀態字模塊、隨機分組交織器、調制器、解調器、同步狀態字檢測器、解 交織器以及BCH解碼器，所述BCH編碼器對輸入數據流進行BCH編碼，所述插入同步狀態字 模塊對經過BCH編碼后的數據流進行插入同步狀態字處理，所述隨機分組交織器對經過插 入同步狀態字處理后的數據流進行隨機分組交織編碼，所述調制器對經過隨機分組交織編 碼后的數據流進行調制，經過調制后的數據流通過人體通信信道傳輸，所述解調器接收由 人體通信信道傳輸的數據流并進行解調，所述同步狀態字檢測器檢測經過解調后的數據流 的同步狀態字，所述解交織器對經過同步狀態字檢測處理后的數據流進行解交織，所述BCH 解碼器對經過解交織后的數據流進行BCH解碼。
7. 根據權利要求6所述的應用于人體通信信道的糾錯編解碼裝置，其特征在于，所述 應用于人體通信信道的糾錯編解碼裝置還包括控制器，所述BCH編碼器包括32條BCH編碼 支路，所述32條BCH編碼支路以并聯方式連接，所述控制器分別連接至32條BCH編碼支 路，在所述控制器的控制下，所述32條BCH編碼支路使用同一個時鐘和復位信號，所述32 條BCH編碼支路分別獨立串接有所述插入同步狀態字模塊，所述控制器分別連接至32條 BCH編碼支路上串接的插入同步狀態字模塊，在所述控制器的控制下，所述插入同步狀態字 模塊為每一路BCH編碼支路輸出的數據流插入同步狀態字。
8. 根據權利要求6所述的應用于人體通信信道的糾錯編解碼裝置，其特征在于，所述 應用于人體通信信道的糾錯編解碼裝置還包括緩存器，所述緩存器與所述BCH編碼器輸入 端相連，所述緩存器用于接收輸入數據并將其存儲。
9. 根據權利要求6所述的應用于人體通信信道的糾錯編解碼裝置，其特征在于，所述 調制器和解調器分別為BPSK調制器和BPSK解調器，所述BPSK調制器對經過隨機分組交織 編碼后的數據流進行BPSK調制，所述BPSK解調器對由人體通信信道傳輸的數據流并進行 BPSK解調。
10. 根據權利要求6所述的應用于人體通信信道的糾錯編解碼裝置，其特征在于，所述 BCH解碼器的輸出端連接有FIFO數據緩存器，所述FIFO數據緩存器按照數據輸入的先后順 序有序地將輸出數據輸出。
【文檔編號】H04L1/00GK104243084SQ201310226302
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月7日 優先權日:2013年6月7日
【發明者】聶澤東, 戴榮新, 胡必祥, 陳弘, 羅德軍, 段長江 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院