西安邮电大学通信与信息工程学院通信原理课件第十一章 差错控制编码.pptVIP

第11章 差错控制编码 11.1 概述 信道分类：从差错控制角度看 随机信道：错码的出现是随机的 突发信道：错码是成串集中出现的 混合信道：既存在随机错码又存在突发错码 差错控制技术的种类 检错重发 发送端在发送码元序列中加入差错控制码元，接收端 利用这些码元检测到有错码时，利用反向信道通知发 送端，要求发送端重发，直到正确接收为止。 采用检错重发技术，通信系统要有双向信道传送重发指令。 前向纠错（简称FEC） 接收端利用发送端在发送码元序列中加入的差错控制 码元，不但能够发现错码，还能将错码恢复其正确值。 FEC和检错重发相比，需要加入更多的差错控制码元。 故设备要比检错重发复杂。 反馈校验 这种方式不需要在发送序列中加入差错控制码元。接 收端将接收到的码元原封不动地转发回发送端。在发 送端将它和原发送码元逐一比较。若发现有不同，就 认为接收端收到的序列中有错码，发送端立即重发。 反馈校验的原理和设备都较简单，但需要有双向信道， 传输效率也较低，因为每个码元都需要占用两次传输 时间。 检错删除 它和检错重发的区别在于，在接收端发现错码后，立即将错码删除，不要求重发。这种方法只适用在 少数特定系统中，在那里发送码元中有大量多余度， 删除部分接收码元不影响应用。 以上四种技术可以结合使用。例如，检错和纠错 技术结合使用。当接收端出现少量错码并有能力纠正时，采用前向纠错技术；当接收端出现较多错码没有 能力纠正时，采用检错重发技术。 差错控制编码：常称为纠错编码。 监督码元：上述4种技术中除第3种外，都是在接收端识别有无错码。所以在发送端需要在信息码元序 列中增加一些差错控制码元，它们称为监督码元。 不同的编码方法，有不同的检错或纠错能力。 多余度：就是指增加的监督码元多少。例如，若编码序列中平均每两个信息码元就添加一个监督码元，则这种编码的多余度为1/3。 编码效率(简称码率) ：设编码序列中信息码元数量为k，总码元数量为n，则比值k/n 就是码率。 冗余度：监督码元数(n-k) 和信息码元数 k 之比。 理论上，差错控制以降低信息传输速率为代价换取 提高传输可靠性。 自动要求重发(ARQ)系统 3种ARQ系统 停止等待ARQ系统 数据按分组发送。每发送一组数据后发送端等待接 收端的确认(ACK)答复，然后再发送下一组数据。 图中的第3组接收数据有误，接收端发回一个否认 (NAK)答复。这时，发送端将重发第3组数据。 系统是工作在半双工状态，时间没有得到充分利用，传输效率较低。 拉后ARQ系统 发送端连续发送数据组，接收端对于每个接收到的 数据组都发回确认(ACK)或否认(NAK)答复。 例如，图中第5组接收数据有误，则在发送端收到 第5组接收的否认答复后，从第5组开始重发数据组。 在这种系统中需要对发送的数据组和答复进行编号， 以便识别。显然，这种系统需要双工信道 。 选择重发ARQ系统 发送端连续发送数据组，接收端对于每个接收到的 数据组都发回确认(ACK)或否认(NAK)答复。 它只重发出错的数据组，因此进一步提高了传输效率。 ARQ的主要优点：和前向纠错方法相比 监督码元较少即能使误码率降到很低，即码率较高； 检错的计算复杂度较低； 检错用的编码方法和加性干扰的统计特性基本无关，能适应不同特性的信道。 ARQ的主要缺点： 需要双向信道来重发，不能用于单向信道，也不能用于一点到多点的通信系统。 因为重发而使ARQ系统的传输效率降低。 在信道干扰严重时，可能发生因不断反复重发而造成事实上的通信中断。 在要求实时通信的场合，例如电话通信，往往不允许使用ARQ法。 ARQ系统的原理方框图 在发送端，输入的信息码元在编码器中被分组编码（加入监督码元）后，除了立即发送外，还暂存于缓冲存储器中。若接收端解码器检出错码，则由解码器控制产生一个重发指令。此指令经过反向信道送到发送端。由发送端重发控制器控制缓冲存储器重发一次。 接收端仅当解码器认为接收信息码元正确时，才将信息码元送给收信者，否则在输出缓冲存储器中删除接收码元。 当解码器未发现错码时，经过反向信道发出不需重发指令。发送端收到此指令后，即继续发送后一码组，发送端的缓冲存储器中的内容也随之更新。 11.2 纠错编码的基本原理 分组码基本原理：举例说明如下。 设有一种由3位二进制数字构成的码组，它共有8种不同的可能组合。若将其全部用来表示天气，则可以表示8种不同天