基于FPGA的交織編碼技術研究及實現

楊鴻勛++張林

摘 要：對于采用信道編碼技術進行糾錯的系統，只能糾正隨機錯誤，無法解決突發錯誤的問題。詳細闡述了一種基于漢明碼的交織編碼技術，并以FPGA為平臺進行了實現與仿真。仿真結果表明該交織編碼技術可以有效地糾正信道中的隨機錯誤和突發錯誤，大大降低誤碼率，提高通信的可靠性。

關鍵詞：突發差錯 交織 FPGA

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（b）-0027-02

在數字通信中，信道中存在著各種干擾和噪聲，不可避免地會導致傳輸的信息出現差錯，為保證信息傳輸的可靠性，往往采用信道編碼技術。信道編碼糾正隨機錯誤的能力很強，但是用于糾正突發差錯卻無能為力。在實際信道中，差錯往往具有突發性質，一個突發差錯將引起一連串的錯誤，如信道中的多徑衰落干擾，閃電與人為的電氣脈沖干擾等都會造成突發錯誤。針對糾正突發差錯的問題，交織編碼是一項十分有效的技術，其本質是將碼元在時間上分離，介于其間的時間由其他碼字的碼元來填充。通過在時間上分離碼元可將一個有記憶信道轉變為無記憶信道，這樣譯碼器就可以將信道中的突發錯誤當作隨機錯誤處理，從而使得糾正隨機錯誤的編碼同樣適用于突發信道。

1 交織編碼糾錯原理

漢明碼構造簡單，應用廣泛，可以用來糾正隨機錯誤，交織技術可以用來糾正突發錯誤，漢明碼和交織技術相結合的交織編碼技術可以同時糾正信道中的隨機錯誤和突發錯誤。

假設要發送一組信息X=（x1 x2 ….x19 x20），首先將X進行分組，四位數據為一組，對每組數據進行漢明編碼，然后送入交織器，將交織器設計成按列寫入按行取出的5×7陣列存儲器。然后從存儲器中按行輸出，送入突發差錯的有記憶信道，信道輸出送入反交織器，它完成交織器的反變換，即按行寫入，按列取出，它仍是一個5×7陣列存儲器。反交織器的輸出，即陣列存儲器中按列輸出的信息，其差錯規律就變成了獨立差錯。

交織矩陣為：

則交織器輸出并送入信道的信息序列為：

X1=（x1 x6 x11 x16 x21 x26 x31 x2 x7 …x5 x10 x15 x20 x25 x30 x35）

假設突發信道產生突發差錯，x1～x21連錯5個，故

X1=（y1 y6 y11 y16 y21 x26 x31 x2 x7 …x5 x10 x15 x20 x25 x30 x35）

反交織矩陣為：

經反交織器輸出的信息序列為：

Y=（y1 x2 x3 x4 x5 y6 x7 x8 x9 x10 y11 x12 x13…x5 x10 x15 x20 x25 x30 x35）

經過交織器與反交織器的設計變換后，原來信道中產生的突發錯誤，即5個連錯變成了無記憶隨機錯誤，被平均分配到5個漢明編碼中，之后再進行漢明碼糾錯就可以糾正全部突發錯誤。

2 交織編碼糾錯的FPGA實現

2.1 編碼模塊

編碼模塊首先需要接收5組待編碼數據，檢測到接收5組數據后，分別求5組數據的監督碼元，并將待編碼數據與監督碼元形成編碼數據，之后按照交織方案進行交織處理，并發送出去。

編碼模塊仿真圖如圖1所示，其中xxw1～xxw5是輸入的5組信息碼元，hmm1～hmm5為5組信息位的監督碼元，data_in是緩存的5組信息位，data_out為交織后發送的數據。

2.2 譯碼模塊

譯碼模塊接收編碼數據后，檢測收到35位數據后，首先按照交織方案進行反交織處理，求出5組編碼數據，然后分別求5組碼字的伴隨式，之后根據伴隨式與錯誤圖樣的對應關系進行糾錯，并剝離出5組信息碼元。

譯碼模塊仿真圖如圖2所示，其中，data_in是輸入的編碼數據，yxw1_hm～yxw5_hm為反交織后的5組漢明編碼，yxw1～yxw5為5組編碼數據經譯碼糾錯后的有效信息碼元。輸入數據data_in與編碼模塊的輸出數據data_out相比前五位均出現差錯，由圖2可以看出，經譯碼糾錯出的5組數據與編碼模塊的數據完全一致，可見該譯碼模塊具有糾連續5位錯誤碼元的能力。

3 結語

針對通信中糾錯的問題，本文提出了一種漢明碼與交織技術相結合的交織編碼技術。并以一種交織編碼為例，以FPGA為平臺進行了實現和仿真。仿真結果表明，該交織編碼技術可以有效地糾正信道中的隨機錯誤和突發錯誤，大大降低誤碼率，提高通信的可靠性。

參考文獻

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