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數(shù)據(jù)傳輸通信中，常常因傳輸差錯造成誤碼錯碼，尤其在無線通信中，空中的突發(fā)或隨機(jī)干擾噪聲會造成編碼差錯。為了提高傳輸?shù)恼_率，往往采用一些校驗(yàn)方法，以檢驗(yàn)糾正傳輸差錯。通信中校驗(yàn)的方法很多，其中的BCH編碼有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：不僅可以檢糾突發(fā)差錯，還能檢糾隨機(jī)差錯，被廣泛地采用在微機(jī)級的通信中。但對更低層的單片機(jī)級的數(shù)據(jù)傳輸通信糾錯，往往采用奇偶校驗(yàn)等簡單的校驗(yàn)方法。BCH校驗(yàn)因其算法復(fù)雜，尤其是動態(tài)實(shí)時的無線通信中，單片機(jī)的通信往往無法采用BCH解碼檢糾。 筆者近幾年在工業(yè)測控和無線通信系統(tǒng)開發(fā)，摸索了BCH解碼檢糾在實(shí)時的、動態(tài)的、單片機(jī)級的通信中的算法，并取得十分突出的效果。以下以BCH(31：21)碼為例進(jìn)行探討。 1 BCH碼結(jié)構(gòu) BCH碼是一種檢糾能力較強(qiáng)的循環(huán)碼。它由信息多項(xiàng)式M（X）和校驗(yàn)多項(xiàng)式J（X）組成，如以T（X）表示整個BCH（31：21）碼字的31位碼組多項(xiàng)式，則： T（X）=M(X)+J(X) (1) 在31位BCH碼的后面再加上1位，以保證整個碼字32位中“1”的個數(shù)為偶數(shù)。該位稱偶校驗(yàn)位。這樣就形成BCH（31：21）加1位偶校驗(yàn)位的標(biāo)準(zhǔn)碼字，其結(jié)構(gòu)為： 其中校驗(yàn)多項(xiàng)式J（X）由公式（2）計算： X0X1……X20 X21……X30 X31 T（X） J（X） 偶校驗(yàn)位 J（X）=M(X)/S(X) (2) 式中S（X）是BCH（31：21）碼的生成多項(xiàng)式，見式（3）： 生成多項(xiàng)式S（X）的值在BCH（31:21）碼的值是固定的。 BCH碼是一種循環(huán)碼，循環(huán)碼是利用除法來糾錯的。由于任一碼組多項(xiàng)式T（X）都能被生成多項(xiàng)式S（X）整除，所以在接收端可以將接收碼組R（X）用S（X）去除。若在傳輸中未發(fā)生錯誤，接收碼與發(fā)送碼相同，即R（X）=T(X)，故接收碼組R（X）必定能被生成多項(xiàng)式S（X）整除；若碼組在傳輸中發(fā)生錯誤，即R（X）≠T（X），R（X）被S（X）除時，可能除不盡而有余項(xiàng)Y（X），因此，可根據(jù)余項(xiàng)是否為零來判斷碼中有無錯誤（檢錯），如有余項(xiàng)，通過一定的運(yùn)算就可以確定錯誤位置，從而加以糾正（糾錯）。 這里R（X）被S（X）除，是32位被11除，這在非實(shí)時靜態(tài)的微機(jī)級實(shí)現(xiàn)非常簡單；但在實(shí)時的、動態(tài)的、單片機(jī)級的通信中實(shí)現(xiàn)要快速巧妙的算法才能實(shí)現(xiàn)，否則，現(xiàn)有的碼未檢錯及糾錯完畢，下一個碼已經(jīng)到了。因?yàn)閯討B(tài)中位和位的時距t往往只有幾十μs，以9.6b/s的短信為例，t=104μs。在這104μs中要完成檢錯、定位和糾錯三個算法程序，才是一個完整的解碼檢糾過程。 2 檢錯 根據(jù)上述原理，檢錯過程也就是求算R（X）被S（X）除的余項(xiàng)Y（X）的過程，如余項(xiàng)Y（X）=0，則R（X）=T(X)，傳輸無差錯；如余項(xiàng)Y（X）≠0，則R（X）≠T（X），檢出傳輸差錯。 在算法語言中，所有的運(yùn)算總歸于二種運(yùn)算：加和減。這是電子計算機(jī)的二進(jìn)制基本電路特性所決定的，也是匯編語言唯一的算術(shù)運(yùn)算方法。為此，這里把除法用模二加法再加右移位實(shí)現(xiàn)。 已知：S（X）=11101101001 R(X)=r3r4r5r6 （ri為8位寄存器） 調(diào)用下面的模二加法右移子程序，得到R（X）/S(X)的余項(xiàng)Y（X）=r3r4。 ；32位/16位模二加法右移子程序 m2add:mov r7,#00 m2ddgx:mov a,r3 xrl a,#0edh ;S(x)的高位=oed(h) mov r3a mov a,r4 cpl acc.5 ;S(x)的低3位=001（b） mov r4,a mov a,r3 acc7e10:jb acc.7m2addgx ;R（x）的最高位為“0”，則R（x）右移 mov a,r6 rlc a mov r6,a mov a,r5 rlc a mov r5,a mov a,r4 rlc a mov r4,a mov a,r3 rlc a mov r3,a mov r7 cjne r7,#10h,acc7e10 ;右移總次數(shù)為16次 ret 余項(xiàng)Y（X）的高8位在r3寄存器中，低3位在r4的高3位。 3 定位 如果Y（X）=r3r4≠0，表示接收到的碼組R（X）有差錯，下一步則由Y（X）的值推算差錯在R（X）中的位置。 理論上要找出R（X）中差錯的位置，必須計算出差錯校驗(yàn)子C（X）。在實(shí)踐中，校驗(yàn)子C（X）的計算不僅費(fèi)時間，而且多位檢糾還需多個校驗(yàn)子C（X）。為此，經(jīng)過幾年的實(shí)踐，把Y（X）（即r3r4）直接作為綜合校驗(yàn)子，通過快速查表找到差錯位置。查找程序的大小和檢糾差錯位數(shù)有關(guān)，這里以檢糾4位差錯為例，說明定位糾錯的方法。 ；4位差錯位址查找子程序 bitposi:mov b,0 ;對R（X）高位至低位的移動計數(shù) mov r2,#1fh ；設(shè)表格長度 bto a: mov a,b inc b acall tabsub ;調(diào)用表格子程序，讀入表格值 clr c subb a,r3 ;Y（X）中的r3 和表格值比較 jnz binc1 :不相等，轉(zhuǎn)出 mov a,b ；相等，繼續(xù) acall tabsub clr subb a,r4 ;Y(X)中的r4和表格值比較 jnz r2decl:不相等，轉(zhuǎn)出 setb f0 ;相等，置標(biāo)志位返回 ret bincl:inc b r2decl:djnz r2,btoa ret ;表格查畢，沒有相等的值，不置標(biāo)志位返回 從查找子程序返回的B寄存器的值，即為差錯在R（X）中從高位到低位的位數(shù)值。 ；4位差錯表格子程序 tabsub:inc a movc a,@a+pc;將相對位置的表格送入a寄存器 ret db 0ebh ;表格開始，長度為查找子程序中 db 00 ；r2寄存器的預(yù)置值 db 76h . . . 4 糾錯 找到了差錯在R（X）位置，就可以糾錯了。 糾錯的原理比較簡單，因?yàn)閱纹瑱C(jī)處理的是二進(jìn)制數(shù)，而二進(jìn)制數(shù)只有二個狀態(tài)，即不是“0”就是“1”。也就是說，R（X）中差錯位是“0”，則改為“1”；差錯位是“1”，則改為“0”。所以糾錯要對所在位求反就行了。 至此，整個檢錯、定位、糾錯的BCH碼校驗(yàn)檢糾過程結(jié)束。BCH碼校驗(yàn)算法，經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn)，不失為單片機(jī)級的數(shù)據(jù)傳輸校驗(yàn)好算法。這種方法可以對多位隨機(jī)差錯和多位突發(fā)差錯進(jìn)行檢驗(yàn)和糾錯，具體位數(shù)的多少僅受單片機(jī)工作頻率的限制，而不受方法的限制。 |
