数据通信技术与应用PPT课件

1、第八章 差错控制技术OUTLINE 8.1 概述8.2 差错控制方法8.3 常用检错码8.4 线性分组码8.5 循环码8.6 卷积码第1页/共65页8.1 概述 由于信道特性的不理想和信道中存在噪声，数据信号在传输过程中不可避免地会发生差错。 引起误码的原因 乘性噪声 加性噪声 随机噪声（随机差错：错码互相独立） 脉冲噪声（突发差错：成串集中的差错）第2页/共65页提高数据通信可靠性的途径应用不同，误码率要求不同，方法不同 改善传输信道电气特性 抗干扰 能力强的传输介质 差错控制技术 编码技术 差错控制方法第3页/共65页差错控制的基本概念核心：差错控制编码，即在信息码元序列中加入监督码元 差

2、错控制编码：在发送端通过对信源输出的二进制信息序列作某种变换，使原来彼此独立、互不相干的信息码元序列产生一定的相关性，变成具有一定规律的数据序列，从而在接收端能根据这种规律性来检查，进而检错或纠正传输信号中的差错。 奇偶校验第4页/共65页差错控制编码类型 检错码 在一定程度上发现传输错误但不能自动纠正 反馈重传 纠错码 自动纠正传输差错第5页/共65页差错控制的基本原理p原理 许用码字 禁用码字第6页/共65页差错控制编码的特性和能力 差错控制编码的特性 码元码字码组 码长：码字的码元个数 汉明重量 码间距离 最小码距第7页/共65页差错控制编码的特性和能力（cont.） 最小码距 码组的最

3、小码距不同，抗干扰能力也不同 码组的最小码距越大，抗干扰能力越强第8页/共65页差错控制编码的特性和能力（cont.） 最小码距与编码的检错纠错能力的关系定理1定理2定理3第9页/共65页差错控制编码的特性和能力（cont.）第10页/共65页差错控制编码的特性和能力（cont.）编码效率 监督码元：为了减少传输差错，在用户信息序列中插入一定数量的新码元第11页/共65页第八章 差错控制技术OUTLINE 8.1 概述 8.2 差错控制方法8.3 常用检错码8.4 线性分组码8.5 循环码8.6 卷积码第12页/共65页8.2 差错控制方法 定义：利用差错控制编码来控制传输系统的传输差错的方法

4、 检错码、纠错码 基本思想:在所传送的相互独立无关的数字信号中，人为地按一定规律假如一定的多余码元，使所传输的码字的前后码元产生一定的相关性，从而具有一定的监督关系。接收端就可以利用这种监督关系来检测、纠正错误。第13页/共65页差错控制方法分类 自动请求重发（Automatic Repeat Request,ARQ） 前向纠错（Forward Error Correction, FEC） 混合纠错（Hybrid Error Correction,HEC） 信息反馈（Information Repeat Request,IRQ）第14页/共65页数据请求重发方式(ARQ) 停等式ARQ 连续式

5、ARQ 回退N帧ARQ 选择性重发ARQ第15页/共65页停等式ARQ 数据链路层、确认信息、超时定时器第16页/共65页连续式ARQ 停等式ARQ缺点：发送端每发送一个信息帧都要停下来等待接收端的确认信息，信道的利用率很低 连续式ARQ：不等待前帧确认便发下一帧 问题：接收端如何对待出错帧之后所接收到的正确帧？ 回退N帧ARQ 选择性重发ARQ第17页/共65页回退N帧ARQ 工作过程 可能出现的问题（1）数据帧和确认帧都不发生差错和丢失（2）数据帧出现差错（3）数据帧正确，确认帧出现差错第18页/共65页回退N帧ARQ（cont.） 工作过程n当线路传播质量很差，误码率较大时，回退N帧AR

6、Q方案不一定优于等停式ARQ。n在长传播延时链路上回退N帧ARQ的传输效率也较低。第19页/共65页选择性重发ARQ 发送端收到包含出错帧序号的NAK后，据此序号从重发表中选出相应的帧的备份，插入到发送帧队列前面予以重发 缺点：接收端需要更大的缓冲区存放继出错帧之后到达的正确的数据帧 实际应用的选择n 发送端和接收端处理机的处理速度n 缓冲器大小第20页/共65页选择性重发ARQ（cont.） 第21页/共65页ARQ的特点第22页/共65页差错控制方法分类 自动请求重发（Automatic Repeat Request,ARQ） 前向纠错（Forward Error Correction,

7、FEC） 混合纠错（Hybrid Error Correction,HEC） 信息反馈（Information Repeat Request,IRQ）第23页/共65页前向纠错方式（FEC） 工作过程利用纠错编码，接收端译码器能发现错误并能准确地判断差错的位置，从而自动纠正错误 特点第24页/共65页混合纠错方式（HEC） FEC和ARC方式的结合 能纠则纠，不能纠则重发 特点第25页/共65页信息反馈方式（IRQ）在发送端检测错误 工作过程 特点第26页/共65页第八章 差错控制技术OUTLINE 8.1 概述 8.2 差错控制方法 8.3 常用检错码8.4 线性分组码8.5 循环码8.6

8、卷积码第27页/共65页8.3 常用检错码 奇偶校验码 恒比码 矩阵校验码 正反码第28页/共65页(1)奇偶校验码 偶校验 奇校验 优点：简单、冗余度低、效率高 缺点：奇偶校验不能检查出偶数个错第29页/共65页(2)恒比码 码字中1和0的个数是恒定的 “保护电码”“5中取3的恒比码”第30页/共65页恒比码（cont.）p“5中取中取3”的恒比码的编码效率？的恒比码的编码效率？p国际无线电报码国际无线电报码“7取取3”恒比码的编码效率？恒比码的编码效率？第31页/共65页恒比码（cont.） 优点 简单，适合传输电传机或其他键盘设备产生的字母或符号 缺点n 不适用随机二进制数字序列的编码n

9、 不能发现的错误：1错成0的数目=0错成1的数目第32页/共65页(3)矩阵校验码第33页/共65页矩阵校验码(cont.)第34页/共65页矩阵校验码(cont.)第35页/共65页矩阵校验码(cont.) 编码特点第36页/共65页（4）正反码编码方法 每个正反码字由10个码元组成，信息位5位，监督位5位 当信息码中1的个数为奇数时，监督码元与信息码元相同 当信息码中1的个数为偶数时，监督码元是信息码元的反码第37页/共65页正反码(cont.)校验方法 先将接收码字中信息位和监督位按对应位模2相加，得到一个5位的合成码 用合成吗生成校验码 当接收码字中1的个数为奇数时，合成码字就作为校验

10、码字 当接收码字中1的个数为偶数时，校验码字就是合成码的反码 观察校验码字中1的个数，进行判决和纠正错误第38页/共65页正反码(cont.)校验方法 先将接收码字中信息位和监督位按对应位模2相加，得到一个5位的合成码 用合成吗生成校验码 当接收码字中1的个数为奇数时，合成码字就作为校验码字举例 发送码字10101 10101 ，接收码字10101 10101 发送码字10101 10101 ，接收码字11101 10101 发送码字10101 10101 ，接收码字10101 00101 发送码字10101 10101 ，接收码字00001 10101第39页/共65页第八章 差错控制技术O

11、UTLINE 8.1 概述 8.2 差错控制方法 8.3 常用检错码 8.4 线性分组码8.5 循环码8.6 卷积码第40页/共65页8.4 线性分组码Linear Block Codes，数码，系统码、群码、块码 （n, k）码 监督码元与信息码元的关系为线性关系 特点n 封闭性：任意2个码字之和（模2和）仍为一个码字n 码的最小距离等于非零码的最小重量第41页/共65页线性分组码的编码 （7，4）码，第42页/共65页线性分组码的编码第43页/共65页线性分组码的监督矩阵和生成矩阵监督矩阵监督矩阵第44页/共65页线性分组码的生成矩阵生成矩阵生成矩阵第45页/共65页线性分组码的检错和纠错

12、监督关系式、校正子n 奇偶校验n 若码长为n，信息位数为k，则监督位数为r=n-k 如果希望用r个监督位构造出r个监督关系式来指示一位错码的n种可能位置，则要求第46页/共65页线性分组码的检错和纠错(cont.)第47页/共65页线性分组码的检错和纠错(cont.)第48页/共65页线性分组码的检错和纠错(cont.)要点：要点：第49页/共65页线性分组码的检错和纠错(cont.)第50页/共65页第八章 差错控制技术OUTLINE 8.1 概述 8.2 差错控制方法 8.3 常用检错码 8.4 线性分组码 8.5 循环码8.6 卷积码第51页/共65页8.5 循环码循环冗余校验码（CRC） 定义 线性分组码中各码字中的码元循环左移位（或右移位）所形成的码字仍然是码组中的一个码字（除全零码外）第52页/共65页循环码（cont.） 码多项式 100111，101010 二进制码多项式的加减运算实际上是逻辑上的异或运算第53页/共65页循环码（cont.）(n,k)循环码的生成多项式g(x)的性质第54页/共65页循环码（cont.）循环码的性质第55页/共65页循环码（cont.）循环码的性质第56页/共65页循环码（cont.）循环码的编码和译码第57页/共65页循环码（cont.）循环码的编码和译码第58页/共65页循环码