《差错控制编码》PPT课件.ppt

第四章 差错控制编码,4 4.1 差错控制编码的基本概念. 1.1 信道编码 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。此外，还可以采用信道编码技术。,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。,4.1.2 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,停发等候重发中，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。,2、前向纠错（FEC：Forward Error Correction） 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。 主要用于语音，广播，TV等通信,3. 混合纠错方式 混合纠错方式记作HEC(Hybrid ErrorCorrection)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，如果错误在码的纠错能力范围以内，则自动纠错，如果超过了码的纠错能力， 但能检测出来，则经过反馈信道请求发端重发。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，可达到较低的误码率较适合于环路延迟大的高速数据传输系统。,反馈检验（IRQ） 接收端将收到的信息原封不动的送回发送端并与原发送信码比较。如果发现错误，则发送端再进行重发。 特点：需要双向信道、设备简单 引入较大的停顿（不实时）。 可以纠正任何错误。,另外，按照噪声或干扰的变化规律，可把信道分为三类：随机信道、突发信道和混合信道。 恒参高斯白噪声信道是典型的随机信道，其中差错的出现是随机的，而且错误之间是统计独立的。 具有脉冲干扰的信道是典型的突发信道， 错误是成串成群出现的，即在短时间内出现大量错误。 短波信道和对流层散射信道是混合信道的典型例子，随机错误和成串错误都占有相当比例。对于不同类型的信道，应采用不同的差错控制方式。,4.1.3 差错控制编码分类,根据编码方式和不同的衡量标准，差错控制编码有多种形式和类别。下面我们简单地介绍几种主要分类。 (1)根据码的用途，可分为检错码和纠错码。检错码以检错为目的，不一定能纠错；而纠错码以纠错为目的，一定能检错。 (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元无关。但在卷积码中，码组中的监督码元不但与本组信息码元有关，而且与前面码组的信息码元也有约束关系，就像链条那样一环扣环；所以卷积码又称连环码或链码。,(4)系统码与非系统码。在线性分组码中所有码组的k位信息码元在编码前后保持原来形式的码叫系统码，反之就是非系统码。系统码与非系统码在性能上大致相同，而且系统