信道編碼技術(shù)概述
掃描二維碼
隨時(shí)隨地手機(jī)看文章
數(shù)字信號(hào)在傳輸中往往由于各種原因,使得在傳送的數(shù)據(jù)流中產(chǎn)生誤碼,從而使接收端產(chǎn)生圖象跳躍、不連續(xù)、出現(xiàn)馬賽克等現(xiàn)象。所以通過(guò)信道編碼這一環(huán)節(jié),對(duì)數(shù)碼流進(jìn)行相應(yīng)的處理,使系統(tǒng)具有一定的糾錯(cuò)能力和抗干擾能力,可極大地避免碼流傳送中誤碼的發(fā)生。誤碼的處理技術(shù)有糾錯(cuò)、交織、線性?xún)?nèi)插等。提高數(shù)據(jù)傳輸效率,降低誤碼率是信道編碼的任務(wù)。信道編碼的本質(zhì)是增加通信的可靠性。但信道編碼會(huì)使有用的信息數(shù)據(jù)傳輸減少,信道編碼的過(guò)程是在源數(shù)據(jù)碼流中加插一些碼元,從而達(dá)到在接收端進(jìn)行判錯(cuò)和糾錯(cuò)的目的,這就是我們常常說(shuō)的開(kāi)銷(xiāo)。這就好象我們運(yùn)送一批玻璃杯一樣,為了保證運(yùn)送途中不出現(xiàn)打爛玻璃杯的情況,我們通常都用一些泡沫或海棉等物將玻璃杯包裝起來(lái),這種包裝使玻璃杯所占的容積變大,原來(lái)一部車(chē)能裝5000個(gè)玻璃杯的,包裝后就只能裝4000個(gè)了,顯然包裝的代價(jià)使運(yùn)送玻璃杯的有效個(gè)數(shù)減少了。同樣,在帶寬固定的信道中,總的傳送碼率也是固定的,由于信道編碼增加了數(shù)據(jù)量,其結(jié)果只能是以降低傳送有用信息碼率為代價(jià)了。將有用比特?cái)?shù)除以總比特?cái)?shù)就等于編碼效率了,不同的編碼方式,其編碼效率有所不同。
數(shù)字電視中常用的糾錯(cuò)編碼,通常采用兩次附加糾錯(cuò)碼的前向糾錯(cuò)(FEC)編碼。RS編碼屬于第一個(gè)FEC,188字節(jié)后附加16字節(jié)RS碼,構(gòu)成(204,188)RS碼,這也可以稱(chēng)為外編碼。第二個(gè)附加糾錯(cuò)碼的FEC一般采用卷積編碼,又稱(chēng)為內(nèi)編碼。外編碼和內(nèi)編碼結(jié)合一起,稱(chēng)之為級(jí)聯(lián)編碼。級(jí)聯(lián)編碼后得到的數(shù)據(jù)流再按規(guī)定的調(diào)制方式對(duì)載頻進(jìn)行調(diào)制。前向糾錯(cuò)碼(FEC)的碼字是具有一定糾錯(cuò)能力的碼型,它在接收端解碼后,不僅可以發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,而且能夠判斷錯(cuò)誤碼元所在的位置,并自動(dòng)糾錯(cuò)。這種糾錯(cuò)碼信息不需要儲(chǔ)存,不需要反饋,實(shí)時(shí)性好。所以在廣播系統(tǒng)(單向傳輸系統(tǒng))都采用這種信道編碼方式。
在實(shí)際應(yīng)用中,比特差錯(cuò)經(jīng)常成串發(fā)生,這是由于持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的衰落谷點(diǎn)會(huì)影響到幾個(gè)連續(xù)的比特,而信道編碼僅在檢測(cè)和校正單個(gè)差錯(cuò)和不太長(zhǎng)的差錯(cuò)串時(shí)才最有效(如RS只能糾正8個(gè)字節(jié)的錯(cuò)誤)。為了糾正這些成串發(fā)生的比特差錯(cuò)及一些突發(fā)錯(cuò)誤,可以運(yùn)用交織技術(shù)來(lái)分散這些誤差,使長(zhǎng)串的比特差錯(cuò)變成短串差錯(cuò),從而可以用前向碼對(duì)其糾錯(cuò),例如:在DVB-C系統(tǒng)中,RS(204,188)的糾錯(cuò)能力是8個(gè)字節(jié),交織深度為12,那么糾可抗長(zhǎng)度為8×12=96個(gè)字節(jié)的突發(fā)錯(cuò)誤。實(shí)現(xiàn)交織和解交織一般使用卷積方式交織技術(shù)對(duì)已編碼的信號(hào)按一定規(guī)則重新排列,解交織后突發(fā)性錯(cuò)誤在時(shí)間上被分散,使其類(lèi)似于獨(dú)立發(fā)生的隨機(jī)錯(cuò)誤,從而前向糾錯(cuò)編碼可以有效的進(jìn)行糾錯(cuò),前向糾錯(cuò)碼加交積的作用可以理解為擴(kuò)展了前向糾錯(cuò)的可抗長(zhǎng)度字節(jié)。糾錯(cuò)能力強(qiáng)的編碼一般要求的交織深度相對(duì)較低。糾錯(cuò)能力弱的則要求更深的交織深度。一般來(lái)說(shuō),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸時(shí),在發(fā)端先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行FEC編碼,然后再進(jìn)行交積處理。在收端次序和發(fā)端相反,先做去交積處理完成誤差分散,再FEC解碼實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)糾錯(cuò)。另外,從上圖可看出,交積不會(huì)增加信道的數(shù)據(jù)碼元。根據(jù)信道的情況不同,信道編碼方案也有所不同,在DVB-T里由于由于是無(wú)線信道且存在多徑干擾和其它的干擾,所以信道很“臟”,為此它的信道編碼是:RS+外交積+卷積碼+內(nèi)交積。采用了兩次交積處理的級(jí)聯(lián)編碼,增強(qiáng)其糾錯(cuò)的能力。RS作為外編碼,其編碼效率是188/204(又稱(chēng)外碼率),卷積碼作為內(nèi)編碼,其編碼效率有1/2、2/3、3/4、5/6、7/8五種(又稱(chēng)內(nèi)碼率)選擇,信道的總編碼效率是兩種編碼效率的級(jí)聯(lián)疊加。設(shè)信道帶寬8MHZ,符號(hào)率為6.8966Ms/S,內(nèi)碼率選2/3,16QAM調(diào)制,其總傳輸率是27.586Mbps,有效傳輸率是27.586*(188/204)*(2/3)=16.948Mbps,如果加上保護(hù)間隔的插入所造成的開(kāi)銷(xiāo),有效碼率將更低。在DVB-C里,由于是有線信道,信道比較“干凈”,所以它的信道編碼是:RS+交積。一般DVB-C的信道物理帶寬是8MHZ,在符號(hào)率為6.8966Ms/s,調(diào)制方式為64QAM的系統(tǒng),其總傳輸率是41.379Mbps,由于其編碼效率為188/204,所以其有效傳輸率是41.379*188/204=38.134Mbps。在DVB-S里,由于它是無(wú)線信道,所以它的信道編碼是:RS+交積+卷積碼。也是級(jí)聯(lián)編碼。