用誤碼率測試儀測試驅(qū)動FEC代碼
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糾錯(cuò)技術(shù)是設(shè)計(jì)現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。也許，選擇一種會大大降低設(shè)計(jì)速度并增加設(shè)計(jì)復(fù)雜度的糾錯(cuò)碼并非難事，但結(jié)果往往卻會令人失望。而選擇合適的又是很高效的糾錯(cuò)碼也很容易--但要使用合適的測試儀器來幫忙。
FEC（前向糾錯(cuò)）是許多現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)的重要組成部分，它能將其他情況下無法使用的鏈路變成切實(shí)可用的系統(tǒng)。從DVD到移動電話，從電視到磁盤機(jī)，糾錯(cuò)技術(shù)都是一個(gè)數(shù)學(xué)奇跡，應(yīng)用得當(dāng)，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化圖。
圖 1 在一個(gè)采用前向糾錯(cuò)的通信信道中，系統(tǒng)在發(fā)送前修改數(shù)據(jù)，以增加減小數(shù)據(jù)和未檢測出的差錯(cuò)一起被接收的可能性。為了恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，接收機(jī)需要完成與發(fā)送端相反的過程。
在數(shù)字通信期間糾正誤碼的方法各不相同，從簡單的誤碼檢測機(jī)制到非實(shí)時(shí)糾錯(cuò)、實(shí)時(shí)現(xiàn)場糾錯(cuò)，不一而足。從中選用哪種糾錯(cuò)方法，取決于系統(tǒng)需求以及預(yù)期誤碼的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。而對糾正偶然隨機(jī)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(cuò)的糾錯(cuò)方法。一個(gè)個(gè)很長的突發(fā)差錯(cuò)事 件，可能需要一種不同的糾錯(cuò)方法，而這種方法需要大量緩存并且可能引入無法接受的等待時(shí)間。你在選定有效的糾錯(cuò)方法時(shí)必須進(jìn)行權(quán)衡，這就要求你了解或者預(yù)期系統(tǒng)性能需求和應(yīng)用性能需求。
在設(shè)計(jì)糾錯(cuò)方法之前，你必須完全了解系統(tǒng)中發(fā)生的典型誤碼類型。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(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。以前，誤碼統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)只有平均誤碼率，使人無法深入了解糾錯(cuò)方法的設(shè)計(jì)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(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。有助于你做出抉擇的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)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)脈沖長度的概率分布；
● 包含不同誤碼數(shù)量的數(shù)據(jù)塊總數(shù)；
● 誤碼之間的無誤碼間隔分布。
如果你使用這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)要求，則這些測量就可為你做出明智的設(shè)計(jì)抉擇提供必要的數(shù)據(jù)。
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(jī)單位差錯(cuò)。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(cuò)。磁帶驅(qū)動器和軟盤驅(qū)動器使用的法爾（Fire）碼，能夠?qū)﹂L度小于7位~15位的少量單猝發(fā)脈沖差錯(cuò)進(jìn)行快速有效的糾正。從CD-ROM至深空通信系統(tǒng)等各種設(shè)備使用的乘積陣列RS (Reed-Solomon)碼，能高效地糾正潛在的長突發(fā)脈沖差錯(cuò)，但卻要使用大容量緩存器，并會延長處理等待時(shí)間。
采用先增加數(shù)據(jù)，然后刪除的方法
糾錯(cuò)碼的數(shù)學(xué)原理所依據(jù)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)，F(xiàn)EC信息只是添加在消息的末尾（例如CRC、奇偶校驗(yàn)以及校驗(yàn)和）。有時(shí)，F(xiàn)EC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(cuò)方法決定了FEC解碼器的復(fù)雜性，因此對糾錯(cuò)類型的抉擇錯(cuò)了，就會大大增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，大大增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作量。復(fù)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，軟盤驅(qū)動器可以使用固件以及簡單的硬件CRC誤碼檢測器來糾正單扇區(qū)小突發(fā)差錯(cuò)。當(dāng)檢測器發(fā)現(xiàn)CRC差錯(cuò)時(shí)，讀取速度就降低，軟件便接用CRC計(jì)算結(jié)果進(jìn)行小量的糾錯(cuò)。這種方法很有效，因?yàn)檎`碼很少，該系統(tǒng)又沒有實(shí)時(shí)要求。另一方面，數(shù)字錄像帶播放機(jī)不能暫停重放來糾正誤碼，在這種情況下，播放機(jī)必須實(shí)時(shí)糾錯(cuò)。糾錯(cuò)方法的選擇必須反映實(shí)際的誤碼統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
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(cuò)方法。最簡單的例子就是一種RS型信息組代碼。RS信息組代碼構(gòu)成許多最常用的FEC系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其中包括衛(wèi)星廣播、水下光纖、數(shù)字磁帶記錄以及深空通信。這代碼把2T個(gè)系統(tǒng)開銷符號附加在長度為k個(gè)符號的消息上，生成總長度為kn=k+2T個(gè)符號的消息。這一代碼有時(shí)被稱為RS(n,k)碼。無論出錯(cuò)符號位于消息中的什么位置，它都能糾正T個(gè)出錯(cuò)符號。
例如，DVB（數(shù)位視頻B）衛(wèi)星廣播用的MPEG-2數(shù)據(jù)，使用一個(gè)30~90Mbps RS(204,188)碼，足以糾正8個(gè)字節(jié)符號誤碼。檢測器對接收到的每個(gè)由204字節(jié)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(jié)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(jié)，則誤碼檢測器無法糾正誤碼，從而出現(xiàn)圖像問題。
對誤碼進(jìn)行分類與計(jì)數(shù)
為了了解一個(gè)個(gè)碼字中誤碼的數(shù)量，位誤碼測試儀的分析功能 將根據(jù)用戶定義的糾錯(cuò)參數(shù)，對檢測到誤碼位的確切位置進(jìn)行分類和計(jì)數(shù)。例如在DVB MPEG-2數(shù)據(jù)中，誤碼可以在204字節(jié)邊界上累計(jì)。凡在204字節(jié)信息組內(nèi)的誤碼數(shù)量小于或等于八個(gè)字節(jié)時(shí)，你就可以根據(jù)進(jìn)一步的誤碼分析和計(jì)數(shù)進(jìn)行糾錯(cuò)，因?yàn)橛幸粋€(gè)糾錯(cuò)器原本會糾正這些誤碼。這類分析僅在誤碼率超過每204字節(jié)信息組8字節(jié)誤碼時(shí)才對誤碼進(jìn)行計(jì)數(shù)，再計(jì)算出糾錯(cuò)后的誤碼率（表1）。
符號大小是使用誤碼率測試儀執(zhí)行這類分析之前必須定義的第一個(gè)參數(shù)，通常為8~10位。這類分析的其他部分忽略個(gè)別誤碼，只關(guān)注符號差錯(cuò)。當(dāng)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(rèn)為該符號出錯(cuò)。該測試儀知道數(shù)據(jù)流中所有碼錯(cuò)的確切位置后，就能很容易地計(jì)算出符號差錯(cuò)的統(tǒng)計(jì)數(shù)字。
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