FEC相关知识「建议收藏」

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。如果您正在找激活码,请点击查看最新教程,关注关注公众号 “全栈程序员社区” 获取激活教程,可能之前旧版本教程已经失效.最新Idea2022.1教程亲测有效,一键激活。

Jetbrains全系列IDE使用 1年只要46元 售后保障 童叟无欺

1概念和原理

前向纠错

前向纠错也叫前向纠错码(Forward Error Correction，简称FEC)，是增加数据通讯可信度的方法。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。

常用的前向纠错码

(1)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码率格形码、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。

(2)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乘积码(Multi-levelBlockProductCode)。它是由分组乘积码BPC(3762，2992)构成的一种系统码，是二维分组乘积码BPC(4096，3249)的删余截短，其解码器可以采用高性能Turbo算法。

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）。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。

（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

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。

2开源库选取

目前找到了两种方案：

1、使用openfec    http://openfec.org/accueil.html

    但是该开源库代码量比较大，用起来也有点费事；编译通过cmake进行编译成一动态库（or静态库），window下cygwin内置cmake，可以顺利的编译（查看其readme），但是移植到android等其它ARM平台时比较麻烦；

2、使用更加小巧的feclib http://feclib.sourceforge.net/

    该算法也是开源的，但是代码量比较小，只需在工程中添加其相关的几个代码文件即可；

不过该算法不能纠正数据包内部的错误，直接通过冗余包找到丢失的数据包；如果需要纠正数据包内部的错误，其官网推荐了另外一个算法RSCODE http://rscode.sourceforge.net/

目前我们选择用的是第二个开源库FECLIB

3FECLIB接口介绍

FEC编码相关接口

fecEncoder *NewFecEncoder (void *userData,

  size_t (*userSend)(void *buf,size_t size, size_t count, void *userData),

  char **errorMessage,

  int s, int n, int k, int w, intg, int b)

函数说明：

函数功能：创建一个FEC编码容器

返回值：返回一个创建的FEC编码容器指针，后续的FEC编码需要用到此指针

参数说明：

userData 表示用户自定义的数据

userSend 数据在FEC编码后用于发送的回调函数

errorMessage 函数失败后的失败信息

s 表示每个数据包的大小

n 表示要发送的一组数据包的个数

k 表示每组数据包中要发送冗余包的个数

w 表示带型矩阵带宽的宽度

g 表示伽罗瓦域的大小

b 表示FEC编码器每秒应该限制输出的比特数

void FecEncode (fecPayload *buf, fecEncoder *f)

函数说明：

函数功能：把数据进行FEC编码

返回值：无

参数说明：

buf 表示需要FEC编码的数据

f 表示FEC编码容器的指针

FEC解码相关接口

fecDecoder *NewFecDecoder (void *userData, void (*userReceive)(

  void *userData, __int64_tposition, fecPayload *buf, int len))

函数说明：

函数功能：创建一个FEC容器

返回值：返回一个创建的FEC容器指针，后续的FEC编码需要用到此指针

参数说明：

userData表示用户自定义的数据

userReceive数据在FEC解码后处理的回调函数

size_t FecDecode (void *buf, size_t size, size_t count, fecDecoder *f)

函数说明：

函数功能：把数据进行FEC编码

返回值：无

参数说明：

buf 表示需要进行FEC解码的数据

size 表示每次进行FEC解码的长度

count 表示FEC解码的次数   size*count必须为buf的大小

f 表示FEC编码容器的指针