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用誤碼率測試儀測試驅動(dòng)FEC代碼
作者：
時(shí)間：2017-01-12
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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每一位工程師都具備制定標準的潛能，所需要的只是你對這項工作有興趣并樂(lè )意把時(shí)間花在這項工作上。
糾錯技術(shù)是設計現代數字通信系統的重要環(huán)節。也許，選擇一種會(huì )大大降低設計速度并增加設計復雜度的糾錯碼并非難事，但結果往往卻會(huì )令人失望。而選擇合適的又是很高效的糾錯碼也很容易--但要使用合適的測試儀器來(lái)幫忙。
FEC（前向糾錯）是許多現代數字通信系統的重要組成部分，它能將其他情況下無(wú)法使用的鏈路變成切實(shí)可用的系統。從DVD到移動(dòng)電話(huà)，從電視到磁盤(pán)機，糾錯技術(shù)都是一個(gè)數學(xué)奇跡，應用得當，能收到劣材成器的效果。圖1是一個(gè)使用FEC編碼和解碼的通信信道的簡(jiǎn)化圖。
圖 1 在一個(gè)采用前向糾錯的通信信道中，系統在發(fā)送前修改數據，以增加減小數據和未檢測出的差錯一起被接收的可能性。為了恢復原始數據，接收機需要完成與發(fā)送端相反的過(guò)程。
在數字通信期間糾正誤碼的方法各不相同，從簡(jiǎn)單的誤碼檢測機制到非實(shí)時(shí)糾錯、實(shí)時(shí)現場(chǎng)糾錯，不一而足。從中選用哪種糾錯方法，取決于系統需求以及預期誤碼的統計數據。而對糾正偶然隨機單個(gè)誤碼的需求，你可以選擇一種不適合于少而短的多位突發(fā)差錯的糾錯方法。一個(gè)個(gè)很長(cháng)的突發(fā)差錯事 件，可能需要一種不同的糾錯方法，而這種方法需要大量緩存并且可能引入無(wú)法接受的等待時(shí)間。你在選定有效的糾錯方法時(shí)必須進(jìn)行權衡，這就要求你了解或者預期系統性能需求和應用性能需求。
在設計糾錯方法之前，你必須完全了解系統中發(fā)生的典型誤碼類(lèi)型。獲得這些資訊的最好辦法是收集不同典型情況下的誤碼統計數據。以前，誤碼統計數據只有平均誤碼率，使人無(wú)法深入了解糾錯方法的設計情況。位誤碼率測試儀能捕獲檢測到的誤碼的確切的位的位置，為你選擇糾正方法提供所需的精確統計數據。有助于你做出抉擇的統計數據實(shí)例有：
● 分別測量位誤碼率和猝發(fā)脈沖誤碼率；
● 不同猝發(fā)脈沖長(cháng)度的概率分布；
● 包含不同誤碼數量的數據塊總數；
● 誤碼之間的無(wú)誤碼間隔分布。
如果你使用這些統計數據以及系統要求，則這些測量就可為你做出明智的設計抉擇提供必要的數據。
例如，常用于存儲器陣列的漢明碼（Hamming），非常適合于糾正短碼字中的高概率隨機單位差錯。將維特比柵格檢測器作為子集的最大似然碼，可以減少由白噪聲引起的單位差錯。磁帶驅動(dòng)器和軟盤(pán)驅動(dòng)器使用的法爾（Fire）碼，能夠對長(cháng)度小于7位~15位的少量單猝發(fā)脈沖差錯進(jìn)行快速有效的糾正。從CD-ROM至深空通信系統等各種設備使用的乘積陣列RS (Reed-Solomon)碼，能高效地糾正潛在的長(cháng)突發(fā)脈沖差錯，但卻要使用大容量緩存器，并會(huì )延長(cháng)處理等待時(shí)間。
采用先增加數據，然后刪除的方法
糾錯碼的數學(xué)原理所依據的是這樣一個(gè)概念，亦即在發(fā)送的消息上增加一些信息，使得接收到有誤碼消息的可能性比接收到正確消息的可能性更小。通常，你可以將增加了FEC信息的消息看作一個(gè)碼字。有時(shí)，FEC信息只是添加在消息的末尾（例如CRC、奇偶校驗以及校驗和）。有時(shí)，FEC信息與消息卷積在一起形成一個(gè)全新的消息（例如維特比碼和8位/10位碼）。
由于所選用的糾錯方法決定了FEC解碼器的復雜性，因此對糾錯類(lèi)型的抉擇錯了，就會(huì )大大增加系統設計的復雜性，大大增加系統設計工作量。復雜性決定固有等待時(shí)間、處理需求、誤檢誤糾正概率以及誤碼傳播模式。例如，軟盤(pán)驅動(dòng)器可以使用固件以及簡(jiǎn)單的硬件CRC誤碼檢測器來(lái)糾正單扇區小突發(fā)差錯。當檢測器發(fā)現CRC差錯時(shí)，讀取速度就降低，軟件便接用CRC計算結果進(jìn)行小量的糾錯。這種方法很有效，因為誤碼很少，該系統又沒(méi)有實(shí)時(shí)要求。另一方面，數字錄像帶播放機不能暫停重放來(lái)糾正誤碼，在這種情況下，播放機必須實(shí)時(shí)糾錯。糾錯方法的選擇必須反映實(shí)際的誤碼統計數據。
識別并記錄一個(gè)信道中檢測到的誤碼的確切位的位置，就能使誤碼率測試儀輕而易舉地模擬所提議的糾錯方法。最簡(jiǎn)單的例子就是一種RS型信息組代碼。RS信息組代碼構成許多最常用的FEC系統的基礎，其中包括衛星廣播、水下光纖、數字磁帶記錄以及深空通信。這代碼把2T個(gè)系統開(kāi)銷(xiāo)符號附加在長(cháng)度為k個(gè)符號的消息上，生成總長(cháng)度為kn=k+2T個(gè)符號的消息。這一代碼有時(shí)被稱(chēng)為RS(n,k)碼。無(wú)論出錯符號位于消息中的什么位置，它都能糾正T個(gè)出錯符號。
例如，DVB（數位視頻B）衛星廣播用的MPEG-2數據，使用一個(gè)30~90Mbps RS(204,188)碼，足以糾正8個(gè)字節符號誤碼。檢測器對接收到的每個(gè)由204字節組成的信息組進(jìn)行實(shí)時(shí)解碼。只要誤碼少于8個(gè)字節誤碼，檢測器就能糾正所有誤碼并提供完美的視頻信號。如果誤碼多于8個(gè)字節，則誤碼檢測器無(wú)法糾正誤碼，從而出現圖像問(wèn)題。
對誤碼進(jìn)行分類(lèi)與計數
為了了解一個(gè)個(gè)碼字中誤碼的數量，位誤碼測試儀的分析功能 將根據用戶(hù)定義的糾錯參數，對檢測到誤碼位的確切位置進(jìn)行分類(lèi)和計數。例如在DVB MPEG-2數據中，誤碼可以在204字節邊界上累計。凡在204字節信息組內的誤碼數量小于或等于八個(gè)字節時(shí)，你就可以根據進(jìn)一步的誤碼分析和計數進(jìn)行糾錯，因為有一個(gè)糾錯器原本會(huì )糾正這些誤碼。這類(lèi)分析僅在誤碼率超過(guò)每204字節信息組8字節誤碼時(shí)才對誤碼進(jìn)行計數，再計算出糾錯后的誤碼率（表1）。
符號大小是使用誤碼率測試儀執行這類(lèi)分析之前必須定義的第一個(gè)參數，通常為8~10位。這類(lèi)分析的其他部分忽略個(gè)別誤碼，只關(guān)注符號差錯。當一個(gè)符號中有一個(gè)或多個(gè)誤碼時(shí)，誤碼率測試儀就認為該符號出錯。該測試儀知道數據流中所有碼錯的確切位置后，就能很容易地計算出符號差錯的統計數字。
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