6ES7214-2AD23-0XB8产品特点
1 概述 在现代通信系统中，纠错码被用来提高信道传输的可靠性和功率利用率，因为它可以检测并纠正信号传输过程中引入的错误，抗干扰能力强，纠错码的设计是保证数据可靠传输的一个重要组成部分。 早在20世纪中期，香农(Shannon)就提出并证明了的抗干扰信道编码定理：设某信道有r个输入符号，s个输出符号，信道容量为C。当信道的信息传输率R<C时，只要码长N足够长，总可以在输入集合(含有rN个长度为N的码符号序列)中，找到M(M≤2C-ε，ε为任意小的正数)个码字，分别代表M个等可能性的消息，组成一个信道编码，选择相应的译码规则，使信道输出端的译码过程的小平均错误译码概率Pe，min达到任意小。 抗干扰信道编码定理只是一个存在性定理。它表明平均错误译码概率Pe趋向于0、信道信息传输率无限接近于信道容量的抗干扰信道编码是存在的。香农并没有给出相应的实现方法，但在这一定理的指引下，纠错码已发展成信息论的一个专门分支学科。几十年来，随着通信技术的发展和实际应用的不断增加，人们一直在努力寻找能够更加逼近香农限的高性能的编译码方法。从早期的分组码、代数码、卷积码，到的Turbo码、LDPC码，系统性能与香农限之间的差距越来越小。表1是几种重要编码的指标比较。 LDPC码是Gallager早于1962年提出的，亦称Gallager码。之后，在Turbo码研究的巨大成功的带动下，Mackay等人重新研究了LDPC码，并发现它具有非常好的特点。基于良好的译码性能，LDPC码成为当前纠错编码的一个研究热点，目前，LDPC码已成为第4代移动通信编码技术中的。 2 LDPC码结构 LDPC码是一种可以用非常稀疏的校验矩阵来定义的线性分组纠错码，它是一种基于正则的稀疏二分图的编码，也称为正则低密度码。LDPC的编码主要是寻找一种合适的方法产生稀疏校验矩阵H，它与其他分组码的校验矩阵的区别在于它的矩阵中含有大量的0，仅含有少量的1。这也就是LDPC码性能优异的原因所在。该矩阵可以采用大长度线性同余序列产生。 在LDPC码的研究过程中，Tanner提出二分图(BipartiteGraph)模型对LDPC码进行分析。用二分图(见图1)表示LDPC码的优点是便于译码和进行性能分析。二分图和校验矩阵是直接对应的，由比特节点、校验节点和连接它们的边构成。每个校验节点fi对应于H矩阵的一行，每个比特节点xi对应于H矩阵的一列。当码字中某一比特包含在某一校验方程中，即校验矩阵中相应的位为1时，图1中的校验节点和比特节点之间存在连线。二分图也叫Tanner图。对于每个节点，与之相连的边数称为这个节点的次数(degree)。根据二分图中消息节点和校验节点次数分布的不同，LDPC码可以分为正则码和非正则码。正则码就是每个消息节点的次数都相同，每个校验节点的次数也相同；非正则码就是消息节点的次数不都相同，校验节点的次数不都相同。 一般情况下校验矩阵H是随机构造的，是非系统化的。在编码时像一般线性分组码一样，可以对矩阵H用高斯删除法，把它化为图2所示的下三角形形式。将码字X划分为系统部分S和校验部分C，即X=(S，C)。将n-m维信息符号作为S，再用回代法确定m个校验信号，即计算： 当H很大时，高斯删除法的计算量过大，时间太长。通常采用下面所述的准下三角形校验矩阵编码方法。 该编码过程主要分为预处理和实际编码两步。在预处理阶段，进行矩阵的行列置换，目前比较常用的转换方法是贪婪算法，变换后得到的矩阵是准下三角形的形式，如图3所示。还需要校验φ=～ET-1B+D是非奇异的。 将校验矩阵H表示成如下形式，令式中： T为一个方阵，它是一个对角元素为1的下三角矩阵。用矩阵日左乘  定义φ=-ET-1B+D，并假设φ是非奇异矩阵。则从式(2)可以得到： 只要矩阵-φ-1(-ET-1A+C)已知，只要进行简单的矩阵相乘运算就能得到p1，再求p1T。由式(1)可以得到p2T=-T-1(AST十Bp1T)。在给出向量S和奇偶校验矩阵H时就可以很容易得到X=(S，p1，p2)。 文献[4]出用有限几何中的点线来构造LDPC码，并使其编码时间与长度n成线性的关系。平时使用的有限几何有两种：欧氏几何和射影几何。这些编码方法都大大降低了编码复杂度。 4 LDPC码在通信技术中的应用 LDPC码由于更接近香农限的误码率性能，完全并行的迭代译码算法使其比Turho码在部分场合的应用前景更为广阔。在许多需要高可靠性的通信系统中，LDPC码成了Turbo码的有力竞争者。 4.1 LDPC码在UWB系统中的应用 UWB(超宽带)信号的特点是低信噪比、抗多径能力强、高数据速率和信号的频谱宽、功率低，其信道编码应该具有较强的纠错能力和较低的编译码复杂度。LDPC码具有以上两个方面的特性。在构造应用于UWB系统的LDPC码时，需要满足下面3个条件：采用中短长度的码；尽量避免二分图中短长度圈的个数；尽量优化检验矩阵H的结构。 每个用户的信息比特通过LDPC码编码器后，都采用BPSK(二进制相移键控)直接序列扩频调制。假设n(￡)是均值为0的AWGN(高斯白噪声)，接收机是自适应的，并且采用MMSE(小均方误差)方法。后将自适应接收机输出的软信息和方差一起送到LD-PC码译码器。 4.2 LDPC码在CDMA系统中的应用 将LDPC码应用于CDMA(码分多址)系统将大大提高通信系统容量。由图5可见，使用LDPC码的CDMA系统的容量是使用正交卷积码的CDMA系统容量的2倍，是未使用纠错码的CDMA系统容量的5倍。 4.3 LDPC码在其他通信技术中的应用 文献[7]建议把LDPC码用在DSL(数字用户线)中，模拟结果显示，LDPC：码获得编码增益与Turbo码相当，其运算量大大低于Turbo码，且没有Turbo码中出现的差错平底现象。模拟结果还显示，在0.5ms～10ms延时条件限制下，其获得的编码增益远高于G.922.1建议中使用的trellis-coded调制所获得的编码增益。 在文献[8]中，Flarion所开发的集成了V-LDPC的flash-OFDM(正交频分复用技术)移动无线芯片组已用于基于IP的移动宽带网，以便增大传输距离和在无线信道中的坚韧性，硬件实现比较简单。flash-OFDM用于移动设备上，其大数据速率可达3Mbit／s。 LDPC码在有记忆衰落信道、压缩图像传输和磁记录信道等方面也有重要应用。 5 结束语 LDPC码具有良好的译码性能，与Turbo码相比更易于硬件实现，并能得到更高的译码速度。下一步的研究将集中在如何设计出码长更长的LDPC译码器，提高传输速率，降低误码率，以使LDPC码在未来通信技术中得到更加广泛的应用。 |
SET：置位指令。
RST：复位指令。
以上两指令是一对指令，主要用于输出继电器、状态器、辅助继电器的保持及复位工作。
PLS：上升沿微分输出指令。
PLF：下降沿触发指令。
指令说明：
1．SET置位，功能是动作保持。
2．对同一软元件，SET和RST可多次使用，顺序也可随意，但RST有优先权。
3．RST复位，功能是清除动作保持，既寄存器的清零。
4．使用PLS指令时，仅在驱动输入ON后1个扫描周期内，软元件Y，M动作。
5．使用PLF指令时，仅在驱动输入OFF后的1个扫描周期内，软元件Y，M动作。
举例：
（1）SET和RST指令的应用
梯形图：如图1
程序清单
LD X000
SET Y000
LD X001
RST Y000
END
2）PLS和PLF指令的应用
梯形图：如图4-20
程序清单
LD X000
PLS M0
LD X001
PLS M1
LD M0
SET Y000
LD M1
RST Y000
END
AND：用于单个常开触点的串联指令。
ANI：用于单个常闭触点的串联指令。
OR：用于单个常开触点的并联指令。
ORI：用于单个常闭触点的并联指令。
ANB：用于支路的串联指令。
ORB：用于支路的并联指令。
指令说明：
1．用AND、ANI指令可进行一个触点的串联连接。串联触点的数量不受限制，该指令可多次使用。
2．OUT指令后，通过触点对其他线圈使用OUT指令，称之为纵接输出。
3．串联触点数和纵接输出次数不受限制，但使用图形编程设备和打印机时则有限制。
4．建议尽量做到1行不超过10个触点和1个线圈，总共不要超过24行。
5．OR、ORI用作1个触点的并联连接指令。
6．OR、ORI是从该指令的步开始，与前面的LD、LDI指信令步，进行并联连接。并联连接的次数不受限制，但使用图形编程设备和打印机时受限制。
7．当分支电路（并联电路块）与前面的电路串联连接时，使用ANB指令，与前面的电路串联。
若多个并联电路块顺序和前面的电路串联连接时，则ANB指令的使用次数没有限制。也可成批地使用ANB指令，但在这种场合，与ORB指令一样，LD、LDI指令的使用次数是有限制（8次以下）的。
2个以上的触点串联连接的电路称为串联电路块。
将串联电路并联连接时，分支开始用LD、LDI指令，分支结束用ORB指令。
8．有多个并联电路时，若对每个电路块使用ORB指令，则并联电路没有限制。
9．ORB指令也可以成批地使用，由于LD、LDI指令的重复使用次数限制在8次以下。
举例：
（1）AND指令应用
梯形图：如图1
程序清单
LD X000
AND X001
OUT Y000
END
（3）OR指令应用
梯形图 ：如图3
程序清单
LD X000
OR X001
OUT Y000
END
如图1所示是二分频电路的梯形图和时序图。
待分频的脉冲信号加在X000端，设M101和Y000的初始状态为“0”。当个脉冲信号的上升沿到来时，M101产生一个单脉冲（如图所示），Y000被置“1”，当M101置“0”时，Y000仍保持置“1”；当第二个脉冲信号的上升沿到来时，M101又产生一个单脉冲（如图所示），M101常闭触点断开，使Y000由“1”变“0”，当M101置“0”时，Y000仍保持置“0”直到第三个脉冲到来。当第三个脉冲到来时，重复上述过程。X000每送两个脉冲，Y000产生一个脉冲，完成对输入信号的二分频。
程序清单：
LD X000
PLS M101
LD M101
ANI Y000
LDI M101
AND Y000
OUT Y000
END