CN1216476C

CN1216476C - 一种数据交织的设备和方法

Info

Publication number: CN1216476C
Application number: CN 02148950
Authority: CN
Inventors: 肖涛
Original assignee: Runguangtaili Science & Technology Development Co Ltd Beijing
Current assignee: Runguangtaili Science & Technology Development Co Ltd Beijing
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2022-11-14
Also published as: CN1501652A

Abstract

本发明公开了一种数据交织的设备和方法，所述的设备包括组帧单元、FEC编码单元、交织单元、调制发射单元、解调同步单元、解交织单元和解帧单元等。所述的方法是将被传输的数据先被交织，然后解交织，将帧头部分以外的帧中其它数据平均分成多个长度较短的数据块，每个数据块内进行交织，然后补上帧头输出；在接收装置，首先收到未经交织处理的帧头部分不做解交织处理，其次对帧内的数据块进行块解交织，最后补上帧头即恢复为发送端数据顺序。本发明的优点是能够克服数据传输中由于突发性干扰往往造成成片连续的大量误码的缺陷，在能够使数据传输设备简化的情况下，减少误码，提高数据传输的质量。

Description

一种数据交织的设备和方法

技术领域：

本发明涉及数据通信技术，特别是涉及与数据通信系统中的前向纠错技术联合使用的数据交织技术。

背景技术：

在实际信道上传输数字信号时，由于信道传输特性不理想及加性噪声的影响，所收到的数字信号不可避免地会发生错误。为了在已知信噪比的情况下达到一定的误比特率，首先应合理设计基带信号，选择调制、解调方式，采用频域均衡或/和时域均衡，使误比特率尽可能降低。但若误比特率仍不能满足要求，则必须采用信道编码，即差错控制编码，将误比特率进一步降低，以满足指标要求。

信道编码通过在被传输的数据中引入冗余来避免数字数据在传输过程中出现误码。用于检测错误的信道编码被称为检错编码，而既可检错又可纠错的信道编码被称为纠错编码。

差错控制编码的基本做法是：在发送端被传输的信息序列上附加一些监督码元，这些多余的码元与信息码元之间以确定的规则相互约束。信道编码通过在被传输的数据中引入冗余来避免数字数据在传输过程中出现误码。常用的差错控制方式有三种：检错重发(ARQ)、前向纠错(FEC)和混合纠错(HEC)。

前向纠错系统中，发送端经编码发出能够纠正错误的码，接收端收到这些码组后，通过译码能自动发现并纠正传输中的错误。前向纠错方式不需要反馈信道，特别适合于只能提供单向信道的场合。由于能自动纠错，不要求检错重发，因而延时小、实时性好。为了使纠错后获得低误比特率，纠错码应具有较强的纠错能力。但纠错能力愈强，则译码设备愈复杂。

前向纠错系统中常用的码分为两种：分组码和卷积码。

分组码是把k个信息比特的序列编成n个比特(在非二进制分组码中则为n个非二进制符号)的码组，每个码组的(n-k)个校验位仅与本码组的k个信息位有关，而与其它码组无关。为了达到一定的纠错能力和编码效率(Rc＝k/n)，分组码的码组长度都比较大。编译码时必须把整个信息码组存储起来，由此产生的延时随着n的增加线性增加。

卷积码的编码方式是把k个信息比特编成n个比特，但k和n通常很小，特别适宜于以串行形式传输信息，延时小。与分组码不同，卷积码中编码后的n个码元不但与当前段的k个信息有关，而且与前面(N-1)段的信息有关，编码过程中相互关联的码元为Nn个。卷积码的纠错能力随着N的增加而增大，而差错率随着N的增加而指数下降。

不论哪种前向纠错方法，它对信道干扰的假设都是高斯白噪声信道。也就是说，在高斯白噪声干扰的情况下，纠错性能最好。但实际的信道干扰并非如此，尤其是在无线通信中，除了加性噪声干扰之外，突发性干扰也非常多见。突发性干扰往往造成成片连续的大量误码，超过了纠错码的纠错能力，使得通信无法正常进行。

解决突发误码的方法是在前向纠错编码的基础上结合数据交织技术。数据交织的原理是把纠错编码结束后的数据流顺序按规则打乱后再输出，使原来位置临近的数据相距很远(大于突发干扰造成的误码长度)。交织后的数据如果在信道传输过程中遭遇突发干扰，必会有一长串连续数据被破坏。数据流到达目的地后，接收端先根据与发送端规定好的数据交织规则进行反交织，使数据流恢复发送端编码后交织前地顺序。由此可见，受到信道干扰的数据流在经过反交织后，被突发干扰破坏的长串连续数据又被打乱到相距很远的位置，有利于接收端的解码纠错。

实际上，数据交织和反交织的操作相当于把突发干扰造成的短时间“浓度”很高的连续误码“稀释”成较长时间“浓度”较低的在纠错码纠错能力范围之内的分散误码，以克服信道突发干扰造成的误码。

发明内容：

本发明的目的是针对数据传输中由于突发性干扰往往造成成片连续的大量误码的缺陷，提出了一种数据交织的设备和方法。本发明的优点在于：在纠错性能基本保持不变的情况下，大大降低了存储器的容量，并且减少了传输延迟。

本发明提出的一种数据交织的设备和方法备是通过如下的技术方案实现的。所述的一种数据交织的设备包括发送装置和接收装置组成，其特征在于：发送装置包括组帧单元，用于将4路E1数据和帧头信息进入组帧单元合成为一路数据流；FEC编码单元，用于将组帧单元的输出的数据流进行编码，而每帧的帧头不参与编码；交织单元，用于将FEC编码单元的输出的数据流进行交织，而每帧的帧头不参与交织；调制发射单元；用于将交织单元输出的信号进行经正交调制或其它方式调制并发射出去。所述的接收装置包括：解调同步单元，用于接收数据并根据帧头信息完成帧同步，确定帧起始位置；解交织单元；用于将来自解调同步单元的数据流进行解交织，而每帧的帧头不参与解交织；FEC解码单元，用于将来自解交织单元的数据流进行纠正信道造成的误码干扰；和解帧单元，用于将来自FEC解码单元的输出信号变为原始的4路E1数据和帧头信息。

所述的交织单元和解交织单元包括：帧头、数据块分离单元，用于将进入的数据帧分离为帧头、数据块两部分，帧头送入帧头存储器暂存；帧头存储器，用于暂存帧头、数据块分离单元分离的帧头信号；第一和第二控制开关，用于控制数据块按顺序交替写入第一存储器和第二存储器；第一存储器和第二存储器，用于分别存储第1、3、5等奇数号数据块和第2、4、6等偶数号数据块，与此同时，当数据写入第一存储器时，第二存储器中的数据读出；当数据写入第二存储器时，第一存储器中的数据读出；第一和第二地址产生单元，分别产生和控制写入和读出第一存储器和第二存储器的数据地址；帧头、数据块合成单元，用于将帧头和数据块重新组成完整的帧后输出，完成帧内分块短交织或解交织。

所述的一种数据交织的方法包括：在由发送装置、接收装置和传输媒体构成的数据传输系统中，被传输的数据先被交织，然后解交织，所述的数据是以帧格式的方式进行传输的，其特征在于：在发送装置，将帧头部分以外的帧中其它数据平均分成多个长度较短的数据块，每个数据块内进行交织；然后补上帧头输出；在接收装置：首先收到未经交织处理的帧头部分不做解交织处理；其次对帧内的数据块进行块解交织；最后补上帧头即恢复为发送端数据顺序。

所述的帧格式为每帧长1136bit，其中帧头16bit，共14个数据块，每块80bit。

所述的交织和解交织包括：将进入的数据帧分离为帧头、数据块两部分，帧头送入帧头存储器暂存；控制数据块按顺序交替写入第一存储器和第二存储器，第一存储器和第二存储器分别存储第1、3、5等奇数号数据块和第2、4、6等偶数号数据块，与此同时，当数据写入第一存储器时，第二存储器中的数据读出，当数据写入第二存储器时，第一存储器中的数据读出；第一和第二地址产生单元分别产生和控制写入和读出第一存储器和第二存储器的数据地址；将帧头和数据块重新组成完整的帧后输出，完成帧内分块短交织或解交织。

所述的写入和读出包括：数据块单元在发送装置写入操作时，第一或第二地址产生单元按列表图中从左到右、从上到下的顺序逐行生成地址1、2、3、...、80，数据依次写入第一或第二存储器。在发送装置读出操作时，第一或第二地址产生单元按列表图中从上到下、从左到右的顺序逐列生成地址1、11、21、...、71、2、12、22、......、79、10、20、...、80，数据依次从第一或第二存储器中读出。在接收装置时，读写地址方式正好相反，即写入操作的地址生成与发送装置读出操作的地址生成相同、读出操作的地址生成与发送端写入操作的地址生成相同。

本发明的优点是能够克服数据传输中由于突发性干扰往往造成成片连续的大量误码的缺陷，在能够使数据传输设备简化的情况下，减少误码，提高数据传输的质量。特别是在纠错性能基本保持不变的情况下，大大降低了存储器的容量，并且减少了传输延迟。

下面结合附图对本发明进一步的描述，将能更好地理解本发明的技术方案的实质、优点和效果。

附图说明：

图1是本发明的数据交织的设备结构示意图。

图2是交织、解交织单元的帧结构示意图。

图3是本发明的交织单元和解交织单元的示意图。

图4是本发明实施例的存储器列表图的示意图。

具体实施方式

图1是本发明的数据交织的设备结构示意图。本发明应用于微波设备传送4路E1信号加信道编码的数据通信系统中，如图1所示，图1上半部分是本发明的数据交织设备的发送装置的框图。图1的下半部分是本发明的数据交织设备的接收装置的框图。所述的一种数据交织的设备包括发送装置和接收装置组成，发送装置包括组帧单元1，用于将4路E1数据和帧头信息进入组帧单元1合成为一路数据流；FEC编码单元2，用于将组帧单元1的输出的数据流进行编码，而每帧的帧头不参与编码；交织单元3，用于将FEC编码单元2的输出的数据流进行交织，而每帧的帧头不参与交织；调制发射单元4；用于将交织单元3输出的信号进行经正交调制或其它方式调制并发射出去。所述的接收装置包括：解调同步单元5，用于接收数据并根据帧头信息完成帧同步，确定帧起始位置；解交织单元6；用于将来自解调同步单元5的数据流进行解交织，而每帧的帧头不参与解交织；FEC解码单元7，用于将来自解交织单元6的数据流进行纠正信道造成的误码干扰；解帧单元8，用于将来自FEC解码单元7的输出信号变为原始的4路E1数据和帧头信息。

图2是交织、解交织单元的帧结构示意图。如图2所示，交织单元和解交织单元的帧格式为：每帧长1136比特(下称bit)，其中帧头16bit，共14个数据块，每块80bit。

图3是本发明的交织单元和解交织单元的示意图。如图3所示，所述的交织单元和解交织单元包括：帧头、数据块分离单元9，用于将进入的数据帧分离为帧头、数据块两部分，帧头送入帧头存储器14暂存；帧头存储器14，用于暂存帧头、数据块分离单元9分离的帧头信号；第一控制开关15和第二控制开关16，用于控制数据块按顺序交替写入第一存储器10和第二存储器11；第一存储器10和第二存储器11，用于分别存储第1、3、5等奇数号数据块和第2、4、6等偶数号数据块，与此同时，当数据写入第一存储器10时，第二存储器11中的数据读出；当数据写入第二存储器11时，第一存储器10中的数据读出；第一地址产生单元12和第二地址产生单元13，分别产生和控制写入和读出第一存储器10和第二存储器11的数据地址；帧头、数据块合成单元17，用于将帧头和数据块重新组成完整的帧后输出，完成帧内分块短交织或解交织。

在发送装置，FEC编码单元2的输出数据按帧输入交织单元3，在帧头、数据块分离单元9将帧的帧头16bit与14个数据块分别处理。帧头送入帧头存储器14暂存80个周期，紧接着的第一个80bit第一数据块按第一地址产生单元12产生的写入地址送入第一存储器10。经过80个周期后，第一存储器10装满，第一地址产生单元12开始生成读出地址，第一存储器10中的数据按读出地址输出；与此同时，进入交织的数据开始按第二地址产生单元13产生的写入地址送入第二存储器11。依此类推，第一存储器10和第二存储器11交替工作在写入和读出两个状态之间，任何时刻都是一个存储器写入，另一个存储器读出。当一个存储器写满数据后，它切换到读出状态，而另一个存储器中的数据此时恰好已全部读出，可以切换到写入状态接收数据。由此可见，交织单元3的延迟为一个帧内数据块的长度80个周期。帧头在帧头存储器14暂存的时间也是80个周期，所以帧头和数据块在帧头、数据块合成单元17正好可以组成经帧内分块短交织处理后的新帧，其帧格式与原来完全相同(图2)，只是数据块的内容打乱了顺序。交织处理后的数据送入调制发射单元。

在接收装置，从传输媒体接收的数据经解调同步单元5的输出数据按帧送入解交织单元6。其处理过程与发送装置的交织单元3处理过程完全类似，唯一的不同在于地址产生单元生成的地址与交织单元地址的写入和读出倒置，即解交织单元6中生成的写入地址与交织单元3中生成的读出地址相同，而解交织单元6中生成的读出地址与交织单元3中生成的写入地址相同。经过解交织单元6的处理，送入到FEC解码单元7的数据顺序就恢复到发送装置FEC编码单元2输出的数据顺序。

图4是本发明实施例的存储器列表图的示意图。如图4所示，该存储器列表图的示意图是一个列表式的图，该列表图有8行10列，第一行为1、2、...、10，其它行以此类推，第一列为1、11...、71，其它列以此类推。在发送装置写入操作时，第一或第二地址产生单元按列表图中从左到右、从上到下的顺序逐行生成地址1、2、3、...、80，数据依次写入第一或第二存储器。在发送装置读出操作时，第一或第二地址产生单元按列表图中从上到下、从左到右的顺序逐列生成地址1、11、21、...、71、2、12、22、......、79、10、20、...、80，数据依次从第一或第二存储器中读出。在接收装置时，读写地址方式正好相反，即写入操作的地址生成与发送装置读出操作的地址生成相同、读出操作的地址生成与发送端写入操作的地址生成相同。

根据本发明的上述实施例，本领域的技术人员可以根据本发明的交织、解交织的方案进行各种修改，例如数据块的数量等，这些都没有脱离本发明的技术方案。

Claims

1、一种数据交织的设备，该设备包括发送装置和接收装置，其特征在于：

所述的发送装置包括：

组帧单元(1)，用于将4路E1数据和帧头信息进入组帧单元合成为一路数据流；

FEC编码单元(2)，用于将组帧单元(1)的输出的数据流进行编码，而每帧的帧头不参与编码；

交织单元(3)，用于将FEC编码单元(2)的输出的数据流进行交织，而每帧的帧头不参与交织；

调制发射单元(4)，用于将交织单元(3)输出的信号进行经正交调制或其它方式调制并发射出去；

所述的接收装置包括：

解调同步单元(5)，用于接收数据并根据帧头信息完成帧同步，确定帧起始位置；

解交织单元(6)，用于将来自解调同步单元(5)的数据流进行解交织，而每帧的帧头不参与解交织；

FEC解码单元(7)，用于将来自解交织单元(6)的数据流进行纠正信道造成的误码干扰；

解帧单元(8)，用于将来自FEC解码单元(7)的输出信号变为原始的4路E1数据和帧头信息；

所述的交织单元(3)和解交织单元(8)包括：

帧头、数据块分离单元(9)，用于将进入的数据帧分离为帧头、数据块两部分和帧头、数据块合成单元(17)，用于将帧头和数据块重新组成完整的帧后输出，完成帧内分块短交织或解交织。

2、根据权利要求1所述的设备，其特征在于：

所述的交织单元(3)和解交织单元(8)进一步包括：

帧头存储器(14)，用于暂存帧头、数据块分离单元(9)分离的帧头信号；

第一控制开关(15)和第二控制开关(16)，用于控制数据块按顺序交替写入第一存储器(10)和第二存储器(11)；

第一存储器(10)和第二存储器(11)，用于分别存储奇数号数据块和偶数号数据块，与此同时，当数据写入第一存储器(10)时，第二存储器(11)中的数据读出，当数据写入第二存储器(11)时，第一存储器(10)中的数据读出；

第一地址产生单元(12)和第二地址产生单元(13)，用于分别产生和控制写入和读出第一存储器(10)和第二存储器(11)的数据地址。

3、一种数据交织的方法，在由发送装置、接收装置和传输媒体构成的数据传输系统中，被传输的数据先被交织，然后解交织，所述的数据是以帧格式的方式进行传输的，其特征在于：在发送装置，将帧头部分以外的帧中其它数据平均分成多个长度较短的数据块，每个数据块内进行交织，然后补上帧头输出；在接收装置：首先收到未经交织处理的帧头部分不做解交织处理，其次对帧内的数据块进行块解交织，最后补上帧头即恢复为发送端数据顺序。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的帧格式为每帧长1136bit，其中帧头16bit，共14个数据块，每块80bit。

5、根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于：所述的交织和解交织包括：将进入的数据帧分离为帧头、数据块两部分，帧头送入帧头存储器暂存；控制数据块按顺序交替写入第一存储器和第二存储器，第一存储器和第二存储器分别存储奇数号数据块和偶数号数据块，与此同时，当数据写入第一存储器时，第二存储器中的数据读出，当数据写入第二存储器时，第一存储器中的数据读出；第一和第二地址产生单元分别产生和控制写入和读出第一存储器和第二存储器的数据地址；将帧头和数据块重新组成完整的帧后输出，完成帧内分块短交织或解交织。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的写入和读出包括：数据块单元在发送装置写入操作时，第一或第二地址产生单元按列表图中从左到右、从上到下的顺序逐行生成地址1、2、3、…、80，数据依次写入第一或第二存储器，在发送装置读出操作时，第一或第二地址产生单元按列表图中从上到下、从左到右的顺序逐列生成地址1、11、21、…、71、2、12、22、……、79、10、20、…、80，数据依次从第一或第二存储器中读出；在接收装置时，读写地址方式正好相反，即写入操作的地址生成与发送装置读出操作的地址生成相同、读出操作的地址生成与发送端写入操作的地址生成相同。