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提高数据传输的可靠性和有效性,一直以来都是计算机通信领域所追求的目标。因此,一套优秀的纠错编码方案,是改善误码率,提高数据传输的可靠性的必要手段,经过几十年的发展,已经出现了比较多的纠错编码算法,如海明码、BCH码、RS码、卷积码和Turbo码等。
802.16e是针对移动性的无线城域网标准,其无线信道环境复杂而且具有很高的数据传输率。为保障无线城域网提供更好的数据通信服务,在数据进入无线信道前需要编码,优秀的纠错编码算法不仅能最大程度的纠正信道中出现的错误,而且在增加冗余度的同时较少的影响数据的传输速率。基于这些要求,802.16e物理层提供三种编码方案:级联的RS-CC(Reed-Solomon-Convolutional Coding)、BTC(Block Turbo Coding)、CTC(Convolutional Turbo Coding)。
本文通过分析比较,选择了实时性更高的RS-CC级联编码,因为该方案相比另外的两种编码,在移动通信环境下更为实用。接下来详细的分析了RS(64,48,8)截断码、参数为(2,1,7)的卷积码以及增加了交织编码的卷积码的纠错性能。分析表明RS码具有同时纠正突发错误和随机错误的能力,适用于数据通信和数据存储系统的差错控制中;卷积码比较适合在噪声干扰严重的无线环境中。因此,本文将RS码作为内码,卷积码作为外码,联合交织编码构成纠错编码系统。
用FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)技术实现802.16e的前向纠错编码系统是本文的重点。FPGA的优势是处理速度快,稳定性高,但设计过程中需要充分考虑到时序。本文使用Altera公司的QuartusⅡ作为软件平台,CycloneⅢ FPGA芯片EP3C25Q240C8N作为硬件资源,设计并实现了在QAM-16调制方式下的前向纠错编码系统,该系统除了完成编码外,还设计了与ARM芯片和DSP芯片的通信接口,最后通过了802.16e基带系统的联合调试。