《電力寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信芯片技術(shù)規(guī)范》

ICS17.220

CCSN22T/CEC

中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)標(biāo)準(zhǔn)

T/CECXXXX-20XX

電力寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信芯片技術(shù)規(guī)范

Technicalspecificationforthechipofpowerbroadbandmicro-powerwireless

communication

（征求意見(jiàn)稿）

（在提交反饋意見(jiàn)時(shí)，請(qǐng)將您知道的相關(guān)專(zhuān)利連同支持性文件一并附上）

20XX—XX—XX發(fā)布20XX—XX—XX實(shí)施

中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)發(fā)布

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電力寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信芯片技術(shù)規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了電力系統(tǒng)寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信的芯片系統(tǒng)要求、物理層技術(shù)要求以及射頻技術(shù)要求。

本文件適用于電力系統(tǒng)寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信芯片、模塊研制、測(cè)試和驗(yàn)證。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T17626.2—2018電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)靜電放電抗擾度試驗(yàn)

DL/T698.44—2016電能信息采集與管理系統(tǒng)第4-4部分：通信協(xié)議——微功率無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議

信部無(wú)【2005】423號(hào)微功率（短距離）無(wú)線(xiàn)電設(shè)備的技術(shù)要求

3術(shù)語(yǔ)、定義和縮略語(yǔ)

GB/T17626.2—2018和DL/T698.44—2016界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1術(shù)語(yǔ)和定義

3.1.1

靜電放電electrostaticdischarge

具有不同靜電電位的物體相互靠近或直接接觸引起的電荷轉(zhuǎn)移。

[來(lái)源：GB/T17626.2—2018，3.10]

3.1.2

協(xié)議數(shù)據(jù)單元protocoldataunit

兩層實(shí)體之間交換的數(shù)據(jù)單元。

[來(lái)源：DL/T698.44—2016，3.1.5]

3.1.3

寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信broadbandmicro-powerwirelesscommunication

以輻射到空間的寬帶微功率電磁波為通信媒介，傳輸數(shù)據(jù)信息的一種通信方式。

3.1.4

芯片ID號(hào)chipidentificationnumber

寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信芯片內(nèi)部存儲(chǔ)的不可更改的唯一標(biāo)識(shí)號(hào)。

3.1.5

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輕量級(jí)私有密碼算法lightweightprivatecryptographicalgorithm

運(yùn)算速度快、代碼量小、適用于寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信單元運(yùn)行環(huán)境的非公開(kāi)密碼算法。

3.1.6

主站mainstation

用戶(hù)用電信息采集系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中的頂層設(shè)備。

3.1.7

程序特征碼programcharacteristiccode

通過(guò)輕量級(jí)私有密碼算法計(jì)算出的寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信單元內(nèi)部程序的特征碼。

3.1.8

消息鑒別碼messageauthenticationcode

附加在原始數(shù)據(jù)之后，用于接收方校驗(yàn)原始數(shù)據(jù)完整性的數(shù)據(jù)段落。

3.1.9

載荷數(shù)據(jù)payloaddata

正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容。

[來(lái)源：DL/T698.44—2016，3.1.2]

3.1.10

Chirp擴(kuò)頻chirpspreadspectrum

通過(guò)線(xiàn)性調(diào)頻的Chirp脈沖調(diào)制發(fā)送信息來(lái)達(dá)到擴(kuò)頻效果的一種通信技術(shù)。

3.1.11

有效輻射功率effectiveradiatedpower（e.r.p）

無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機(jī)供給天線(xiàn)的功率和在給定方向上該天線(xiàn)相對(duì)于半波偶極振子的增益的乘積。

3.1.12

信號(hào)帶寬signalbandwidth

所傳輸信息必須的最小帶寬和擴(kuò)頻因子的乘積所得到的帶寬。

3.1.13

信道帶寬channelbandwidth

在它的頻率下限之下或頻率上限之上的帶外所發(fā)射的平均功率各等于某一給定發(fā)射的總平均功率

的0.5%的一種寬帶。

3.2縮略語(yǔ)

下列縮略語(yǔ)適用于本文件。

CPU：中央處理器（CentralProcessingUnit）

SCU：系統(tǒng)控制單元（SystemControlUnit）

PHY：物理層（PhysicalLayer）

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DAC：數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（DigitalAnalogConverter）

ADC：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（AnalogDigitalConverter）

RF：射頻（RadioFrequency）

USB：通用串行總線(xiàn)（UniversalSerialBus）

ESD：靜電放電（ElectroStaticDischarge）

ESD-HBM：靜電放電-人體帶電模型（ElectroStaticDischarge-HumanBodyModel）

ESD-CDM：靜電放電-充電器件模型（ElectroStaticDischarge-ChargedDeviceModel）

LU：閂鎖（Latch-Up）

MSV：最大允許工作電壓（MaximumStressVoltage）

HTOL：高溫工作壽命（HighTemperatureOperatingLife）

LTOL：低溫工作壽命（LowTemperatureOperatingLife）

PHR：物理幀頭（PhysicalHeader）

CRC：循環(huán)冗余校驗(yàn)（CyclicRedundancyCheck）

PPDU：物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PhysicalLayerProtocolDataUnit）

AGC：自動(dòng)增益控制（AutomaticGainControl）

MAC：媒質(zhì)接入控制（MediumAccessControl）

BPSK：二進(jìn)制相移鍵控（BinaryPhaseShiftKeying）

MPSK：多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制（MultiplePhaseShiftKeying）

QPSK：正交相移鍵控（QuadraturePhaseShiftKeying）

BOK：二進(jìn)制正交鍵控(BinaryOrthogonalKeying)

PB：物理塊（PHYBlock）

RSC：遞歸系統(tǒng)卷積碼（RecursiveSystematicConvolutionalcode）

SNR：信噪比（Signal-to-NoiseRatio）

RX：接收或接收機(jī)（ReceiveorReceiver）

TX：發(fā)射或發(fā)射機(jī)（TransmitorTransmitter）

TDD：時(shí)分雙工模式（TimeDivisionDuplex）

SPI：串行外設(shè)接口（SerialPeripheralInterface）

DUT：被測(cè)器件（DeviceUnderTest）

RMS：均方根（RootMeanSquare）

RBW：分辨率帶寬（ResolutionBandwidth）

4芯片系統(tǒng)要求

4.1組成

電力寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信芯片支持工作頻帶470MHz~510MHz。在發(fā)射端，從數(shù)據(jù)鏈路層接收數(shù)據(jù)，

經(jīng)過(guò)編碼、調(diào)制等基帶信號(hào)處理后，經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換、上變頻、功率放大后形成射頻信號(hào)；在接收端，輸

入射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、下變頻、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行基帶信號(hào)的解調(diào)解碼處理，最終將載波信號(hào)還原

為解碼后數(shù)據(jù)信息，并送到數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行后續(xù)協(xié)議解析。

電力寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信芯片應(yīng)至少集成基帶、射頻、CPU、SCU、外設(shè)接口、安全等電路單元（其

它模塊及接口不做具體限定），具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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圖1寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信芯片系統(tǒng)組成示意圖

4.2外觀(guān)要求

4.2.1標(biāo)識(shí)

電力寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信芯片標(biāo)識(shí)要符合下列規(guī)則：

a)頂視芯片標(biāo)識(shí)面，文字方向應(yīng)由左至右排列，方向不得相反；

b)標(biāo)識(shí)內(nèi)容完整，無(wú)殘缺；

c)標(biāo)識(shí)印刷清晰，裸眼可識(shí)別文字。

4.2.2表面

電力寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信芯片表面要符合如下要求：

a)產(chǎn)品磨痕或劃痕要求：長(zhǎng)＜1.0mm，寬＜0.2mm；

b)塑封體表面有任何裂紋均為不良；

c)油污或臟污要求：長(zhǎng)＜1.0mm，寬＜0.2mm。

4.2.3管腳

電力寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信芯片管腳要符合如下要求：

a)管腳不能有焊接或其他二次使用痕跡；

b)管腳應(yīng)無(wú)氧化現(xiàn)象；

c)管腳之間不能夾帶有任何雜質(zhì)。

4.3功能要求

電力寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信芯片功能要求如下：

a)基帶：主要完成物理層（PHY）數(shù)字信號(hào)的接收和發(fā)送功能，通過(guò)總線(xiàn)接口單元實(shí)現(xiàn)與協(xié)議棧

的通信，通過(guò)射頻基帶接口實(shí)現(xiàn)與射頻單元DAC/ADC的數(shù)據(jù)交互；

b)射頻（RF）：射頻部分完成射頻收發(fā)、頻率合成及功率放大功能；

c)中央處理器（CPU）：主要完成數(shù)據(jù)處理和指令控制功能；

d)系統(tǒng)控制單元（SCU）：主要是負(fù)責(zé)芯片的上電時(shí)序控制、外部喚醒中斷的監(jiān)控、時(shí)鐘復(fù)位信

號(hào)的產(chǎn)生與控制、以及引腳復(fù)用的切換控制等功能；

e)外設(shè)接口：外設(shè)接口包括各種通用輸入輸出接口、串行接口、USB接口、以太網(wǎng)接口等，用于

數(shù)據(jù)傳輸、調(diào)試指令傳輸及連接各種外部設(shè)備，如傳感器、顯示器、存儲(chǔ)設(shè)備等；

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f)安全：芯片應(yīng)具備保障系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性能力，實(shí)現(xiàn)安全要求相關(guān)功能（見(jiàn)4.5）。

4.4性能要求

電力寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信芯片性能要求如下：

a)工作頻率范圍：470MHz~510MHz；

b)工作電壓：1.8V~3.6V；

c)功放效率：＞20%@17dBm；

d)休眠功耗：＜0.5mW；

e)時(shí)鐘頻率：25MHz@10ppm；

f)抗靜電等級(jí)：

1)HBM-ESDLevel：±2kV；

2)CDM-ESDLevel：±500V。

g)閂鎖可靠性：

1)正負(fù)電流：100mA；

2)電壓：1.5Vmax或MSV（選取較小的值）。

注：Vmax表示邏輯高電平的最大值。

h)工作壽命：

1)HTOL3lots/77units：1000hour/0fail；

2)LTOL1lot/32units：1000hour/0fail。

i)工作溫度：-40℃~+85℃；

j)貯存溫度：-40℃~+125℃。

4.5安全要求

4.5.1安全定義與流程

電力寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信芯片應(yīng)具備唯一的、不可更改的芯片ID號(hào)。電力寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信芯

片應(yīng)能基于芯片ID號(hào)和輕量級(jí)私有密碼算法完成與主站的安全交互流程，實(shí)現(xiàn)通信芯片與主站的雙向

鑒權(quán)、通信芯片程序版本管理、端到端信道安全防護(hù)等信息安全防護(hù)功能。

4.5.2首次鑒權(quán)及密鑰分發(fā)

電力寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信芯片上線(xiàn)后，應(yīng)能基于芯片ID號(hào)和輕量級(jí)私有密碼算法完成與主站的雙

向鑒權(quán)，并從主站獲取芯片主密鑰，用于后續(xù)的安全交互流程。對(duì)于未能通過(guò)首次鑒權(quán)流程的通信芯片，

主站可根據(jù)管理策略決定是否允許該通信芯片繼續(xù)通信。

4.5.3首次鑒權(quán)及密鑰分發(fā)

獲取芯片主密鑰后，電力寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信芯片應(yīng)能基于芯片ID號(hào)、芯片主密鑰和輕量級(jí)私有

密碼算法完成與主站的雙向鑒權(quán)，并向主站上報(bào)軟、硬件版本及程序特征碼，以供主站實(shí)現(xiàn)通信芯片的

程序版本控制。

主站可根據(jù)同一臺(tái)區(qū)內(nèi)同一廠(chǎng)商的所有通信芯片的程序版本和程序特征碼的情況進(jìn)行判斷，判斷結(jié)

果分為版本號(hào)及程序正常、程序版本錯(cuò)誤和程序異常三種：

a)版本號(hào)及程序正常。程序版本號(hào)和程序特征碼均一致，則認(rèn)為該臺(tái)區(qū)該廠(chǎng)商的通信芯片版本號(hào)

及程序正常。

b)程序版本錯(cuò)誤。某個(gè)通信芯片的程序版本號(hào)與其他芯片不同，則認(rèn)為該通信芯片程序版本錯(cuò)誤。

主站可根據(jù)管理策略決定是否發(fā)起版本回滾。

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c)程序異常。某個(gè)通信芯片的程序版本號(hào)與其他芯片相同，但程序特征碼不同，則認(rèn)為該通信芯

片出現(xiàn)程序異常。主站可根據(jù)管理策略決定是否允許該通信芯片繼續(xù)通信。

4.5.4信道安全防護(hù)功能

電力寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信芯片與主站之間應(yīng)具備端到端的通信數(shù)據(jù)加密機(jī)制，能夠保護(hù)通信芯片與

主站之間交互數(shù)據(jù)的安全性。對(duì)于數(shù)據(jù)機(jī)密性和完整性的保護(hù)應(yīng)使用不同的密鑰數(shù)據(jù)。

信道安全防護(hù)機(jī)制包含三種防護(hù)模式，分別是數(shù)據(jù)機(jī)密性保護(hù)模式、數(shù)據(jù)完整性保護(hù)模式和數(shù)據(jù)全

面保護(hù)模式：

a)數(shù)據(jù)機(jī)密性保護(hù)模式通過(guò)數(shù)據(jù)加解密操作保護(hù)傳輸數(shù)據(jù)的機(jī)密性，數(shù)據(jù)的接收方需要使用正確

的密鑰解密獲得數(shù)據(jù)內(nèi)容。

b)數(shù)據(jù)完整性保護(hù)模式通過(guò)附加消息鑒別碼保護(hù)傳輸數(shù)據(jù)的完整性，數(shù)據(jù)的接收方可以通過(guò)校驗(yàn)

消息鑒別碼的正確性判斷傳輸內(nèi)容是否被篡改。

c)數(shù)據(jù)全面保護(hù)模式結(jié)合上述兩種防護(hù)機(jī)制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)機(jī)密性和完整性的保護(hù)。

4.5.5密鑰更新

電力寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信芯片與主站之間應(yīng)具備密鑰更新機(jī)制。

4.5.6安全異常上報(bào)

如果在執(zhí)行上述安全交互流程的過(guò)程中發(fā)生異常情況，通信芯片應(yīng)發(fā)起安全異常上報(bào)流程，向主站

匯報(bào)異常事件信息，以供主站采取應(yīng)對(duì)措施。

4.5.7安全交互命令的重發(fā)機(jī)制

上述安全交互流程涉及到的各項(xiàng)命令應(yīng)具備超時(shí)重發(fā)機(jī)制，命令的發(fā)送方若在設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)未

收到預(yù)期的響應(yīng)命令，則按照重發(fā)機(jī)制再次發(fā)送命令。如重發(fā)后仍未收到響應(yīng)，則不再進(jìn)行重發(fā)并當(dāng)作

安全異常情況進(jìn)行相應(yīng)處理。

4.5.8通信安全

電力寬帶微功率無(wú)線(xiàn)通信芯片之間要支持雙向認(rèn)證和密鑰協(xié)商，支持通信報(bào)文加密傳輸。使用的安

全算法見(jiàn)表1。

表1安全機(jī)密算法類(lèi)型

安全算法類(lèi)型國(guó)密算法國(guó)際算法應(yīng)用場(chǎng)景

非對(duì)稱(chēng)加密SM2ECC-brainpoolP256r1簽名、驗(yàn)簽

對(duì)稱(chēng)加密SM4-CBCAES128-CBC/AES128-GCM信道數(shù)據(jù)加密

雜湊SM3SHA256簽名、驗(yàn)簽

國(guó)密算法與國(guó)際算法應(yīng)獨(dú)立使用，兩套算法不允許混用。本芯片技術(shù)規(guī)范要求支持加密算法，建議

硬件加密。

5物理層技術(shù)要求

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5.1物理層一般要求

5.1.1物理層主要內(nèi)容

物理層主要包括以下內(nèi)容：

a)開(kāi)啟和關(guān)閉射頻收發(fā)信機(jī)；

b)對(duì)當(dāng)前工作的信道進(jìn)行能量檢測(cè)；

c)為接收包提供鏈路能量指示；

d)信道頻率選擇；

e)數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。

5.1.2物理層整體架構(gòu)

寬帶微功率系統(tǒng)物理層整體架構(gòu)如圖2所示。

圖2寬帶微功率系統(tǒng)物理層整體架構(gòu)框圖

在發(fā)射端，物理層接收來(lái)自數(shù)據(jù)鏈路層的輸入，采用兩個(gè)分開(kāi)的鏈路分別處理PHR數(shù)據(jù)和載荷數(shù)據(jù)。

PHR數(shù)據(jù)通過(guò)CRC比特添加、Turbo編碼后，進(jìn)行信道交織及星座映射；載荷數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)CRC比特添加、

Turbo編碼、信道交織、加擾以及星座映射后，和PHR數(shù)據(jù)一起進(jìn)行Chirp擴(kuò)頻，擴(kuò)頻后的數(shù)據(jù)加入前導(dǎo)

和同步碼形成PPDU信號(hào)送入模擬前端發(fā)送出去。

在接收端，從模擬前端接收到數(shù)據(jù)采用AGC和時(shí)間同步分別對(duì)同步碼，PHR數(shù)據(jù)和載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行

調(diào)整，并對(duì)其進(jìn)行解調(diào)、譯碼，最終恢復(fù)出PHR和載荷的原始數(shù)據(jù)。

5.1.3物理層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

圖3幀結(jié)構(gòu)圖

物理層發(fā)送的PPDU信號(hào)幀結(jié)構(gòu)如圖3所示，由前導(dǎo)碼、同步碼、PHR和載荷數(shù)據(jù)組成。其中，

PHR傳輸MAC消息以及物理層需要的控制消息，包括擴(kuò)頻因子，碼率，調(diào)制模式，載荷物理塊長(zhǎng)度，

載荷物理塊個(gè)數(shù)及CRC；載荷數(shù)據(jù)主要由物理塊數(shù)據(jù)構(gòu)成。一個(gè)PPDU中可以攜帶0到4個(gè)物理塊，

但多個(gè)物理塊需要使用相同的參數(shù)（即相同的物理塊長(zhǎng)度）。

每個(gè)部分分別說(shuō)明如下：

a)前導(dǎo)碼

包含24~28個(gè)符號(hào)，由一半的up-Chirp信號(hào)和一半的down-Chirp信號(hào)組成，保護(hù)間隔為1~4

個(gè)up-Chirp信號(hào)。

b)同步碼

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長(zhǎng)度為24、40或72，其中Gap長(zhǎng)度為8。

c)PHR

PHR主要由擴(kuò)頻因子，碼率，調(diào)制模式，載荷物理塊長(zhǎng)度，載荷物理塊個(gè)數(shù)，CRC等部分組

成，總共16BYTE。

如下字段，從右往左第一位稱(chēng)為二進(jìn)制的低位，從右往左第二位稱(chēng)為次低位，以此類(lèi)推。最左

邊的第一位稱(chēng)為二進(jìn)制的高位。

1)擴(kuò)頻因子(3bit)

數(shù)據(jù)的擴(kuò)頻因子，設(shè)置見(jiàn)表2。

表2數(shù)據(jù)擴(kuò)頻因子

擴(kuò)頻因子字段擴(kuò)頻因子

0003

0014

0105

0116

100/

101/

110/

111/

2)碼率(2bit)

數(shù)據(jù)的編碼速率，設(shè)置見(jiàn)表3。

表3數(shù)據(jù)編碼速率

編碼速率字段編碼速率

001/2

0116/18

104/5(可選)

11/

3)調(diào)制模式(3bit)

數(shù)據(jù)的調(diào)制模式，設(shè)置見(jiàn)表4。

表4數(shù)據(jù)調(diào)制模式

調(diào)制模式字段調(diào)制

000BPSK

001QPSK

0108PSK

011/

100BOK+BPSK

表4（第2頁(yè)/共2頁(yè)）

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調(diào)制模式字段調(diào)制

101BOK+QPSK

110BOK+8PSK

111/

4)載荷物理塊長(zhǎng)度(3bit)

支持六種長(zhǎng)度，分別為：PB16、PB40、PB72、PB136、PB264、PB520。設(shè)置見(jiàn)表5。

表5數(shù)據(jù)載荷長(zhǎng)度

載荷物理塊長(zhǎng)度字段載荷物理塊長(zhǎng)度

000PB16

001PB72

010PB136

011PB264

100PB520

101PB40(可選)

110/

111/

5)載荷物理塊數(shù)(3bit)

可以選擇0~4。

6)CRC(24bit)

參照CRC添加方法（見(jiàn)5.1.4）。

d)載荷數(shù)據(jù)

載荷數(shù)據(jù)包含0~4個(gè)物理塊數(shù)據(jù)，物理塊支持采用PB16，PB40,PB72，PB136，PB264，PB520

BYTE（編碼前）。

5.1.4CRC添加

PHR和載荷數(shù)據(jù)需要在尾部加入24比特CRC校驗(yàn)，之后再進(jìn)行Turbo編碼。

CRC-24應(yīng)使用以下標(biāo)準(zhǔn)的24階生成多項(xiàng)式計(jì)算：

Gx=x24+x23+x6+x5+x+1……………(1)

在發(fā)射機(jī)處，除法的初始余數(shù)被預(yù)設(shè)為全零，然后通過(guò)生成多項(xiàng)式G(x)除以計(jì)算字段來(lái)修改。最

()

后的余數(shù)首先以最高階位發(fā)送，作為CRC-24字段。

在接收器處，初始余數(shù)被預(yù)置為全零，并且計(jì)算字段和CRC-24的串行輸入比特在沒(méi)有傳輸錯(cuò)誤的

情況下除以G(x)時(shí)，最后得出余數(shù)為0。

5.1.5Turbo編碼

5.1.5.1編碼

Turbo編碼數(shù)據(jù)格式支持PB16，PB40，PB72，PB136，PB264，PB520六種模式，分別支持1/2，

4/5及16/18三種碼率。

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Turbo編碼由2個(gè)相同的分量編碼器（ENC1，ENC2）組成，每輸入一對(duì)信息比特(u1,u2)，輸出系

統(tǒng)比特(u1,u2)和校驗(yàn)比特(p,q)。Turbo編碼器架構(gòu)如圖4所示。通過(guò)查詢(xún)表6實(shí)現(xiàn)分量編碼的具體過(guò)程

如下：根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和輸入比特查表獲得下一狀態(tài)及輸出校驗(yàn)比特。

圖4Turbo編碼器架構(gòu)

分量編碼器ENC1、ENC2使用8狀態(tài)編碼器，輸入數(shù)據(jù)流的第一個(gè)比特位映射到u1，第二個(gè)比特

位映射到u2，以此類(lèi)推，在一個(gè)ENC中，每一對(duì)比特位對(duì)應(yīng)輸出一個(gè)校驗(yàn)位。校驗(yàn)(p,q)的計(jì)算根據(jù)圖

5確定。

圖5ENC1/ENC2編碼架構(gòu)

每個(gè)成員碼編碼器的具體算法如下：

設(shè)置寄存器初始狀態(tài)為；

a)S0S01,S02,S030,0,0

b)輸入信息比特至分量編碼器（ENC2輸入的是交織后的信息比特），直至最后一位，用于得到

編碼結(jié)束的末狀態(tài)；

SNSN1,SN2,SN3

c)定義矩陣M，

1)當(dāng)PB_Size為520、72、16時(shí)，

001

M101

111

2)當(dāng)PB_Size為264、40時(shí)，

101

M111

110

10

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3)當(dāng)PB_Size為136時(shí)，

011

M100

010

令S0'SNM（SN是行向量，根據(jù)表7，由b）所得的末狀態(tài)SN和載荷長(zhǎng)度N可查表確

定咬尾碼初始狀態(tài)S0'）。

d)將輸入信息比特重新寫(xiě)入分量編碼器，它的初始狀態(tài)由c）算出，再經(jīng)過(guò)一次編碼后，它的末

狀態(tài)N'S0'，從而可以得出輸出的Turbo編碼校驗(yàn)位。

表6分量編碼器狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

行索引當(dāng)前狀態(tài)輸入比特下一狀態(tài)輸出校驗(yàn)比特

00[0,0,0]0

[0,0,0]

11[1,0,0]1

20[1,0,0]0

[0,0,1]

31[0,0,0]1

40[1,0,1]1

[0,1,0]

51[0,0,1]0

60[0,0,1]1

[0,1,1]

71[1,0,1]0

80[0,1,0]1

[1,0,0]

91[1,1,0]0

100[1,1,0]1

[1,0,1]

111[0,1,0]0

120[1,1,1]0

[1,1,0]

131[0,1,1]1

140[0,1,1]0

[1,1,1]

151[1,1,1]1

表7Turbo編碼咬尾狀態(tài)圖

載荷長(zhǎng)度

末狀態(tài)

1672136264520

000000

1886108

2101081410

3221442

4442124

512124612

注：表中的數(shù)據(jù)表示狀態(tài)的行索引，對(duì)應(yīng)于表6的行索引號(hào)。

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表7（第2頁(yè)/共2頁(yè)）

載荷長(zhǎng)度

末狀態(tài)

1672136264520

6141410214

7661286

注：表中的數(shù)據(jù)表示狀態(tài)的行索引，對(duì)應(yīng)于表6的行索引號(hào)。

5.1.5.2碼內(nèi)交織

Turbo交織器用于將原始數(shù)據(jù)交織后作為第二個(gè)成員碼的輸入，Turbo交織按照單比特為單位進(jìn)行，

交織器長(zhǎng)度等于原始數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度的比特?cái)?shù)量，Turbo交織的參數(shù)如表8定義，不同的PB長(zhǎng)度，采用不

同的參數(shù)，有PB16，PB40，PB72，PB136，PB264，PB520六種。

表8交織參數(shù)表

比特交織長(zhǎng)度除以S

物理塊（字節(jié)數(shù)）S查找表長(zhǎng)度（N）比特交織長(zhǎng)度（L）

查找表長(zhǎng)度（M）

168864

40820160

721816288

1363416544

26433321056

52040522080

規(guī)定Turbo交織的地址映射I(x)定義如下：

I(x)SxmodNxdivNNLmodL,x0,1,,L1………………(2)

式中：

S(·)——一個(gè)查找表，見(jiàn)表9至表14；

N——S查找表長(zhǎng)度；

L——比特交織長(zhǎng)度；

div——整除；

mod——模運(yùn)算。

表9PB16S查找表

x01234567

S(x)532093262395118

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表10PB40S查找表

x0123

S(x)1566513847

x4567

S(x)861399112

表11PB72S查找表

x01234567

S(x)120025516622113218798

x89101112131415

S(x)15364119308528451250

x1617//////

S(x)17216//////

表12PB136S查找表

x01234567

S(x)38368262180484363302152

x89101112131415

S(x)405529971133350940198

x1617181920212223

S(x)23645442812427349373389

x2425262728293031

S(x)1622932211467252411183

x3233//////

S(x)31086//////

表13PB264S查找表

x01234567

S(x)3091757376671024224622962

x89101112131415

S(x)527845926105236654249784

x1617181920212223

S(x)108551410479823866442654

x2425262728293031

S(x)32133856107307651038352

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表13（第2頁(yè)/共2頁(yè)）

x32///////

S(x)954///////

表14PB520S查找表

x01234567

S(x)118332425143416533115741039

x89101112131415

S(x)10841332151353621319087611231

x1617181920212223

S(x)16594761842809200789517171950

x2425262728293031

S(x)10193761816067041786570843

x3233343536373839

S(x)349203811021260235406481347

5.1.5.3速率匹配

寬帶微功率系統(tǒng)支持三種碼率，分別為：1/2、4/5和16/18。速率匹配（打孔）模塊就是根據(jù)所需

碼率，對(duì)Turbo編碼比特進(jìn)行打孔輸出。信息位不做打孔處理，打孔模塊只是對(duì)ENC1和ENC2輸出的

p和q奇偶位做打孔處理，并按原始順序?qū)懭氲狡媾驾敵鼍彺?。?duì)于不同的碼率，打孔模式如表15至

表17所示。

表15碼率為1/2時(shí)的打孔模式

校驗(yàn)比特分支打孔模式

p（校驗(yàn)比特分支1）1111111111111111

q（校驗(yàn)比特分支2）1111111111111111

表16碼率為4/5時(shí)的打孔模式

校驗(yàn)比特分支打孔模式

p（校驗(yàn)比特分支1）1000100010001000

q（校驗(yàn)比特分支2）1000100010001000

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表17碼率為16/18時(shí)的打孔模式

校驗(yàn)比特分支打孔模式

p（校驗(yàn)比特分支1）1000000010000000

q（校驗(yàn)比特分支2）1000000010000000

打孔的具體算法流程：

a)根據(jù)碼率，設(shè)置打孔模式。

b)根據(jù)打孔模式，對(duì)Turbo編碼比特中的校驗(yàn)比特進(jìn)行打孔處理，最后將打孔剩下的Turbo編碼

比特排列輸出，先依次輸出信息位，再輸出校驗(yàn)位。

5.1.5.4信道交織

Turbo編碼后數(shù)據(jù)保持編碼前順序，信息位在前，校驗(yàn)位在后（校驗(yàn)位p在前，q在后）。

下面描述信道交織的4個(gè)步驟。

a)信息碼的交織

將Turbo編碼輸出的信息碼寫(xiě)入矩陣存儲(chǔ)空間中，編碼器順序輸出信息比特的第一塊（K/4比

特）到區(qū)塊1中，第二塊（K/4比特）到區(qū)塊2中，第三塊（K/4比特）到區(qū)塊3中，第四塊（K/4

比特）到區(qū)塊4中，等價(jià)于把信息比特存入一個(gè)K/4行4列的矩陣，第1列代表區(qū)塊1，第2列代

表區(qū)塊2，第3列代表區(qū)塊3，第4列代表區(qū)塊4。

進(jìn)行交織時(shí)，每行的4個(gè)比特同時(shí)讀出。從矩陣讀出數(shù)據(jù)時(shí)，首先從第0行開(kāi)始，之后每次讀

取首行地址增加一個(gè)讀取步長(zhǎng)StepSize，這樣第一輪行地址讀出順序?yàn)?0，StepSize，2*StepSize，…)，

當(dāng)讀取[K/4]/StepSize行后，就讀到矩陣尾部，然后下一輪讀取行首地址加1，之后每次讀取行地

址增加步長(zhǎng)StepSize，讀取[K/4]/StepSize行后再次到達(dá)尾部，第二輪讀取行地址順序?yàn)?1，

1+StepSize，1+2*StepSize，…)，然后第三輪行地址再加1為2，依次類(lèi)推，經(jīng)過(guò)StepSize輪之

后，全部行讀取完畢。信息位交織示意圖如圖6所示。

注：K代表信息比特的數(shù)量，K個(gè)信息比特會(huì)分成4個(gè)子塊，每個(gè)子塊的大小為K/4比特。

圖6信息位交織示意圖

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b)校驗(yàn)碼交織

從Turbo編碼輸出校驗(yàn)比特的第一塊(N-K)/4比特到區(qū)塊1中，第二塊(N-K)/4比特到區(qū)塊2中，

第三塊(N-K)/4比特到區(qū)塊3中，第四塊(N-K)/4比特到區(qū)塊4中，可以看作把校驗(yàn)比特存入一個(gè)

(N-K)/4行4列的矩陣，第1列代表區(qū)塊1，第2列代表區(qū)塊2，第3列代表區(qū)塊3，第4列代表區(qū)

塊4。對(duì)于1/2和1/3碼率，校驗(yàn)比特的讀法與信息比特的讀法類(lèi)似，不同在于：校驗(yàn)比特第一次

讀是從校驗(yàn)偏移參數(shù)offset定義的行開(kāi)始，步長(zhǎng)參數(shù)還是StepSize。我們定義T=(N-K)/4，第一輪

讀出的行的順序?yàn)?offset，(offset+StepSize)modT，(offset+2*StepSize)modT，…)，然后第二輪

首行加1，再重復(fù)StepSize-1輪，最后經(jīng)過(guò)StepSize輪，每輪讀出T/StepSize行數(shù)據(jù)，共計(jì)讀取T

行數(shù)據(jù)。對(duì)于16/18碼率，每輪讀完，不初始化行指針，而是從開(kāi)始持續(xù)讀取(offset，

(offset+StepSize)modT，(offset+2*StepSize)modT，…)，一直到T行讀取完畢。校驗(yàn)位交織示意

圖如圖7所示。

注：N-K代表校驗(yàn)比特的數(shù)量，N-K個(gè)校驗(yàn)比特會(huì)分成4個(gè)子塊，每個(gè)子塊的大小為(N-K)/4比特。

圖7校驗(yàn)位交織示意圖

信道交織用到的參數(shù)如表18定義。

表18信道交織參數(shù)

物理塊大?。ㄗ止?jié)數(shù)）碼