來源：單片機及嵌入式系統(tǒng)應用 作者：吳 杰 吳 岳

摘要：詳細闡述一種利用交錯編碼的思想，來改遠距離通信質量的新設計。設計由fpga芯片實現(xiàn)，能很方便加載到各種單片機有線或無線通信系統(tǒng)的收發(fā)接口中。通過對發(fā)、收信息的編、解碼處理，增強信息在傳輸過程的抗干擾能力，以達到遠距離高精度傳輸目的。

關鍵詞：fpga 遠距傳輸 高精度 交錯 編碼 解碼

1 意義簡單的多機間數據通信在我們的設計中很普遍，一般情況下數據傳輸距離很短，不會超過百十m，因此僅采用雙絞線加rs232或rs485標準就可以有效傳輸。但有時多機之間的距離也會很遠，如我們所設計的一個氣象項目，就要求子站遍布在基站1km范圍內。因此在考慮成本、不增加很多設備的前提下，有效防止噪聲干擾，保證子站與基站的數據高精確傳輸就很重要。

通常多機短距通信中，可以在收發(fā)端加入奇校驗、累加和校驗等出錯就重發(fā)的防噪聲措施；但以上措施都只能檢錯，不能糾錯，也就是說傳輸過程中不能容錯。在遠距離、干擾大、出錯概率非常高的情況下，單純的出錯就重發(fā)措施會失去工作效率和意義。因此，我們需要一種能容錯的數據傳輸方式，就要對數據編碼。因此，不同傳輸環(huán)境的噪聲性質不相同，對應的編碼方式也不一樣，所以我們設計編碼時強調更多位的糾錯冗余，以適合較多的環(huán)境，但相應地就降低了傳輸速率。另外，出于通用性和簡易性的考慮，我們的設計應可直接加載于原有的有線或無線通信系統(tǒng)上，除數據連線外，不需對原有系統(tǒng)做任何改變。

在此，我們采用了交錯編碼技術來增加數據傳輸過程的容錯能力。編解碼設備插入加載到通信系統(tǒng)原來的數據收發(fā)端口。因此，微處理器要發(fā)送的數據由原先的直接經發(fā)送端（無線通信為調制器和發(fā)送器）發(fā)送，變?yōu)橄冉浘幋a設備編碼，然后再經原有的發(fā)送端發(fā)送；同理，接收端（無線通信為接收器和解調器）收到信息，經解碼設備解碼出數據，再傳送給微處理器。

2 設計方案

為適應多種信道，要求我們的設計能同時糾隨機錯和突發(fā)錯，并且能有多位的糾錯冗余。因此，我們基于常用的卷積碼和循環(huán)碼特性，自定義一種簡單的線性分組碼作為糾錯編碼，以便我們刻意去提高糾錯的位數。同時我們采用交錯發(fā)送技術來提高糾突發(fā)錯能力，并利用fpga去實現(xiàn)該方案。

（1）方案的應用范圍

我們所設計的方案用于遠距離的多機通信。根據實際經驗，本方案默認微處理器收發(fā)的數據為8位并行數據+1位同步時鐘，因此提供8位數據線和1位同步線。對于串口，則可增加串行轉換的移位寄存器來轉化。

（2）方案的實現(xiàn)

方案的實現(xiàn)如圖1所示。

①在子站、基站的收發(fā)端口與微處理器之間分別加入相應的編解碼設備，使得子站與基站間傳輸的數據先經過編解碼再傳輸，以達到增強容錯的能力。

②用幀結構實現(xiàn)碼字的交錯。

③遠距離傳輸，收發(fā)端最好選用同步方式，但這不是本設計的內容，不予以討論。

（3）基于精度，對數據的每一位單獨編碼

實際應用中，對數據精確的定義并非數據的完全重合，而是要求某一個精度。完全重合只對用做標志的數據有意義，對單純計算用的數據并沒有必要。基于精度要求，顯然一個數據信息的高位對精度影響遠比低位大（如：ffh，當最高位出錯變?yōu)?fh時，精度變化最大，而最低位出錯變?yōu)閒eh時，精度變化最小）。因此，我們并沒有對8位數據信息進行整體編碼，而是逐位分開進行編碼：高數據位，采用更長的編碼，以保證更高的正確率；低數據位，則可采用較短的編碼，兼顧效率和設備容量。具體編碼如表1所列。

表1

8位數據最低位（3，1）碼

0對應010，1對應101，漢明距3，糾1錯

8位數據第二位（3，1）碼

0對應010，1對應101，漢明距3，糾1錯

8位數據第三位（5，1）碼

0對應01010，1對應10101，漢明距5，糾2錯

8位數據第四位（5，1）碼

0對應01010，1對應10101，漢明距5，糾2錯

8位數據第五位（7，1）碼

0對應0101010，1對應1010101，漢明距7，糾3錯

8位數據第六位（7，1）碼

0對應0101010，1對應1010101，漢明距7，糾3錯

8位數據第七位（9，1）碼

0對應010101010，1對應101010101，漢明距9，糾4錯