用fpga实现数据远距离的高精度传输

《用fpga实现数据远距离的高精度传输》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、用FPGA实现数据远距离的高精度传输

2、第1摘要：详细阐述一种利用交错编码的思想，来改远距离通信质量的新设计。设计由FPGA芯片实现，能很方便加载到各种单片机有线或无线通信系统的收发接口中。通过对发、收信息的编、解码处理，增强信息在传输过程的抗干扰能力，以达到远距离高精度传输目的。关键词：FPGA远距传输高精度交错编码解码1意义简单的多机间数据通信在我们的设计中很普遍，一般情况下数据传输距离很短，不会超过百十m，因此仅采用双绞线加RS232或RS485标准就可以有效传输。但有时多机之间的距离也会很远，如我们所设计的一个气象项目，就要求子站遍布在基站1km范围内。因此

3、在考虑成本、不增加很多设备的前提下，有效防止噪声干扰，保证子站与基站的数据高精确传输就很重要。2设计方案为适应多种信道，要求我们的设计能同时纠随机错和突发错，并且能有多位的纠错冗余。因此，我们基于常用的卷积码和循环码特性，自定义一种简单的线性分组码作为纠错编码，以便我们刻意去提高纠错的位数。同时我们采用交错发送技术来提高纠突发错能力，并利用FPGA去实现该方案。（1）方案的应用范围我们所设计的方案用于远距离的多机通信。根据实际经验，本方案默认微处理器收发的数据为8位并行数据+1位同步时钟，因此提供8位数据线和1位同步线。对于串口，则可增加串行转换的移位寄存器来转化

4、。图3解码器仿真图（2）方案的实现方案的实现如图1所示。①在子站、基站的收发端口与微处理器之间分别加入相应的编解码设备，使得子站与基站间传输的数据先经过编解码再传输，以达到增强容错的能力。②用帧结构实现码字的交错。③远距离传输，收发端最好选用同步方式，但这不是本设计的内容，不予以讨论。图4编码器仿真器（3）基于精度，对数据的每一位单独编码实际应用中，对数据精确的定义并非数据的完全重合，而是要求某一个精度。完全重合只对用做标志的数据有意义，对单纯计算用的数据并没有必要。基于精度要求，显然一个数据信息的高位对精度影响远比低位大（如：FFH，当最高位出错变为7FH时，精

5、度变化最大，而最低位出错变为FEH时，精度变化最小）。因此，我们并没有对8位数据信息进行整体编码，而是逐位分开进行编码：高数据位，采用更长的编码，以保证更高的正确率；低数据位，则可采用较短的编码，兼顾效率和设备容量。具体编码如表1所列。表18位数据最低位（3，1）码0对应010，1对应101，汉明距3，纠1错8位数据第二位（3，1）码0对应010，1对应101，汉明距3，纠1错8位数据第三位（5，1）码0对应01010，1对应10101，汉明距5，纠2错8位数据第四位（5，1）码0对应01010，1对应10101，汉明距5，纠2错8位数据第五位（7，1）码0对应0

6、101010，1对应1010101，汉明距7，纠3错8位数据第六位（7，1）码0对应0101010，1对应1010101，汉明距7，纠3错8位数据第七位（9，1）码0对应010101010，1对应101010101，汉明距9，纠4错8位数据最高位（9，1）码0对应010101010，1对应101010101，汉明距9，纠4错表2　第1位第2位第3位第4位第5位第6位第7位最高位00100100101001010010101001010100101010100101010101101101101011010110101011010101101010101101010

7、101对8个位远逐位编码，8个生成矩阵为1维矢量。因此用FPGA实现编码时，采用查表法更方便，如表2所列。之所以选用010等作为码字，是因为01相间在组合为帧发送时，可以减少连0或连1的出现概率。（4）帧结构实现交错发送技术为纠突发错，码字要按交错格式发送。因此，用帧实现码字的交错，数据发端按帧发送，数据收端按帧解码。8个码字共48位（6字节），加帧头2字节，所以，帧为8字节。为说明帧结构，暂以字母表示码字各位：码字0：a2a1a0;码字3：d4d3d2ed1d0；码字1：b2b1b0;码字4：e6e5e4e3e2e1e0；码字2：c4c3c2c1c0；码字5：f

8、6f5f4f3f2f1f0;码字6:g8g7g6g5g4g3g2g1g0;码字7：h8h7h6h5h4h3h2h1h0；帧结构如表3所列。图5纠突发错仿真图利用帧头1和帧头2的重合特点来检测帧头，因为码字交错发送时相邻两字节对应位基本01相间的。由表3可得，第3字节到第8字节，相邻字节至少有6位不相同。因此可借用汉明距的纠错思想，认为帧头1和2不重合的位在2位以内，则表示正确收到帧头。表3帧头111010100帧头211010100第3字节a0c0e0f6f0g0g6h0第4字节a1c1e2d0f1g1g7h1第5字节a2c2e2d1f2g2g8h2第6字节b0c

9、3e3d2