3gpp_interleaver.cpp

基于3GPP标准的3GPP交织器生成程序

#include "stdio.h"
#include "conio.h"
#include "stdlib.h" 
#include "windows.h"    /*包含用到的头文件*/
 int p,v,*T,*s,*q,*rj,**U,**matrix,**inter_matrix;
      /* 定义全局变量,p代表素数,v代表素数对应的原根,*/
 const int T_5[5]={4,3,2,1,0};
 const int T_10[10]={9,8,7,6,5,4,3,2,1,0};
 const int T_20_1[20]={19,9,14,4,0,2,5,7,12,18,16,13,17,15,3,1,6,11,8,10};
 const int T_20_2[20]={19,9,14,4,0,2,5,7,12,18,10,8,13,17,3,1,16,6,15,11};
 const int p_table[52]={7  ,11 ,13 ,17 ,19 ,23 ,29 ,31 ,37 ,41 ,43 ,47 ,53 ,59 ,
                        61 ,67 ,71 ,73 ,79 ,83 ,89 ,97 ,101,103,107,109,113,127,
                        131,137,139,149,151,157,163,167,173,179,181,191,193,197,
                        199,211,223,227,229,233,239,241,251,257} ;
 const int v_table[52]={3,2,2,3,2,5,2,3,2,6,3,
                  5,2,2,2,2,7,5,3,2,3,5,
                  2,5,2,6,3,3,2,3,2,2,6,
                  5,2,5,2,2,2,19,5,2,3,2,
                  3,2,6,3,7,7,6,3 };

 gcd(int a,int b)   /*求最大公约数*/
  {
   int temp,fgcd;
   if (a<b)
    {
     temp=a;a=b;b=temp;
    }
   if (a%b==0)
    {
      fgcd=b;
      return(fgcd);
    }
     else
       {
        gcd(b,a%b);
       }
   }

 row_T(int k)   /*确定交织矩阵行数和行内交织模式T*/
 {int i,r;
  if(k>=40&&k<=159)
    {
     r=5;
     T=new int[r];
     if(T==0)
      {printf("分配内存失败!\n请按键继续!\n");
       getch();
       exit(0);
      }
     for(i=0;i<r;i++)
		T[i]=T_5[i];
     }
   else if((k<=200&&k>=160)||(k<=530&&k>=481))
     {
      r=10;
      T=new int[r];
      if(T==0)
       {
        printf("分配内存失败!\n请按键继续!\n");
        getch();
        exit(0);
       }
      for(i=0;i<r;i++)
		T[i]=T_10[i];
     }
   else if((k<=2480&&k>=2281)||(k<=3210&&k>=3161))
      {
       r=20;
       T=(int *)malloc(r*sizeof(int));
       if(T==0)
        {
         printf("分配内存失败!\n请按键继续!\n");
         getch();
         exit(0);
        }
	   for(i=0;i<r;i++)
		T[i]=T_20_1[i];
      }
    else
      {
       r=20;
       T=new int[r];
       if(T==0)
         {
          printf("分配内存失败!\n请按键继续!\n");
          getch();
          exit(0);
         }
       for(i=0;i<r;i++)
		T[i]=T_20_2[i];
       }
  return(r);
  }


 column_p_v(int k,int r)  /*确定交织矩阵列数*/
  {int i,c;
   if(k>=481&&k<=530)
     {
       p=53;
       c=p;
       v=2;
     }
     else
       {for(i=0;i<52;i++)
          if(k<=r*(p_table[i]+1))
            {p=p_table[i];
             v=v_table[i];
             if(k<=r*(p-1)) c=p-1;
              else if(k>r*(p-1)&&k<=r*p) c=p;
               else c=p+1;
             break;
             }
        }
   return(c);
  }


 void make_s()       /*构造行内置换序列s(i)*/
  {int i;
   s=new int[p-1];
   if(s==0)
     {
       printf("分配内存失败!\n请按键继续!\n");
       getch();
       exit(0);
     }
   s[0]=1;
   for(i=1;i<=p-2;i++)
     s[i]=(v*s[i-1])%p;
   }


 void make_q(int r)     /*选择合适的连续质数集q(j)*/
  {int i,j,k=0,tem;
   q=new int[r];
   if(q==0)
     {
       printf("分配内存失败!\n请按键继续!\n");
       getch();
       exit(0);
     }
   q[0]=1;
   for(j=1;j<=r-1;j++)
    {for(i=k;i<52;i++)
       {
        tem=gcd(p_table[i],p-1);
        if(tem==1)
           {
            q[j]=p_table[i];
            k=i+1;
            break;
           }
       }
     }
  }


 void make_rj(int r)    /*置换序列q(j)得到r(j)*/
   {int i,j;
    rj=new int[r];
     if(rj==0)
       {
        printf("分配内存失败!\n请按键继续!\n");
        getch();
        exit(0);
       }
     for(j=0;j<r;j++)
      {
       for(i=0;i<r;i++)
        if(i==T[j])
          {
           rj[i]=q[j];
           break;
          }
      }
    }


 void make_U(int r,int c,int k)  /*  构造行内交织模式矩阵*/
   {
    int i,j,m,tem;
    U=new int*[r];
    for(i=0;i<r;i++)
     {
       U[i]=new int[c];
     }
    if(c==p)
      {for(i=0;i<r;i++)
        {
          for(j=0;j<p-1;j++)
            {
              for(m=0;m<p-1;m++)
                if(m==((j*rj[i])%(p-1)))
                  {
                    U[i][j]=s[m];
                    break;
                  }
             }
          U[i][p-1]=0;
        }
      }
     else if(c==p+1)
      {for(i=0;i<r;i++)
        {
          for(j=0;j<p-1;j++)
            {
              for(m=0;m<p-1;m++)
                if(m==((j*rj[i])%(p-1)))
                  {
                    U[i][j]=s[m];
                    break;
                  }
             }
          U[i][p-1]=0;
          U[i][p]=p;
        }
       if(r*c==k)
         {
          tem=U[r-1][0];
          U[r-1][0]=U[r-1][p];
          U[r-1][p]=tem;
          }
      }
     else if(c==p-1)
      {for(i=0;i<r;i++)
        {
          for(j=0;j<p-1;j++)
            {
              for(m=0;m<p-1;m++)
                if(m==((j*rj[i])%(p-1)))
                  {
                    U[i][j]=s[m]-1;
                    break;
                  }
             }
        }
      }
   }


 void inter_row(int r,int c)    /*对交织矩阵进行行内交织*/
  {
   int i,j,k;
   inter_matrix=new int*[r];
     for (i=0;i<r;i++)
     {
        inter_matrix[i]=new int[c];
     }
   for(i=0;i<r;i++)
        {
          for(j=0;j<c;j++)
            {
              for(k=0;k<c;k++)
                if(k==U[i][j])
                  {
                    inter_matrix[i][j]=matrix[i][k];
                    break;
                  }
             }
        }

   }


 void intra_row(int r,int c)   /*对交织矩阵进行行间交织*/
  {
   int i,j,k;
   for(i=0;i<r;i++)
        {
          for(j=0;j<c;j++)
            {
              for(k=0;k<r;k++)
                if(k==T[i])
                  {
                    matrix[i][j]=inter_matrix[k][j];
                    break;
                  }
             }
        }

  }


 void displayHelp()
 {
  printf("\n\n说明:");
  printf("\n  1.本程序用于生成3GPP交织器. ");
  printf("\n  2.当输入数据序列的长度之后,");
  printf("程序将会自动生成与之相对应的3GPP交织器. ");
  printf("\n  3.程序将以TXT文本文件的形式输出生成的交织器.");
  printf("\n  4.数据序列的长度必须大于等于40,小于等于5114!");

  }


 void displayManu()        /*显示菜单*/
  {
    printf("\n\n\n\n\n");
    printf("\t\t====================================\n");
    printf("\t\t||   3GPP 交 织 器 生 成 程 序    ||\n");
    printf("\t\t||                                ||\n");
    printf("\t\t||        1.开 始 交 织           ||\n");
    printf("\t\t||                                ||\n");
    printf("\t\t||        2.程 序 说 明           ||\n");
    printf("\t\t||                                ||\n");
    printf("\t\t||        3.退 出 程 序           ||\n");
    printf("\t\t||                                ||\n");
    printf("\t\t====================================\n");
    printf("\n\t\t 请 选 择 操 作: ");
  }

 void checkWrong(int k,int r,int c)    /*检查程序是否出错,若出错,则退出*/
 {
  int i,j;
  for(i=0;i<r;i++)
   {
    for(j=0;j<c;j++)
      if((matrix[i][j]<0)||(matrix[i][j]>k))
       {
        system("cls");
        printf("\n程序出错!\n请重新运行程序!\n");
        getch();
        exit(0);
       }
   }
 }


 void WriteDat(int k,int r,int c)       /*输出文本文件*/
 {
  int i,j,m;
  FILE *out;
  char name[5],name2[25];
  system("cls");
  printf("\n请输入文件名:");   /*输入文本文件的名称*/
  scanf("%s",name);
  strcpy(name2,"3GPP_");
  strcat(name2,name);
  strcat(name2,".txt");
  out=fopen(name2,"w");  /*创建一个文件*/
    if(out==NULL)           /*创建文件失败则退出*/
      {
       printf("无法读写文件");
       exit(0);
      }
  fprintf(out,"\t\t\t3GPP Turbo编码交织器\n");
  fprintf(out,"\t\t      L=%d (从上至下,从左至右)\n",k);
  m=0;
  for(i=0;i<c;i++)
    {
     for(j=0;j<r;j++)
       if(matrix[j][i]!=0)
         {
           fprintf(out,"%5d",matrix[j][i]-1);
           m++;
           if(m==20)
             {
              fprintf(out,"\n");
              m=0;
             }
         }
     }
  fclose(out);    /*关闭文件*/
 }


 void releaseMemory(int r,int c)
 {
  int i;
  for(i=0;i<r;i++) /*释放占用的内存空间*/
  {
    delete[c] U[i];
    delete[c] matrix[i];
    delete[c] inter_matrix[i];
  }
   delete[r] U;
   delete[r] matrix;
   delete[r] inter_matrix;
   delete[p-1] s;
   delete[r] q;
   delete[r] rj;
   delete[r] T; 
 }


/******************************************************************************/
/******************************************************************************/
void main()
{
 int i,j,k,r,c,*a,option;
 char set;
 printf("\n\n\n\n\n\n\n");
 printf("\t欢 迎 使 用 3GPP 交 织 器 生 成 程 序");
 printf("\n\n\n\t\t请 按 任 意 键 继 续.");
 printf("\n\n\n\n\n\n\t\t\t\t\t设 计 人: 黎 家 祥");
 getch();
 system("cls");
 while(1)
  {
    system("cls");
    displayManu();
    scanf("%d",&option);
    switch(option)
    {case 1:
           {
            system("cls");
            printf("\n输入数据序列的长度: K=");
            scanf("%d",&k);
            if(k<40||k>5114)   /*输入检查,若有错,则返回上一级菜单*/
              {
               printf("\n输入错误!\nK必须为40到5114的整数\n");
               printf("请按任意键返回上层菜单.");
               getch();
               break;
              }

            a=new int[k];    /*生成长度为K的原信息序列序号*/
            for(i=0;i<k;i++)
               a[i]=i+1;

            r=row_T(k);
            c=column_p_v(k,r);
            printf("\n 行数=%d 列数=%d\n\n 质数p=%d 本原根v=%d\n",r,c,p,v);

            matrix=new int*[r]; /*创建大小为R*C的交织矩阵*/
            for (i=0;i<r;i++)
              {
               matrix[i]=new int[c];
              }

            for(i=0;i<r;i++)    /*将数据序列读入交织矩阵*/
              for(j=0;j<c;j++)
               {
                if((c*i+j)==k)    /*若序列不足以写满交织矩阵,则补0*/
                goto L2;
                matrix[i][j]=a[c*i+j];
               }

            L2:for(;i<r;i++)     /*补0*/
                 {
                  for(;j<c;j++)
                    matrix[i][j]=0;
                  break;
                  }
                i=i+1;
               for(;i<r;i++)
                 for(j=0;j<c;j++)
                   matrix[i][j]=0;

              delete[r] a;   /*释放数组a占据的内存空间*/

           make_s();     /*调用函数,构造行内置换序列s(i)*/  

           make_q(r);   /*调用函数,选择合适的连续质数集q(j)*/ 

           make_rj(r);      /*调用函数,置换序列q(j)得到r(j)*/  

           make_U(r,c,k);   /*调用函数, 构造行内交织模式矩阵*/ 

           inter_row(r,c);   /*调用函数, 对交织矩阵进行行内交织*/

           intra_row(r,c);  /*调用函数, 对交织矩阵进行行间交织*/

           checkWrong(k,r,c);  /*调用错误检查函数*/

          getch();
          system("cls");
          printf("生成的交织器:\n");    /*打印交织完成后的矩阵*/
          for(i=0;i<c;i++)
            for(j=0;j<r;j++)
              if(matrix[j][i]!=0)
               printf("%5d",matrix[j][i]-1);

          getch();

       L3:system("cls");  /*选择是否打印数据*/
          printf("\n是否存储生成的3GPP交织器?");
          printf("\n\nY  存储并返回");
          printf("\nN  不存储直接返回\n");
          printf("\n选择:");
          scanf("%c",&set);
           if(set=='Y'||set=='y')
            {
             WriteDat(k,r,c);   /*调用函数,输出文本文件*/
             system("cls");
             printf("\n\n\n\n\n\n\t\t\t交织器存储成功!");
            }
           else if(set=='N'||set=='n')
             break;
           else
             goto L3;
           releaseMemory(r,c);   /*调用内存空间释放函数*/
           break ;     /*退出程序*/
         }

    case 2:
           {
            system("cls");
            displayHelp();  /*调用帮助显示函数*/
            getch();
            break;
            }

    case 3:{             /*退出程序*/
            system("cls");
            printf("\n请按任意键退出程序.\n");
            getch();
            exit(0);
            }

    default:{         /*对输入选择项错误的处理*/
             system("cls");
             printf("\n输入错误!\n请按任意键返回上层菜单.");
             getch();
             break;
            }
    }
  }
}