Beth yw FEC, a Sut Ydw i'n Ei Ddefnyddio?

Beth yw FEC, a Sut Ydw i'n Ei Ddefnyddio?

Mewn systemau cyfathrebu, theori gwybodaeth, a theori codio, mae cywiro gwallau ymlaen (FEC) yn dechneg a ddefnyddir i reoli gwallau wrth drosglwyddo data dros sianeli cyfathrebu annibynadwy neu swnllyd. Mae FEC yn ddyledus i waith arloesol Claude Shannon ym 1948 ar gyfathrebu dibynadwy dros sianeli trawsyrru swnllyd. Thema ganolog Shannon oedd, os yw cyfradd signalau'r system yn llai na chynhwysedd y sianel, gellir cyflawni cyfathrebu dibynadwy os yw un yn dewis technegau amgodio a datgodio priodol.

Mae Ffigur 1 yn dangos model symlach o system godio. Cynrychiolir y data trosglwyddo crai fel dilyniant negesu. Mae'r amgodiwr FEC yn trawsnewid y negesumewn codairv trwy ychwanegu data diangen, cyn mynd i mewn i'r sianel annibynadwy neu swnllyd. Mae'r diswyddiad ychwanegol yn galluogi'r datgodiwr derbynnydd i ganfod nifer cyfyngedig o wallau a all ddigwydd yn y neges, ac yn aml i gywiro'r gwallau hyn heb eu hail-drosglwyddo, gyda'r nod bod y dilyniant neges gwreiddioluyn cael ei adennill yn llwyddiannus ar allbwn y datgodiwr.

Mathau o godau FEC

Mae dau fath o god sy'n strwythurol wahanol yn cael eu defnyddio'n gyffredin heddiw: codau bloc a chodau convolutional. Mae'r amgodiwr ar gyfer cod bloc yn rhannu'r dilyniant gwybodaethumewn blociau neges okdarnau gwybodaeth (symbolau) yr un ac yn trawsnewid pob negesuyn annibynnol i mewn i air cod,n-bit (symbolau)v. Y gymharebR = k/ngelwir y gyfradd cod. Y darnau segur (symbolau),n-k, darparu'r cod gyda'r gallu i frwydro yn erbyn sŵn y sianel.

Paramedr pwysig cod bloc yw'r pellter lleiaf,d_min, dyma'r pellter rhwng dau air cod agosaf, sy'n cynrychioli'r nifer lleiaf o newidiadau data sydd eu hangen i newid un codair dilys i un arall. Mae'r paramedr hwn yn pennu galluoedd canfod gwallau a chywiro cod. Fel arfer mae cod FEC yn gallu canfodd_min-1 gwall fesul codair a chywiro hyd at (d_min-1)/2 wall fesul codair. Er enghraifft, cod Reed Solomon, RS (544, 514,t=15, m=10), yn god bloc gyda 514 o symbolau gwybodaeth a 30 o symbolau segur. Mae gan bob symbol 10 did. Ei phellter lleiaf ywd_min=31 fel y gall gywiro hyd at (d_min-1)/2=15 gwallau symbol fesul codair.

Mae'r amgodiwr ar gyfer cod convolutional hefyd yn derbyn k-blociau didau o'r dilyniant gwybodaethuac yn cynhyrchu dilyniant wedi'i amgodiovon-symbol blociau. Fodd bynnag, mae pob bloc amgodio yn dibynnu nid yn unig ar y cyfatebolkbloc neges -bit ar yr un uned amser ond hefyd ymlaenmblociau negeseuon blaenorol. Ar wahân i ddarnau diangen,n-k, mae mwy o ddiswyddiad yn cael ei ychwanegu trwy gynyddu'r gorchymyn cofmo'r cod i gyflawni trosglwyddiad dibynadwy dros sianel swnllyd.

Yn seiliedig ar ddamcaniaeth Shannon [1], po hiraf y codair yw'r gallu mwyaf pwerus i gywiro gwallau y mae'n ei ddarparu. Fodd bynnag, mae cymhlethdod codio yn cynyddu gyda hyd codair hefyd. Er mwyn sicrhau gwell cyfaddawd rhwng cymhlethdod a pherfformiad codio, mae yna ychydig o dechnegau ar gyfer llunio codau pwerus hir o godau cydrannau byr, megis codau cynnyrch, codau cydgadwyn a chodau rhyngddalennog.

Mae Ffigur 2 yn dangos cod cynnyrch dau ddimensiwn a ffurfiwyd gan ddau god C₁(n1, k1) ac C₂(n2, k2) gydag isafswm pellterd_min1ad_min2, yn y drefn honno. Pob rhes o god cynnyrch C₁ x C₂yn air cod yn C₁ac mae pob colofn yn air cod yn C₂. Mae cod y cynnyrch yn gallu cywiro unrhyw gyfuniad o (d_min1d_min2-1)/2 wall.

Mae Ffigur 3 yn dangos cod cydgatenedig un lefel gyda chod allanol C₁(n1, k1) gydag isafswm pellterd_min1a chod C mewnol₂(n2, k2) gydag isafswm pellterd_min2. Pellter lleiaf eu cydgadwyn yw o leiafd_min1d_min2.

Mae Ffigur 4 yn dangos trosglwyddiad cod rhyngddalennog. O gael cod bloc (n,k) C, mae'n bosibl adeiladu cod bloc (λn, λk) trwy ryng-ddalennog, hynny yw, yn syml trwy drefnu λ codeiriau yn C yn rhesi λ o arae hirsgwar ac yna trawsyrru'r golofn arae trwy colofn. Er bod pellter lleiaf y cod rhyngddalennog yn dal i fodd_minfel cod C unigol, gall dorri'r gwallau byrstio hir i mewn i λ codeiriau gwahanol.

Mae codau FEC mwy datblygedig, megis codau turbo a chodau gwirio cydraddoldeb dwysedd isel (LDPC), wedi'u dyfeisio gan academyddion a'u mabwysiadu gan ddiwydiant yn ystod y degawdau diwethaf i nesáu at derfyn Shannon (neu gapasiti'r sianel). Fodd bynnag, mae eu henillion perfformiad rhagorol fel arfer yn cael eu talu gan gymhlethdod amgodio/datgodio mawr a hwyrni.

Mae pedwar ffactor hollbwysig i'w hystyried wrth ddewis cod FEC cywir a chynllun codio ar gyfer system gyfathrebu benodol. Er mwyn cynnal trwybwn uchel neu osgoi cynyddu'n sylweddol gyfradd cyswllt ycyfradd codangen bod yn uchel. I wneud iawn am golled sianel neu lacio'r gymhareb signal i sŵn (SNR) neu ofynion cyfradd gwall didau (BER) ar sleiswyr penderfyniadau yn y derbynnydd, swm mawrennill codioyn ddymunol. Fodd bynnag anfanteision y FEC yw'rlatency codioacymhlethdod codioa fydd yn cynyddu amser trawsyrru a phŵer/cost y system.

Cymwysiadau FEC i Systemau Cyswllt Cyfresol

Dangosir tirwedd technoleg FEC ar gyfer systemau cyfathrebu llinellau gwifren yn Ffigur 5 ac mae'n cynnwys cysylltiadau trydanol ac optegol. Ar gyfer cysylltiadau trydanol, mae'r diwydiant wedi ymgorffori diweddariadau fformat signalau yn ddiweddar o fformat signalau dwy lefel (NRZ) i fformat signalau pedair lefel (PAM4) yn ystod y cyfnod pontio o gyfraddau data cyswllt 25 Gb/s i 50 Gb/s.

Un o heriau dylunio mawr PAM4 SerDes yw cosb canfod PAM4 dros NRZ, tua 9.54 dB neu hyd yn oed yn fwy os yw'n ystyried diraddio ymyl llorweddol oherwydd croesfannau signal aml-lefel. Felly, daw FEC yn rhan bwysig o'r datrysiad system PAM4 i wrthbwyso'r gosb ganfod hon. RS (544, 514, 15) Mae FEC, a elwir hefyd yn KP4 FEC, wedi'i fabwysiadu'n eang mewn dolenni PAM-4. Mae'n darparu hyd at enillion codio 7dB i systemau Ethernet 200/400G, tra'n ychwanegu cosb hwyrni o gannoedd o nano-eiliadau (ns) fel cost. Mae codau FEC enillion uchel fel codau gwirio cydraddoldeb dwysedd isel (LDPC) a chodau cynnyrch Turbo (TPC) fel arfer yn cael eu hystyried ar gyfer systemau trawsyrru optegol pellter hir gyda chost codio hwyrni a chymhlethdod mwy. Ar gyfer cymwysiadau hwyrni isel, gellid defnyddio codau bloc syml byr gydag enillion codio cymedrol a chymhlethdod.