張悅

渤海大學工學院

?

數(shù)字通信系統(tǒng)中數(shù)據(jù)糾錯方法的研究

張悅

渤海大學工學院

糾錯編碼對于數(shù)字通信的可靠性的提高有很大的意義，糾錯編碼技術(shù)的發(fā)展是以超大規(guī)模集成電路作為發(fā)展的基礎(chǔ)，其中數(shù)字通信系統(tǒng)中當數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程出現(xiàn)了錯誤的時候可以通過采用差錯控制進行糾錯處理。本文圍繞著選擇數(shù)據(jù)糾錯控制的方法進行了論述，同時也指出了關(guān)于數(shù)字通信中數(shù)據(jù)糾錯方法。

數(shù)字 通信 糾錯

1　引言

長距離的調(diào)度采用的通信方式是通過電力線進行通信，該過程的實現(xiàn)采用的信道是電力網(wǎng)，通過電力網(wǎng)進行交換信道與傳送數(shù)據(jù)，這對于經(jīng)濟效益的增加有著很大的作用，而且發(fā)展空間很廣闊。電力線載波中通道方面提高了可靠性，效率方面也得到了很大的提高，而且投入的成本也比較低，這些是電力載波的優(yōu)勢。隨著通信方式的不斷發(fā)展，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡囊笠苍絹碓礁撸收闲畔⒌乃鸭@在電力系統(tǒng)中有著很大的影響意義，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘奶岣?，傳輸速率的提升這就需要采用合理的調(diào)制解調(diào)方式，更進一步地減少誤碼率出現(xiàn)的情況。

實際中由于噪聲的存在，所以當數(shù)據(jù)在信道中進行傳輸?shù)臅r候會存在數(shù)據(jù)誤差的情況，所以這種情況下，需要對數(shù)據(jù)進行糾錯處理。通常的解決方法就是在引入監(jiān)督元的作用，監(jiān)督元可以把差錯控制的編碼變成糾錯的編碼，而對于冗余的碼元，就會把信號進行轉(zhuǎn)變，這個轉(zhuǎn)變的過程是將信號的不規(guī)則性向規(guī)則性轉(zhuǎn)化。按照碼元的規(guī)律去判斷在數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒讨袝粫嬖谥鴶?shù)據(jù)錯誤的情況，而這個過程的實現(xiàn)就稱為差錯控制譯碼。本論文主要介紹的是關(guān)于數(shù)字通信中數(shù)據(jù)糾錯方法的解決，介紹了幾種數(shù)據(jù)糾錯的方法，并且也提出了相應(yīng)的解決方案。

2　數(shù)字通信信道模型

數(shù)字通信系統(tǒng)中數(shù)據(jù)糾錯的處理，目前的研究已經(jīng)有了很多，其中采取的控制措施主要包括了在信號的信噪比方面進行提高處理，針對信號功率的發(fā)送盡可能增強，這些糾錯方法中其中的提高信噪比和提高功率使用起來受到的約束比較多， 所以通常情況下是不太會采用的。因此研究一種新的糾錯方法是迫在眉睫，差錯控制的編碼在近幾年逐漸得到了廣泛的應(yīng)用，差錯控制技術(shù)的引入對于信號接收端中的噪聲起到了抑制的作用，在一定程度上減少了噪聲的干擾，另外發(fā)送功率也得到了提高。

糾錯編碼的來源是通信系統(tǒng)，因此有必要介紹下相關(guān)的通信系統(tǒng)的理論知識。所謂的通信指的就是通過一種媒質(zhì)把信息在起點到終點進行傳送的過程，起點稱為信源，終點稱為信宿，當傳送的電信號是連續(xù)的時候，就叫做模擬的，比如電視信號，圖像信號等。如果發(fā)送的信號是數(shù)字的，那么就稱為是數(shù)字通信，比如電報。數(shù)字通信的系統(tǒng)模型如圖1所示。

圖1　數(shù)字通信的系統(tǒng)模型

數(shù)字通信的過程中存在著信道編碼與信源編碼，信道編碼也可以叫做糾錯編碼，主要的目的是為了確保信號傳輸過程中更加可靠。而信源編碼指的將信源按照具體的規(guī)律轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字序列。

3　數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)糾檢錯方法

通信的過程中數(shù)據(jù)的傳輸存在誤差這是一個避無可避的問題，所以針對這種現(xiàn)象的出現(xiàn)就需要研究出合理的方法，努力做到保證數(shù)據(jù)的可靠性，其中的差錯控制主要可以分為兩種，分別是前向糾錯和反饋糾錯，還有第三種就是混合糾錯，第三種是在前兩種的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，結(jié)合前兩種，第三種就應(yīng)運而生。下面分別介紹這兩種差錯控制。

3.1前向糾錯

前向糾錯是一種比較復雜的糾錯方法。其糾錯的原理指的是在解碼的過程中發(fā)信端就可以進行錯誤編碼的糾錯，而且接收端除了找到哪些是錯誤的信息之外還會對錯誤的信息進行糾錯。前向的糾錯方式中重發(fā)這個步驟是不存在的，而且反饋信息的反復也是不存在的，即使前向糾錯的方法對設(shè)備的要求比較高，然而在傳輸信息的過程中所花費的時間比較少，在效率方面得到了很大的提高，所以比較適合那些傳輸過程中信息比較緊的情況。

3.2反饋糾錯

這種類型的糾錯指的是當數(shù)據(jù)在傳輸?shù)臅r候，接收信號的編碼以及校驗的檢查是由接收端進行控制的，此外接收信號的單位幀中是否會存在著錯誤這個判斷的決策也是由接收端進行控制的。采用這種方法就是需要發(fā)送信息的那端可以找到哪些編碼是傳輸錯誤，監(jiān)督元的參與主要是方便接收端可以很好地按照相關(guān)的編碼規(guī)律查找錯誤的編碼，一旦找到了編碼錯誤的部分，發(fā)信端就會收到重發(fā)信息的請求。如果發(fā)信端收到消息后就會將那些有錯誤的編碼重新再次發(fā)送到接收端，重發(fā)結(jié)束的標志是重發(fā)的信息內(nèi)容無錯誤。在查找編碼錯誤的時候，并不會知道哪些地方存編碼錯誤，僅僅可以了解到哪些或者哪一個編碼是錯誤的。

3.3混合糾錯

混合糾錯指的是可以對接收那些信息錯誤得不是很嚴重的進行糾正，而不能處理錯誤比較嚴重的信息，因為這已經(jīng)是自動糾錯能力所無法承受的。所以這種情況下錯誤信息就得重新發(fā)送到起始位置也就是發(fā)信端，然后向發(fā)信端發(fā)送重發(fā)的命令，發(fā)信端接收到請求后發(fā)起重發(fā)的響應(yīng)。混合糾錯是結(jié)合了前向糾錯和反饋糾錯。

3.4快速譯碼

快速譯碼的對象是分組碼，在編碼實現(xiàn)的過程中編譯器會在信息的適當位置加入校驗位，校驗位的加入可以對信息進行改變，這種改變主要表現(xiàn)在將信息的無規(guī)律性改為有規(guī)律性，然后再信息的接收過程中根據(jù)相關(guān)性做糾錯和檢錯的處理，按照糾錯能力的高低可以進行分類分別是糾錯碼與檢錯碼，而根據(jù)碼字的結(jié)構(gòu)循環(huán)特點可以分為隨機的和突發(fā)的。碼的最小距離d0與碼的檢錯和糾錯能力是有聯(lián)系的。如果（N，K）分組碼在碼字內(nèi)：

1）檢測e個隨機錯誤，要求d0≥2t+1

2）糾正t個隨機錯誤，要求 d0≥e+1

3）糾正t個同時檢測e個隨機錯誤，其中e滿足e ≥t，那么要求d0≥t+e+1

3.5循環(huán)冗余差錯控制校驗碼

電子通信行業(yè)中差錯校驗碼最經(jīng)常使用的是循環(huán)的冗余校驗碼，該校驗的特點是隨意選擇相關(guān)的校驗與信息的字段，而且可以從整體的布局情況計算數(shù)據(jù)，這種計算是多項式的，另外將獲得結(jié)果放在幀的下面，這樣做對數(shù)據(jù)的完整性以及數(shù)據(jù)的精確性有了很大的保障。

4　常見的糾錯碼

1950年漢明發(fā)明了漢明碼，漢明碼主要的針對對象是線性的分組碼?？紤]到漢明碼碼率高，適用性強因此受到了很大的推廣。BCH碼作為比較常見的另外一種糾錯碼，它是二元的循環(huán)碼，該命名是由是三個發(fā)明人組成的，BCH碼可以處理數(shù)據(jù)中的隨機錯誤，而且數(shù)量可以是多個，針對BCH碼的研究技術(shù)已經(jīng)很成熟了，而且獲得的成就也很高。BCH碼的數(shù)學結(jié)構(gòu)嚴謹，BCH碼按照糾錯的能力選擇相應(yīng)的編碼。

4.1漢明碼編碼原理

漢明碼的編碼一種線性的分組，假設(shè)初始的代碼的長度是k個比特，而糾錯編碼長度是r個比特，按照漢明碼的定義碼字的長度記為n，公式如5，而糾錯碼長的取值范圍是從1遞增到無窮，糾錯碼長和碼字長度的關(guān)系是兩者之和等于初始代碼長度。這個關(guān)系表示為n=2r-1。

表1　碼字格式設(shè)置

4.2碼字格式

本文主要針對漢明碼進行論述，漢明碼中關(guān)于格式的要求是在1，2，4，8....的相應(yīng)位置放置監(jiān)督位，并且這些監(jiān)督位依次記為D1，D2...，其中監(jiān)督位的放置沒有固定的要求，通常情況下采用的是種方式，監(jiān)督位的確定使用的是奇偶方式，為了更好地論述漢明碼的格式，設(shè)置了信號是11位，監(jiān)督位是由4為數(shù)字組成的，從而這種格式稱為15位碼字格式，格式設(shè)置如表1所示。

5　數(shù)字通信系統(tǒng)糾錯檢錯方案的研究方向

糾錯碼的作用除了可以進行錯誤的檢驗之外，還可以進行錯誤的糾正。進行研究數(shù)據(jù)糾錯的方法可以提高信噪比，糾錯編碼的相關(guān)技術(shù)的研究對于通信的可靠性起到了很大作用。

關(guān)于數(shù)字通信系統(tǒng)糾錯檢錯方向研究可以是通過進行模型的建立，環(huán)境的模擬，其中的瑞利發(fā)布作為一種獨特的分布類型，主要應(yīng)用的場景是統(tǒng)計獨立多徑分量接受包絡(luò)與平坦衰落信號的接收包絡(luò)。將兩個正交的高斯信號相加起來形成后的包絡(luò)的分布是瑞利分布，在無線傳播的情況下會存在很多的障礙，而這些障礙是以散射的無線形式存在的。當在傳播的環(huán)境下，接收機接收到?jīng)_激信號后會對獨立的隨機變量進行疊加的操作，最后不斷反復優(yōu)化和復測，通過仿真可以查看結(jié)果。

6　結(jié)語

關(guān)于數(shù)字通信系統(tǒng)中數(shù)據(jù)糾錯的方法很多，有關(guān)方面的研究也很多，但是從這眾多的研究中找出數(shù)據(jù)糾錯方法的最佳方案，這是主要問題的解決關(guān)鍵，因此對于數(shù)據(jù)糾錯方面的研究還需要不斷的努力，需要不斷的進行創(chuàng)新，為研究出最佳的解決方案做出貢獻。另外本論文中還介紹到了差錯控制的有關(guān)知識及其自身的優(yōu)點，差錯控制在解決數(shù)據(jù)錯誤的這方面有著很大的作用，通過差錯控制能夠找出錯誤所在并可以對錯誤進行糾正處理。

［1］ 薛鈞義，張彥斌.MCS-51系列單片微型計算機及其應(yīng)用［M］.西安：西安交通大學出版社，1990

［2］ 謝志遠，范寒柏.電力數(shù)據(jù)傳輸中的差錯控制［J］.華北電力大學學報，2001，21（1）：52-57

［3］ 冷建華，李萍，王良紅，數(shù)字信號處理［M］，北京：國防工業(yè)出版社，2002

［4］ 王新梅，肖國鎮(zhèn).糾錯碼原理與方法［M ］.西安：西安電子科技大學出版社， 2001