前向纠错/前向纠错
在卫视接收的参数中，FEC是个非常重要的数据。在早期的数字机中，例如NOKIA9500是需要输入FEC参数的。只是后来的数字机的运算速度提高，可以自动测定FEC，而不需要用户自己输入FEC参数了。但是在数字节目解码过程中，FEC还是必不可少的一个重要参数。这就像今天运算速度更快的盲扫机器不用输入参数便可以接收节目一样，但是下行频率和符 码率仍是最基本的节目数据。那么FEC到底有什么作用呢?大家都知道，数字节目和模拟节目比，效果更清晰，色彩更纯净，通透性更高，画面没有杂质干扰。这都要得益于数字信号出色的抗干扰能力。在数字信号中,为了防止外界信号干扰,保护信号不变异,要进行多重的 纠错码设置。数字信号在解码过程中,对错误信号十分敏感,每秒钟只要有很小很小的误码,就无法正常解码。而数字卫星信号之所以能顺利播放,又是得益于数字信号中的 纠错码的设置。在各种 纠错码的设置中,被称做FEC的前向纠错是一个非常重要的防干扰算法。采用前向误差校正--FEC方法,是为了降低数字信号的误码率,提高信号传输的可靠性。
一般数据流/前向纠错
我们知道,数字信号实际传送的是数据流,一般数据流包括以下三种：ES流也叫基本码流,包含视频、音频或数据的连续码流。PES流也叫打包的基本码流,是将基本码流ES流根据需要分成长度不等的 数据包,并加上包头就形成了打包的基本码流PES流。TS流也叫传输流,是由固定长度为188字节的包组成,含有独立时基的一个或多个节目,适用于误码较多的环境。一般数据流简介为了能形象的、浅显易懂地说明,我们来打个比喻,如果把ES流比做产品的原材料,那么PES流就是工厂刚刚生产出来的一件产品,而TS流就是经过包装好送到商店柜台或用户手里的商品。如果ES流的重量被成为净重,那么TS流的重量就被称为毛重。这个比喻和FEC又有何相干?从PES流到TS流,这个过程中已经加进去FEC 纠错码,可以采用不同的速率的FEC,在DVB-S标准中,规定5种速率—1/2、2/3、3/4、5/6、7/8。以7/8为例,其实际意义是,在一个TS流中,只有7/8的内容是装有节目内容的PES流,而另外的1/8内容,则是用来保护 数据流不发生变异的 纠错码。还用上面的例子做比喻,如果整个节目的符 码率是毛重的话,则7/8的节目内容好比是净重,而1/8的 纠错码就是包装箱的重量。那有一点是可以肯定的,FEC纠错率越低,则 纠错码占据的比例越高,同样功率时,对解码的门限要求越低,要求天线口径越小,接收越容易;FEC越高,则纠错码越低,解码门限值越高,天线口径要求越大,接收越困难。到此,读者梁兴光的疑惑可以说是解开了,但是细心的读者又会产生新的疑问:既然FEC 纠错码率越低,门限越低,天线口径越小,越容易接收,为什么凤凰卫视和韩国阿里郎还要用7/8那么高的FEC码率呢?如果改用1/2的FEC,接收天线不是可以变的更小吗?这就涉及到FEC的另一个重要作用:如果纠错码过高,那么相应的节目内容占用的码率则更低,一方面降低节目画质,另一方面,如果不降低画质,则只能减少传送节目的数量了。比如梁先生提到的韩国阿里郎节目,符 码率是4420,FEC是7/8;而亚洲2号各省节目的符码率也同样是4420,但是FEC则只有3/4,实际上这两个同样符码率的节目,画质并不相同,阿里郎的画质要比省台的高一些,原因是阿里郎的码流中,只拿出了1/8的码流用来保护 数据流不受干扰变化,而亚洲2号的各省台则要拿出比阿里郎多一倍的1/4的码流来保护数据流。但是任何事物都有其两面性,如果阿里郎和亚洲2号各省台的节目信号强度相同,亚洲2号的省台接收起来更容易。在DVB-S标准中，只规定了1/2、2/3、3/4、5/6、7/8这5种FEC 码率，为什么只规定这5种，为什么没有4/5和6/7?如果您自己考虑明白了，说明对FEC也就彻底搞清楚了。
前向纠错码/前向纠错
电视传输专用的前向纠错编码电视节目广播前向纠错采用2/3 码率格形码、卷积交织码和RS码构成的级联码。RS(209，187)分组码是截短的RS(255，233)分组码，可以纠正11B的传输误码。为了减少突发脉冲干扰所造成的连续误码的影响，DMB-T传输系统在 内码和外码之间插入了卷积交织编码B=19；M=22，总时延相当于36个RS(209，187)分组码。用于多媒体传输的前向纠错编码多媒体综合 数据业务服务的前向纠错采用的是多层分组 乘积码(Multi-levelBlockProductCode)。它是由分组 乘积码BPC()构成的一种系统码，是二维分组乘积码BPC()的删余截短，其解码器可以采用高性能Turbo算法。
新一代前向纠错技术的发展/前向纠错
第三代Swizzle FEC第三代前向纠错编码技术Swizzle FEC冗余度仍然为6.7%，但是编码构造方式有了创新，采取一种与第二代FEC简单的二维级联编码完全不同的构造方式：螺旋方式交织编码。螺旋交织使得每一个码字被几乎所有邻近的码字所保护。这种方法基本消除了错误平层（errorfloor），并且延迟只有正交二维级联码的一半以下。Swizzle编码比现有的二维级联码有三大优点：·1.采用了更好的交织构造因此提高了性能并减少了延迟。·2.允许更加并行的实现机制，因此在同样延迟的条件下具有更好的性能。·3.采用“最大似然译码”（MaximumLikelihoodDecoder）方式取代了简单的“最后一个解码的码字决定一切”的译码方式，因此对错误译码有极强的抵抗力。第三代SwizzleFEC在1E-15误码率的条件下达到了9.45dB的增益，比第二代FEC提高了1.35dB的净增益。增加的增益可以用来提升传输距离，在较差的光纤上传输，或者纠正非线性损伤，从而降低运营商的建网成本。
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纠错编码又称之为信道编码，它已成功地应用于各种通信系统中，在图像通信中也得到日益广泛的应用。目前在数据传输中，主要有三种误码控制的方法，即自动请求重发(ARQ)、前向纠错(FEC)和混合纠错(HEC)方式。
纠错编码原理
在传输过程中发生错误后能在收端自行发现或纠正的码。仅用来发现错误的码一般常称为。为使一种码具有检错或纠错能力，须对原码字增加多余的码元，以扩大码字之间的差别 ，即把原码字按某种规则变成有一定剩余度（见信源编码）的码字，并使每个码字的码之间有一定的关系。关系的建立称为编码。码字到达收端后，可以根据编码规则是否满足以判定有无错误。当不能满足时，按一定规则确定错误所在位置并予以纠正。纠错并恢复原码字的过程称为译码。检错码与其他手段结合使用，可以纠错。发表论文指出，只要采用适当的纠错码，就可在多类信道上传输消息。自仙农的论文发表以来，人们经过持续不懈的努力已经找到多种好码，可以满足许多实用要求。但在理论上，仍存在一些问题未能解决。纠错码能够检错或纠错，主要是靠码字之间有较大的差别。纠错码实现中最复杂的部分是译码，它是纠错码能否应用的关键。纠错码传输的都是数字信号。这既可用硬件实现，也可用软件实现。
纠错能力、编码效率和解码复杂性是衡量一个纠错码好坏的重要参数。
在构造纠错码时，将输入信息分成k位一组进行编码。若编出的n位长码仅与本组的位信息k位有关，则称这样的码为分组码。由于这时用n位符号传送了k位信息，所以编码效率（码率）为。若编出的位长码不仅与本组的个信息位有关，而且与其前面若干组的信息位有关，则称为网格码，这种码之所以称为网格码是因为用图形分析时其图形像网格或篱笆。线性网格码在编码运算时为卷积运算，所以又叫做卷积码。
分组码的码长和码字个数M是一个码的主要构造参数。码长为的码中所有码字的位数均为；若要用一个码传送比特信息，则码字的个数M必须满足。典型的分组码是由位信息位和r位监督位组成的，这样构成的码一般称为系统码。
分组码中应用最广的线性分组码。线性分组码中的M个码字之间具有一定线性约束关系，即这些码字总体构成了n维线性空间的一个k维子空间。称此k维子空间为（n，k）线性分组码。线性系统码的特点是每个码字的前k位均由这个码字所对应的信息位组成，并通过对这k位信息位的线性运算得到后面n—k是位监督位。
线性分组码中应用最广的是循环码，循环码的主要特征是任何码字在循环移位后个码字。循环码的优点在于其编码和解码手续比一般线性码简单，因而易于在设备上实现。在循环码中，码字可表示为多项式。循环码的码字多项式都可表示成为循环码的生成多项式与这个码字所代表的信息多项式的乘积，即，因此一个循环码可以通过给出其生成多项式来规定。常用的循环码有BCH码和RS码。
码率为1/2、包含四种状态的网格码的网格图
网格码有多种描述方法，网格图是常用方法之一，它能表示出编码过程。一个码率为1/2、包含四种状态的网格码的网格图如图所示。图中00，01，10，11表示编码器所具有的四种状态，以“·”示出，从每一状态出发都存在两条支路，位于上面的一条支路对应于编码器输入为“0”的情况，位于下面的一条支路对应于编码器输入为“1”的情况，而每一支路上所列出的两个二进位码则表示相应的编码输出。因而可知，编码输出不仅决定于编码器的当前输入，还决定于编码器的状态，例如在图中从“00”状态出发；，若输入的二进制数据序列为1011，则编码器的状态转移过程为00→01→10→01→11，而相应的编码输出序列为。在网格图中任意两条从同一状态出发；，经不同的状态转移过程后又归于另一相同状态（该状态也可与初始状态相同）的路径间的距离的最小值称为码的自由距离。如该图中的为5。对于卷积码来说，的计算可简化为始于且终于零状态的非全零路径与全零路径间距离的最小值。是表征网格码纠错能力的重要参数。维特比算法是广泛采用的网格码的译码方法。由于网格码的状态越多，译码越复杂，所以状态个数是度量网格码译码复杂性的重要参数。一般说来可以通过增大译码复杂性来增加，从而提高码的纠错能力。
BCH码、网格码已被广泛地应用于移动通信、卫星通信和频带数据传输中。RS码也被广泛应用于光盘的存储中。
大多数纠错码是设计来纠随机误码的，可以通过交织的方法使它适用于对突发误码的纠错。交织是一种使得集中出现的突发误码在解码时进行分散化的措施，从而使其不超出纠错码的纠错能力范围。
纠错编码分类
1．自动请求重发（）[1]
采用这种方法时，当接收端检测到所接收的信息有错以后，通过反向信道向发送端要求重发原信息，直到接收端认可为止，从而达到纠正误码的目的。这种方法的优点是纠错编解码设备简单，但需要具备反向信道，且实时性较差。
2．前向纠错（）
前向差错控制编码的基本做法是在发送端被传输的信息序列上附加一些监督码元，这些多余的监督码元与信息码元之间以某种确定的规则相互关联(约束)。接收端按照既定的关联规则检验信息码元与监督码元之间的关系，一旦传输过程中发生差错，则信息码元与监督码元之间的关系将受到破坏，从而可以发现错误，乃至纠正错误。具体说就是接收端对接收到的码字施加一定的算法，从而发现误码并予以纠正。这种方式的优点是不需要反向信道，纠错编解码的实时性较好。缺点是纠错编解码较复杂，且纠错能力有限。
3．混合纠错（）
该方式是前两种方式的结合。接收端对所接收的码流中少量的误码可通过前向纠错方式进行自动纠正；而对超过前向纠正能力的误码，但能检测出来，则接收端通过反向信道请求发端重发，以此对错码加以纠正。
以上三种差错控制方式可以用图1来概括。无论采用那种纠错方法，都要在原信息中插入冗余码才能实现纠错或检错。由于前向纠错方法简单，不需要反向信道，且能实时实现。因此在实时图像通信系统中，多采用前向纠错的方法来进行对图像信号和系统控制信号的差错控制。
4．纠错编码
实测表明，对图像信息进行了BCH(511，493)的纠错处理，通过增加4%的冗余度信息可以将信道误码率由10－6改善到10－9，从而确保了图像信息的可靠传输。
纠错码的实现框图如图2所示，图像数据首先被分成一个个的493比特的数据组，组与组之间空18比特，有待于插入校验位。图像数据组进入BCH纠错编码单元，按照上述的BCH(511，493)的算法，算出18位校验位。延时单元主要的目的就是补偿BCH编码所花费的时间，使得经编码输出的校验位和相应的数据刚好对齐，然后将两者复合起来形成一路经BCH纠错编码的图像信号送至多路复用单元和音频、数据信号进行多路复用。
图1差错控制方式
图2纠错编码框图
在接收端，解码器对图像进行BCH译码。在译码电路中，译码器根据18位校验信号对相应的493位图像信号进行验算，如果图像数据中有一位随机误码，则通过这样的校验可以将它们自动纠正。如果有2位，则可以将它检测出来。
5．比特交织
在实际应用中，还可以将比特交织和前向纠错相结合，以期进一步提高纠错能力，如图3所示。FEC和编码交织在分组前完成，在接收端通过反交织可以使突发错误分散开来，这样，具有纠随机错误能力的纠错码能纠突发错误，这在无线或分组视频通信中特别有效。
图3FEC和比特交织
何守才，上海市通信管理局．电信技术实用大典．北京：人民邮电出版社，2002
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前向纠错也叫前向(Forward Error Correction，简称FEC)，是增加可信度的方法。在单向通讯信道中，一旦错误被发现，其接收器将无权再请求传输。FEC 是利用数据进行传输冗余信息的方法，当传输中出现错误，将允许接收器再建数据。
前向纠错应用场景
大家都知道，数字节目和模拟节目比，效果更清晰，色彩更纯净，通透性更高，画面没有杂质干扰。这都要得益于数字信号出色的抗干扰能力。在数字信号中，为了防止外界信号干扰，保护信号不变异，要进行多重的设置。数字信号在解码过程中，对错误信号十分敏感，每秒钟只要存在很小的误码，就无法正常解码。而数字卫星信号之所以能顺利播放，又是得益于数字信号中的纠错码的设置。在各种纠错码的设置中，被称做FEC的前向纠错是一个非常重要的防干扰算法。 FEC降低了数字信号的误码率，提高了信号传输的可靠性。因此，在卫视接收的参数中，FEC是个非常重要的数据。
图一：FEC在光通信中的位置
前向纠错数据流分类
数字信号实际传送的是数据流包括以下三种：
前向纠错ES流：也叫基本码流，包含视频、音频或数据的连续码流。
前向纠错PES流：也叫打包的基本码流，是将基本码流ES流根据需要分成长度不等的，并加上包头形成了打包的基本码流PES流。
前向纠错TS流：也叫传输流，由固定长度为188字节的包组成，含有独立时基的一个或多个节目，适用于误码较多的环境。
前向纠错数据流简介
以一个产品的流向来比喻上述三种数据流的区别：
若ES流为产品的原材料，那么PES流就是工厂刚刚生产出来的一件产品，而TS流就是经过包装好送到商店柜台或用户手里的商品。如果ES流的重量被成为净重，那么TS流的重量就被称为毛重。这个比喻和FEC有什么关系呢？
从PES流到TS流，这个过程中已经加进去FEC，可以采用不同的速率的FEC，在DVB-S标准中，规定5种速率—1/2、2/3、3/4、5/6、7/8。以7/8为例，其实际意义是，在一个TS流中，只有7/8的内容是装有节目内容的PES流，而另外的1/8内容，则是用来保护不发生变异的纠错码。仍借用上述比喻，如果整个节目的符是毛重的话，则7/8的节目内容好比是净重，而1/8的纠错码就是包装箱的重量。
FEC纠错率越低（即速率越小），则纠错码占据的比例越高。那么同样功率时，对解码的门限要求越低，要求天线口径越小，接收越容易。相反，FEC越高，则纠错码越低，解码门限值越高，天线口径要求越大，接收越困难。那么，既然FEC率越低，门限越低，天线口径越小，越容易接收，为什么凤凰卫视和韩国阿里郎还要用7/8那么高的FEC码率呢?如果改用1/2的FEC，接收天线不是可以变的更小吗?这就涉及到F
EC的另一个重要作用：如果纠错码过高，那么相应的节目内容占用的码率则更低，一方面降低节目画质，另一方面，如果不降低画质，则只能减少传送节目的数量了。
假如韩国阿里郎节目的符是4420，FEC是7/8，而亚洲2号各省节目的符码率也同样是4420，但是FEC则只有3/4，实际上这两个同样符码率的节目，画质并不相同，阿里郎的画质就要比省台的高一些，原因是阿里郎的码流中，只拿出了1/8的码流用来保护不受干扰变化，而亚洲2号的各省台则要拿出比阿里郎多一倍的1/4的码流来保护数据流。但是，如果阿里郎和亚洲2号各省台的节目信号强度相同，亚洲2号的省台接收起来更容易。
前向纠错常用的前向纠错码
前向纠错电视传输专用的前向纠错码
电视节目广播前向纠错采用2/3格形码、卷积交织码RS码构成的级联码。RS(209，187)分组码是截短的RS(255，233)分组码，可以纠正11B的传输误码。为了减少突发脉冲干扰所造成的连续误码的影响，DMB-T传输系统在和外码之间插入了卷积交织编码（B=19，M=22），总时延相当于36个RS(209，187)分组码。
前向纠错多媒体传输的前向纠错码
多媒体综合数据业务服务的前向纠错采用的是多层分组(Multi-levelBlockProductCode)。它是由分组乘积码BPC()构成的一种系统码，是二维分组乘积码BPC()的删余截短，其解码器可以采用高性能Turbo算法。
前向纠错影响FEC性能三个主要因素
FEC的使用可以有效提高系统的性能，根据香农定理可以得到噪声信道无误码传输的极限性能（香农限），如图2所示。从图2可以看出，FEC方案的性能主要由编码开销、判决方式、码字方案这三个主要因素决定。
（1）编码开销：校验位长度（n-k）与信息位长度k的比值，称为编码开销。开销越大，FEC方案的理论极限性能越高，但增加并不是线性的，开销越大，开销增加带来的性能提高越小。开销的选择，需要根据具体系统设计的需求来确定。
图二：硬判决FEC和软判决FEC的香农限
（2）判决方式：FEC的译码方式分为硬判决译码和软判决译码两种。硬判决FEC译码器输入为0，1电平，由于其复杂度低，理论成熟，已经广泛应用于多种场景。软判决FEC译码器输入为多级量化电平。在相同码率下，软判决较硬判决有更高的增益，但译码复杂度会成倍增加。微电子技术发展到今天，100G吞吐量的软判决译码已经可以实现。随着传送技术的发展，100G时代快速到来，软判决FEC的研究与应用正日趋成熟，并将在基于相干接收的高速光通信中得到广泛应用。
（3）码字方案：当确定开销和判决方式后，设计优异码字方案，使性能更接近香农极限，是FEC的主要研究课题。目前，软判决LDPC码，由于其良好的纠错性能，且非常适合高并行度实现，逐步成为高速光通信领域主流FEC的方案。
前向纠错第三代FEC是高性能传输的关键
FEC在光纤通信中的应用研究起步较晚，从1988年Grover最早将FEC用于光纤通信开始，光纤通信中的FEC应用可分为三代。
第一代FEC：采用经典的硬判决码字，例如汉明码、BCH码、RS码等。最典型的代表码字为RS（255，239），开销6.69%，当输入BER为1.4E-4时输出BER为1E-13，净编码增益为5.8dB。RS（255，239）已被推荐为大范围长距离通信系统的ITU-T G.709 标准，可以很好匹配STM16帧格式，获得了广泛应用。1996年RS（255，239）被成功用于跨太平洋、大西洋长达7000km的远洋通信系统中，数据速率达到5Gbit/s。
第二代FEC：在经典硬判决码字的基础上，采用级联的方式，并引入了交织、迭代、卷积的技术方法，大大提高了FEC方案的增益性能，可以支撑10G甚至40G系统的传输需求，许多方案性能均达到8dB以上。ITU-T G .975.1中推荐的FEC方案可以作为第二代FEC的代表。
现有10G系统多采用第二代硬判决FEC，采用更大开销的硬判决FEC可以支撑现有系统的平滑升级。例如，10G海缆传输系统目前采用ITU-T G .975.1推荐的开销为6.69%的硬判决FEC方案，若采用20%开销的高性能硬判决FEC，较现有方案可提高1.5dB左右的编码增益，极大改善系统的性能。
第三代FEC：相干接收技术在光通信中的应用使软判决FEC的应用成为可能。采用更大开销（20%或以上）的软判决FEC方案，如Turbo 码、LDPC 码和TPC码，可以获得大于10dB的编码增益，有效支撑40G、100G至400G的长距离传输需求。
图三：光通信FEC的演进
中国通信学会是全国通信...
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（信息与通信工程专业论文）前向纠错码在OFDMRoF系统中的应用研究论文,通信,研究,纠错编码,OFDM的,系统纠错,OFDM,系统中,应用研究,中的应用
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（信息与通信工程专业论文）前向纠错码在OFDMRoF系统中的应用研究
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