第四章_差错控制编码.ppt

一、差错产生的原因 我们将通过通信信道后接收的数据与发送的数据不一致的现象称为传差输错，通常简称为差错。 出差错的产生是不可避免的，我们的任务是分析差错产生的原因与差错类型，研究检查是否出现差错以及如何纠正差错，即所谓的差错控制方法。 当数据从信源出发，通过通信信道时，由于通信信道总是有一定的噪声存在，在到达信宿时，接收信号是数据信号与噪声的叠加。在接收端，接收电路在取样时判断信号电平。如果噪声对信号叠加的结果在电平判决时出现错误，就会引起传输数据的错误。 通信信道的噪声分为两类： 热噪声——由传输介质导体的电子热运动产生的（特点：时刻存在，幅度较小，强度与频率无关，但频谱很宽——随机噪声） 冲击噪声——是由外界电磁干扰引起的（特点：幅度较大，是引起传输差错的主要原因——突发噪声） 二、检错码与纠错码 在计算机通信中，人们提出一种方法，那就是在通信信道传输比特流过程中产生差错时，能够自动检测出错误，并进行纠正。人们把这种方法叫做差错检测与校正，简称为差错控制。 差错控制的主要目的是减少通信信道的传输错误，目前还不可能做到检测和校正所有的差错。 差错控制编码 在数字通信中，根据不同的目的，编码可分为信源编码和信道编码。信源编码是为了提高数字信号的有效性以及为了使模拟信号数字化而采取的编码。信道编码是为了降低误码率， 提高数字通信的可靠性而采取的编码。 数字信号在传输过程中，加性噪声、码间串扰等都会产生误码。为了提高系统的抗干扰性能，可以加大发射功率，降低接收设备本身的噪声，以及合理选择调制、解调方法等。 差错控制编码的基本做法是：在发送端被传输的信息序列上附加上一些监督码元，这些多余的码元与信息码元之间，以某种确定的规则相关联（相约束）接收端按照既定的规则，检验信息码元与监督码元之间的关系。一但传输过程出现差错，则信息码元与监督码元之间的关系将受到破坏，从而可以发现错误，甚至纠正错误。 差错控制方式 1. 检错重发方式 检错重发又称自动请求重传方式，记作ARQ(Automatic Repeat Request)。发信端将信息码编成能够检错的码组发送到信道，收信端收到一个码组后进行检验，将检验结果（有误码或者无误码）通过反向信道反馈给发信端作为对发信端的一个应答信号。发信端根据收到的应答信号做出是继续发送新的数据还是把出错的数据重发的判断。优点是译码设备简单，对突发错误和信道干扰较严重时有效， 缺点需要反馈信道，实时性差，主要在计算机数据通信中得到应用。 检错重发系统根据工作方式又可分为三种，即停发等候重发系统、返回重发系统和选择重发系统 发等候重发中，发信端在t=0时刻将码组1发给收信端，然后停止发送，等待收信端的应答信号。收信端收到该码组并检验后，将应答信号ACK发回发信端，发信端确认码组1无错，就将码组2发送出来；收信端对码组2进行检验后，收信端判断该码组有错并以NAK信号告知发信端，发信端将码组2重新发送一次，收信端第二次收到码组2经检验后无错，即可通过ACK信号告诉发信端无错，发信端接着发送码组3……从上述过程中可见，发信端由于要等收信端的应答信号，发送过程是间歇式的，因此数据传输效率不高。但由于该系统原理简单，在计算机通信中仍然得到应用。 返回重发系统的工作原理如图（b）所示，在这种系统中发信端不停顿地发送信息码组，不再等候ACK信号，如果收信端发现错误并发回NAK信号，则发信端从下一个码组开始重发前一段N个码组，N的大小取决于信号传输和处理所造成的延时，也就是发信端从发错误码组开始，到收到NAK信号为止所发出的码组个数，图中N=5。收信端收到码组2有错。发信端在码组6后重发码组2、3、4、5、6，收信端重新接收，图中码组4连续两次出错，发信端重发两次。这种返回重发系统的传输效率比停发等候系统有很大改进，在很多数据传输系统中得到应用。 （c）描述选择重发系统的工作过程：这种重发系统也是连续不断地发送码组，收信端检测到错误后发回NAK信号，但是发信端不是重发前N个码组，而是只重发有错误的那一组。图中显示发信端只重发收信端检出有错的码组2，对其它码组不再重发。收信端对已认可的码组，从缓冲存储器读出时重新排序，恢复出正常的码组序列。显然，选择重发系统传输效率最高，但价格也最贵，因为它要求较为复杂的控制，在收、发两端都要求有数据缓存器。 3. 混合纠错方式 混合纠错方式记作HEC(Hybrid ErrorCorrection)是FEC和ARQ方式的结合。发端发送具有自动纠错同时又具有检错能力的码。收端收到码后，检查差错情况，如果错误在