X'inhu FEC, u Kif Nużaha?

X'inhu FEC, u Kif Nużaha?

Fis-sistemi tal-komunikazzjoni, it-teorija tal-informazzjoni, u t-teorija tal-kodifikazzjoni, il-korrezzjoni tal-iżbalji bil-quddiem (FEC) hija teknika użata għall-kontroll tal-iżbalji fit-trażmissjoni tad-dejta fuq kanali ta 'komunikazzjoni mhux affidabbli jew storbjużi. FEC għandha l-bidu tagħha għax-xogħol pijunier ta’ Claude Shannon fl-1948 dwar komunikazzjoni affidabbli fuq kanali ta’ trażmissjoni storbjużi. It-tema ċentrali ta 'Shannon kienet li jekk ir-rata tas-sinjalar tas-sistema hija inqas mill-kapaċità tal-kanal, tista' tinkiseb komunikazzjoni affidabbli jekk wieħed jagħżel tekniki xierqa ta 'kodifikazzjoni u dekodifikazzjoni.

Il-Figura 1 turi mudell simplifikat ta' sistema kodifikata. Id-dejta tat-trażmissjoni mhux ipproċessata hija rappreżentata bħala sekwenza ta' messaġġiu. L-encoder FEC jittrasforma l-messaġġuf'codewordv billi żżid data żejda, qabel ma tidħol fil-kanal mhux affidabbli jew storbjuż. Ir-redundancy miżjuda tippermetti lid-decoder tar-riċevitur biex jikxef numru limitat ta 'żbalji li jistgħu jseħħu fil-messaġġ, u ħafna drabi biex jikkoreġi dawn l-iżbalji mingħajr trażmissjoni mill-ġdid, bil-għan li s-sekwenza tal-messaġġ oriġinaliujiġi rkuprat b'suċċess fil-ħruġ tad-decoder.

Tipi ta' kodiċi FEC

Żewġ tipi ta' kodiċi strutturalment differenti huma użati b'mod komuni llum: kodiċijiet blokk u kodiċi konvoluzzjonali. L-encoder għal kodiċi ta 'blokk jaqsam is-sekwenza ta' informazzjoniufi blokki ta’ messaġġikinformazzjoni bits (simboli) kull wieħed u tittrasforma kull messaġġuindipendentement f'kodiċi,n-bit (simboli)v. Il-proporzjonR = k/ntissejjaħ ir-rata tal-kodiċi. Il-bits żejda (simboli),n-k, ipprovdi l-kodiċi bil-kapaċità li tiġġieled il-ħoss tal-kanal.

Parametru importanti ta' kodiċi ta' blokk huwa d-distanza minima,d_min, din hija d-distanza bejn żewġ kodiċijiet eqreb, li tirrappreżenta n-numru minimu ta 'bidliet fid-dejta meħtieġa biex tinbidel kelma ta' kodiċi valida waħda f'oħra. Dan il-parametru jiddetermina l-kapaċitajiet ta' skoperta u korrezzjoni ta' żball ta' kodiċi. Normalment kodiċi FEC huwa kapaċi jiskoprid_min-1 żbalji għal kull kelma tal-kodiċi u kkoreġi sa (d_min-1)/2 żbalji għal kull kodiċi. Per eżempju, Reed Solomon code, RS (544, 514,t=15, m=10), huwa kodiċi ta' blokk b'514-il simbolu ta' informazzjoni u 30 simbolu żejda. Kull simbolu għandu 10 bits. Id-distanza minima tagħha hijad_min=31 b'tali mod li tista' tikkoreġi sa (d_min-1)/2=15 żbalji tas-simbolu għal kull kodiċi.

L-encoder għal kodiċi konvoluzzjonali jaċċetta wkoll k-bit blokki tas-sekwenza ta 'informazzjoniuu jipproduċi sekwenza kodifikatavtan-blokki ta' simboli. Madankollu, kull blokk kodifikat jiddependi mhux biss fuq il-korrispondentik-bit messaġġ blokk fl-istess ħin unità iżda wkoll fuqmblokki ta' messaġġi preċedenti. Minbarra l-bits żejda,n-k, tiżdied aktar redundancy billi tiżdied l-ordni tal-memorjamtal-kodiċi biex tinkiseb trażmissjoni affidabbli fuq kanal storbjuż.

Ibbażat fuq it-teorija ta' Shannon [1], iktar ma tkun itwal il-codeword, iktar tkun qawwija l-kapaċità li tikkoreġi l-iżbalji li tipprovdi. Madankollu, il-kumplessità tal-kodifikazzjoni tiżdied mat-tul tal-kelma tal-kodiċi wkoll. Biex jinkiseb kompromess aħjar bejn il-kumplessità u l-prestazzjoni tal-kodifikazzjoni, hemm ftit tekniki għall-kostruzzjoni ta 'kodiċijiet twal b'saħħithom minn kodiċijiet ta' komponenti qosra, bħal kodiċi tal-prodott, kodiċi konkatenati u kodiċi interleaved.

Il-Figura 2 turi kodiċi bidimensjonali tal-prodott iffurmat minn żewġ kodiċi C₁(n1, k1) u C₂(n2, k2) b'distanza minimad_min1ud_min2, rispettivament. Kull ringiela tal-kodiċi tal-prodott C₁ x C₂hija kodiċi f'Ċ₁u kull kolonna hija kodiċi f'Ċ₂. Il-kodiċi tal-prodott huwa kapaċi jikkoreġi kwalunkwe kombinazzjoni ta' (d_min1d_min2-1)/2 żbalji.

Il-Figura 3 turi kodiċi konkatenat ta 'livell wieħed b'kodiċi ta' barra C₁(n1, k1) b'distanza minimad_min1u kodiċi ta' ġewwa C₂(n2, k2) b'distanza minimad_min2. Id-distanza minima tal-konkatenazzjoni tagħhom hija mill-inqasd_min1d_min2.

Figura 4 turi trasmissjoni ta 'kodiċi interleaved. Minħabba kodiċi ta' blokk (n,k) C, huwa possibbli li jinbena kodiċi ta' blokk (λn, λk) billi jinterleaving, jiġifieri sempliċiment billi tirranġa λ codewords f'Ċ f'ringieli λ ta' firxa rettangolari u mbagħad tittrasmetti l-kolonna tal-array billi kolonna. Anke jekk id-distanza minima tal-kodiċi interleaved għadhad_minbħala kodiċi individwali C, tista 'tkisser l-iżbalji tat-tifqigħ fit-tul fi λ codewords differenti.

Kodiċi FEC aktar avvanzati, bħal kodiċijiet turbo u kodiċijiet ta 'kontroll tal-parità ta' densità baxxa (LDPC), ġew ivvintati minn akkademiċi u adottati mill-industrija f'dawn l-aħħar għexieren ta 'snin biex jersqu lejn il-limitu ta' Shannon (jew il-kapaċità tal-kanal). Madankollu, il-gwadann tal-prestazzjoni eċċellenti tagħhom normalment jitħallsu minn kumplessità u latency kbar ta 'kodifikazzjoni/dekodifikazzjoni.

Hemm erba 'fatturi kritiċi li għandek tikkonsidra meta tagħżel kodiċi FEC u skema ta' kodifikazzjoni xierqa għal sistema ta 'komunikazzjoni partikolari. Biex iżżomm throughput għoli jew tevita li tiżdied b'mod sinifikanti r-rata tal-link ilrata tal-kodiċijeħtieġ li jkun għoli. Biex tikkumpensa t-telf tal-kanal jew tirrilassa r-rekwiżiti tal-proporzjon tas-sinjal għall-istorbju (SNR) jew tar-rata tal-iżball tal-bit (BER) fil-qtugħ tad-deċiżjonijiet fir-riċevitur kbirgwadann tal-kodifikazzjonihuwa mixtieq. Madankollu l-iżvantaġġi tal-FEC huma l-latenza tal-kodifikazzjoniukumplessità tal-kodifikazzjonili se żżid il-ħin tat-trasmissjoni u l-qawwa/ispiża tas-sistema.

Applikazzjonijiet FEC għal Sistemi ta' Links Serjali

Il-pajsaġġ tat-teknoloġija FEC għal sistemi ta 'komunikazzjoni tal-linja tal-wajer jidher fil-Figura 5 u jinkludi kemm rabtiet elettriċi kif ukoll ottiċi. Għal links elettriċi, l-industrija reċentement inkorporat aġġornamenti tal-format tas-sinjalar minn format ta 'sinjalazzjoni b'żewġ livelli (NRZ) għal format ta' sinjalazzjoni b'erba 'livelli (PAM4) matul it-tranżizzjoni minn rati tad-dejta tal-link ta' 25 Gb/s għal 50 Gb/s.

Waħda mill-isfidi ewlenin tad-disinn ta 'PAM4 SerDes hija l-penali ta' skoperta ta 'PAM4 fuq NRZ, madwar 9.54 dB jew saħansitra akbar jekk titqies id-degradazzjoni tal-marġni orizzontali minħabba qsim tas-sinjali f'diversi livelli. Għalhekk, FEC isir parti importanti mis-soluzzjoni tas-sistema PAM4 biex tpaċi din il-penali ta 'skoperta. RS (544, 514, 15) FEC, magħrufa wkoll bħala KP4 FEC, ġiet adottata b'mod wiesa' fil-links PAM-4. Jipprovdi sistemi Ethernet 200/400G b'żieda ta 'kodifikazzjoni sa 7dB, filwaqt li żżid penali ta' latency ta 'mijiet ta' nano-sekonda (ns) bħala spiża. Kodiċi FEC ta 'qligħ għoli bħal kodiċijiet ta' kontroll ta 'parità ta' densità baxxa (LDPC) u kodiċijiet ta 'prodotti Turbo (TPC) huma normalment ikkunsidrati għal sistemi ta' trasmissjoni ottika fuq distanza twila bl-ispiża ta 'latenza u kumplessità ta' kodifikazzjoni akbar. Għal applikazzjonijiet b'latenza baxxa, jistgħu jintużaw kodiċi ta' blokk sempliċi qosra bi gwadann moderat ta' kodifikazzjoni u kumplessità.