现代通信原理第章差错控制.ppt

第8章 差错控制;8.1 差错控制编码的基本概念 ; 香农在1948年和1957年发表的“通信的数学理论”、“适用于有扰信道的编码理论某些成果”两篇论文中提出了关于有扰信道中信息传输的重要理论——香农第二定理。该定理指出：对于一个给定的有扰信道，若该信道容量为C，则只要信道中的信息传输速率R小于C，就一定存在一种编码方式，使编码后的误码率随着码长n的增加按指数下降到任意小的值。; 1. 差错类型 常见的错误类型有以下三3种。 (1)随机错误由随机噪声引起的码元错误，其特点是码元中任意一位或几位发生从0变1或从1变0的错误是相互独立的，彼此之间没有联系，一般不会引起成片的码元错误。 (2)突发错误由突发噪声引起的码元错误，比如，闪电、电器开关的瞬态、磁带缺陷等都属于突发噪声。该错误的特点是各错误码元之间存在相关性，因此是成片出现。 (3)混合错误：混合错误为既有随机错误又有突发错误。 ;8.2 差错控制方式 ;图8―1 三种差错控制方式示意图 ; 前向纠错(FEC)系统中，发信端将信息码经信道编码后变成能够纠正错误的码，然后通过信道发送出去；收信端收到这些码组后，根据与发信端约定好的编码规则，通过译码能自动发现并纠正因传输带来的数据错误。前向纠错方式只要求单向信道，因此特别适合于只能提供单向信道的场合，同时也适合一点发送多点接收的广播方式。因为不需要对发信端反馈信息，所以接收信号的延时小、实时性好。这种纠错系统的缺点是设备复杂、成本高，且纠错能力愈强，编译码设备就愈复杂。;图8-2 前向纠错原理框图; 检错重发(ARQ)系统的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。其原理如图8-3所示。;图8-3 检错重发差错控制系统的原理框图; 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，如图8―4所示。 ;图8―4 检错重发的三种工作方式 ; 在图8―4（a）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。; 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。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。; 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。; 混合纠错方式是前向纠错方式和检错重发方式的结合。其内层采用FEC方式，纠正部分差错；外层采用ARQ方式，重传那些虽已检出但未纠正的差错。混合纠错方式在实时性和译码复杂性方面是前向纠错和检错重发方式的折衷，较适合于环路延迟大的高速数据传输系统。 ;图8-5 混合差错控制方式原理框图;8.2 检错和纠错的基本概念 ; (2)按照信息码元和附加的监督码元之间的检验关系可以分为线性码和非线性码。若信息码元与监督码元之间的关系为线性关系，即监督码元是信息码元的线性组合，则称为线性码。反之，若两者不存在线性关系，则称为非线性码。 ; (3)按照信息码元和监督码元之间的约束方式可分为分组码和卷积码。在分组码中，编码前先把信息序列分为k位一组，然后用一定规则附加m位监督码元，形成n=k+m位的码组。监督码元仅与本码组的信息码元有关，而与其它码组的信息码