糾誤編碼在空中納米無線光通信中的應(yīng)用

史紅

（吉林師范大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院,吉林四平 136000）

糾誤編碼在空中納米無線光通信中的應(yīng)用

史紅

（吉林師范大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院,吉林四平 136000）

在空中納米無線光通信系統(tǒng)中，受氣候條件的影響，對(duì)于信號(hào)的干擾和衰落使通信質(zhì)量劣化或暫時(shí)中斷，提出交錯(cuò)延遲十單位自動(dòng)糾誤編碼技術(shù)，改善通信質(zhì)量和盡量減少或避免通信的暫時(shí)中斷。

納米光通信；糾誤編碼；交錯(cuò)延遲；交錯(cuò)編碼

1 交錯(cuò)編碼的工作原理

一般來說，分組碼和卷積碼只適應(yīng)獨(dú)立錯(cuò)碼或只有短的長(zhǎng)串突發(fā)誤碼情況，無能力應(yīng)付突發(fā)性成片誤碼群。但是，若使用有一致監(jiān)督關(guān)系的各個(gè)碼元之間相隔足夠遠(yuǎn)，就可以應(yīng)付突發(fā)性成片誤碼群，而IR編碼技術(shù)就是為完成這一使命設(shè)計(jì)的。這時(shí)提供的交錯(cuò)延遲十單位自動(dòng)糾誤在無線光通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，之所以可允許短期信息中斷而通信質(zhì)量不受影響，就是因?yàn)橥ㄟ^交錯(cuò)器處理，使10個(gè)單位分組碼中的各個(gè)碼元之間相隔足夠遠(yuǎn)，以至于盡管發(fā)生突發(fā)性成片誤碼，每個(gè)碼組中最多也只攤上一個(gè)誤碼，而這個(gè)誤碼通過一致監(jiān)督關(guān)系又可自動(dòng)糾正過來，這樣就保證了通信質(zhì)量。

2 十單位正反糾誤編碼

十單位正反自動(dòng)糾誤編碼是一種循環(huán)漢明碼。碼長(zhǎng)為10，即n=10。碼組中前5位為信息碼，即m=5.因此其冗余度為（n-m）/n=50%。在監(jiān)督碼元中，第一位監(jiān)督碼元監(jiān)督除了第一位信息碼元以外的全部信息碼元；第二位監(jiān)督碼元監(jiān)督除了第二位信息碼元以外的全部信息碼元，以下以此類推。這種編碼體制可以保證糾正碼組中一個(gè)誤碼元（信息碼和監(jiān)督碼），檢出兩位誤碼。這種一致監(jiān)督碼可分為一致監(jiān)督和偶數(shù)一致監(jiān)督兩類。

奇數(shù)一致監(jiān)督碼的編碼規(guī)則：當(dāng)5位信息A1～A5中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，則5位監(jiān)督碼元取與5位信息碼元相一致，即A1=B1、A2=B2、A3=B3、A4=B4、A5=B5；若5位信息碼A1～A5中“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，則5位監(jiān)督碼元取與五位信息碼元對(duì)應(yīng)的反碼。

偶數(shù)一致監(jiān)督碼的編碼規(guī)則：當(dāng)5位信息碼A1～A5中“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，則5位監(jiān)督碼元取與5位信息碼元相一致，即A1=B1、A2=B2、A3=B3、A4=B4、A5=B5；若5位信息A1～A5中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，則5位監(jiān)督碼元取與5位信息碼元對(duì)應(yīng)的反碼。以下以奇數(shù)一致監(jiān)督碼的編碼情況為例，討論監(jiān)督碼元的生成和校正子的計(jì)算。（1）監(jiān)督碼元的生成

5 位監(jiān)督碼元可按信息位計(jì)算，即

公式1可以簡(jiǎn)化為

（2）校正子的運(yùn)算

校正子的運(yùn)算方法實(shí)際上是將接收到的信息位與一致監(jiān)督位相比較得到的結(jié)果，其比較運(yùn)算式為

若無誤碼存在，則公式3計(jì)算得到校正子為5個(gè)零，即C1C2C3C4C5=00000；若計(jì)算結(jié)果不全是零，則必有誤碼存在，其校正子Ci取值與碼字中誤碼對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所列。

表1 校正子Ci取值與碼字中誤碼對(duì)應(yīng)關(guān)系

從表1可知，根據(jù)校正子的取值，可糾正一個(gè)誤碼。當(dāng)C1-C5中的“1”的個(gè)數(shù)為非0、1、4情況時(shí)，則有兩個(gè)以上誤碼。

4 交錯(cuò)延遲十單位自動(dòng)糾誤通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

采用自動(dòng)糾誤編碼的無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的框圖，如圖1

圖1 采用自動(dòng)糾誤編碼的點(diǎn)到點(diǎn)結(jié)構(gòu)無線光用戶接入網(wǎng)系統(tǒng)

(1)交錯(cuò)器的設(shè)計(jì)

交錯(cuò)器的設(shè)計(jì)依據(jù)是允許出現(xiàn)長(zhǎng)串突發(fā)錯(cuò)碼的長(zhǎng)度b,以及允許通信中斷時(shí)間的長(zhǎng)度。其關(guān)鍵是設(shè)計(jì)交錯(cuò)參數(shù)n1n2。設(shè)允許通信中斷時(shí)間為T，通信信息碼元寬度為τ，交錯(cuò)長(zhǎng)度為n1,碼組長(zhǎng)度為s,則n1、n2可由下式確定，即

若采用均勻同步交錯(cuò)器，則通信信息移位寄存器長(zhǎng)度為[（n2-1）(n1+1)+1],而移位寄存器的抽頭間隔為(n1+1)。

(2)一種交錯(cuò)延遲十單位自動(dòng)糾誤通信系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)

①系統(tǒng)設(shè)備主要性能參數(shù)。信息碼字組成是采用十單位自動(dòng)糾誤碼編碼為A1，A2，A3，A4，A5，B1，B2，B3，B4，B5，使用奇數(shù)一致監(jiān)督關(guān)系；交錯(cuò)方式是采用均勻同步（10，51）交錯(cuò)編碼，即交錯(cuò)長(zhǎng)度為51，交錯(cuò)周期為10。

②發(fā)端原理。發(fā)端主要由以下6個(gè)單元組成：十單位編碼、信號(hào)轉(zhuǎn)換、交錯(cuò)器、信息輸出、人工信源和時(shí)序控制等。

③發(fā)端的工作過程。從信道A或信道B來的信源碼，經(jīng)十單位編碼單元被變換為十單位正反糾誤碼分組碼；接著分組碼（A1A2A3A4A5B1B2B3B4B5）經(jīng)交錯(cuò)器單元進(jìn)行同步交錯(cuò)編碼，交錯(cuò)編碼后的十單位交錯(cuò)編碼信號(hào)經(jīng)信息輸出單元送出。

④收端原理,收端由“信息輸入”、“解交錯(cuò)器”、“碼元糾誤”、“字組同步”、“一級(jí)分路運(yùn)算”、“時(shí)鐘及位同步”和“信息輸出”幾個(gè)單元組成。

收端的簡(jiǎn)單工作過程是：接收到的十單位交錯(cuò)編碼信號(hào)首先被送入“信息輸入”單元，在這里對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形和電平交換，以適應(yīng)“解交錯(cuò)器”單元的電平要求，然后信號(hào)進(jìn)入“解交錯(cuò)器”單元，在這里恢復(fù)原十單位糾誤碼字，接著十單位糾誤碼字被送入“碼元糾誤”單元，在這里單個(gè)錯(cuò)碼得到糾正，最后被恢復(fù)的原十單位糾誤碼編碼信號(hào)（A1A2A3A4A5B1B2B3B4B5）進(jìn)入“信息輸出”單元，在這里進(jìn)行電平交換，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的需求。

5 結(jié)束語(yǔ)

在無線光通信中采用自動(dòng)糾誤碼編碼技術(shù)是提高其通信可靠性的重要手段，這可對(duì)于在其無線光通信中間生的突發(fā)長(zhǎng)串成片誤碼和單個(gè)誤碼得到糾正。此外，采用自動(dòng)糾誤碼編碼技術(shù)可用來應(yīng)付惡劣氣候?qū)o線光通信的挑戰(zhàn)，也可借以延長(zhǎng)其無線光通信的通信距離，甚至于在嚴(yán)重的干擾和衰落導(dǎo)致通信暫中斷時(shí)而不影響傳輸?shù)馁|(zhì)量。

參閱文獻(xiàn)

[1]Enghelta N.Circuits with Light at Nanoscales:Optical Nanocircuits Inspired by Metamaterials[J].Science,2007:(317): 1689-1702.

[2]Alu A,Engheta N.Input Impedance,Nanocircuit Loading,and Radiation Tuning of Optical Nanoantennas[J].Phys Rev Lett, 101,043901.2008.

[3]Alu A,Engheta N.Tuning the Scattering Response of Optical Nanoantennas with Nanocircuit Loads[J].Nature Photonics, 2008(2):307-310.

Application of Error Correction Coding in Air Nano Wireless Optical Communication

SHI Hong
(Institute of Information Technology,Jilin Normal University,Siping Jilin 136000,China)

In the air of nano optical wireless communication system,affected by climate conditions,the signal interference and fading to communication quality deterioration or interruption,put forward ten unit automatic interleaving delay error correcting coding technology.

nano optical communication;error correction coding;interleaving delay;interleaving code

TN929

A

1008-1739（2015）10-62-3

定稿日期：2015-04-26