差錯控制技術

計算機網(wǎng)絡技術基礎1第二章物理層

差錯控制技術重點：差錯控制技術2數(shù)據(jù)通信差錯控制技術傳輸中的差錯分為兩大類：由熱噪聲引起的隨機差錯和由脈沖型噪聲引起的突發(fā)差錯。差錯控制的核心是抗干擾編碼。

基本思想：通過對信息序列作某種變換，使原來彼此獨立、沒有相關性的信息碼元序列，經(jīng)過這種變換后，產(chǎn)生某種規(guī)律性（相關性），從而在接收端有可能根據(jù)這種規(guī)律性來檢查，進而糾正傳輸序列中的差錯。3數(shù)據(jù)通信差錯控制技術差錯類型及差錯控制的基本工作方式1、差錯類型

從差錯控制角度看，按加性干擾引起的錯碼分布規(guī)律的不同，信道可以分為三類，即隨機信道，突發(fā)信道和混合信道。在隨機信道中，錯碼的出現(xiàn)是隨機的，而且錯碼之間是統(tǒng)計獨立、互不相關的。在突發(fā)信道中，錯碼是成串集中出現(xiàn)的。產(chǎn)生突發(fā)錯碼的主要原因：脈沖干擾；無線信道中的衰落現(xiàn)象。突發(fā)錯誤的影響一般用“突發(fā)長度”來表示。既存在隨機錯碼又存在突發(fā)錯碼，且哪一種都不能忽略不計的情況稱為混合差錯，這種信道稱為混合信道。4數(shù)據(jù)通信差錯控制技術差錯類型及差錯控制的基本工作方式

2、差錯控制的基本工作方式發(fā)端檢錯重發(fā)（ARQ）收端檢錯碼判決信號發(fā)端混合糾錯（HEC）收端檢錯和糾錯碼判決信號發(fā)端前向糾錯（FEC）收端糾錯碼發(fā)端信息反饋（IF）收端信息信號信息信號5數(shù)據(jù)通信差錯控制技術（1）前向糾錯前向糾錯又稱自動糾錯。這種方式是發(fā)送端的編碼器將輸入的信息序列變換成能夠糾正錯誤的碼，接收端的譯碼器根據(jù)編碼規(guī)律校驗出錯碼及其位置并自動糾正。該方式的主要優(yōu)點是實時性好，不需要反向信道。主要缺點是插入的監(jiān)督碼較多，傳輸效率低，譯碼設備復雜。發(fā)端前向糾錯（FEC）收端糾錯碼6數(shù)據(jù)通信差錯控制技術（2）檢錯重發(fā)檢錯重發(fā)又稱自動反饋重發(fā)（ARQ）。其方法是發(fā)送端采用某種能夠檢查出錯誤的碼，在接收端根據(jù)編碼規(guī)律校驗有無錯碼，并把校驗結果通過反向信道反饋到發(fā)送端，如有錯碼就反饋重發(fā)信號，于是發(fā)送端重發(fā)，如無錯碼就反饋繼續(xù)發(fā)送信號。如重發(fā)后仍有錯碼，則再次重發(fā)，直至檢不出錯碼為止。發(fā)端檢錯重發(fā)（ARQ）收端檢錯碼判決信號7數(shù)據(jù)通信差錯控制技術（3）反饋校驗

反饋校驗法是發(fā)送端不進行糾錯編碼，直接發(fā)送信息碼，接收端收到信息碼以后，不管有無差錯一律通過反向信道反饋到發(fā)送端，在發(fā)送端與原信息碼比較，如有差錯則將有差錯的部分重發(fā)。這種方式的優(yōu)點是，不需要插入監(jiān)督碼，設備簡單。主要缺點是實時性差，需要反向信道。發(fā)端信息反饋（IF）收端信息信號信息信號8數(shù)據(jù)通信差錯控制技術（4）混合糾錯發(fā)送端發(fā)送糾錯碼，接收端經(jīng)校驗如果錯碼較少且在糾錯能力之內(nèi)，則譯碼器自動糾錯，如果錯碼較多，已超過糾錯能力，但未超過檢錯能力，即能判決有無錯碼而不能判決錯碼的位置，此時譯碼器自動發(fā)出信號，通過反向信道控制發(fā)送端重發(fā)。混合糾錯具有前向糾錯和自動反饋重發(fā)的特點，需要反向信道和復雜的設備，但它能更好地發(fā)揮檢錯和糾錯能力，在極差的信道中能獲得較低的誤碼率。發(fā)端混合糾錯（HEC）收端檢錯和糾錯碼判決信號9數(shù)據(jù)通信差錯控制技術奇偶監(jiān)督碼

奇偶校驗碼是一種通過增加一位冗余位使得碼字中“1”的個數(shù)恒為奇數(shù)或偶數(shù)的編碼方法，它是一種檢錯碼。在實際使用時又可分為垂直奇偶校驗、水平奇偶校驗和水平垂直奇偶校驗等幾種。1、垂直奇偶校驗碼能檢測出每列中的所有奇數(shù)位錯，但檢測不出偶數(shù)位的錯。差錯的漏檢率接近于1/2嗎？

10數(shù)據(jù)通信差錯控制技術奇偶監(jiān)督碼2、水平奇偶校驗碼不但可以檢測出各段同一位上的奇數(shù)位錯，而且還能檢測出突發(fā)長度≤p的所有突發(fā)錯誤。它的漏檢率要比垂直奇偶校驗方法低。3、水平垂直奇偶校驗水平垂直奇偶校驗能檢測出所有3位或3位以下的錯誤、奇數(shù)位錯、突發(fā)長度≤p+1的突發(fā)錯以及很大一部分偶數(shù)位錯。還可用來糾正部分差錯。11數(shù)據(jù)通信差錯控制技術循環(huán)碼

理論上可以證明循環(huán)冗余校驗碼的檢錯能力有以下特點：

可檢測出所有奇數(shù)位錯?？蓹z測出所有雙比特的錯?？蓹z測出所有小于、等于校驗位長度的突發(fā)錯。12數(shù)據(jù)通信差錯控制技術

1、循環(huán)碼組的構成循環(huán)碼也是一種典型的分組碼，碼組的構成如圖2.26所示，由K個信息碼元和n-K個檢驗碼元構成。1

2

3

K+1n

K-1，K

n

n-KK

校驗碼元

信息碼元

13數(shù)據(jù)通信差錯控制技術2、檢驗碼的產(chǎn)生①將輸入原始數(shù)據(jù)P（x）與xn-k相乘積，得到P’（x）；②用P’（x）除以預定的生成多項式G（x）；③將②的運算結果所得余數(shù)R（x）作為校驗碼元（CRC）；④在P’（x）的后面附加上校驗碼元（CRC）送往數(shù)據(jù)電路傳輸；

14數(shù)據(jù)通信差錯控制技術3、 差錯校驗在收信端對接收到的數(shù)據(jù)信息用G（x）（與發(fā)送端相同）去除，若能除盡（余數(shù)R（x）為零），則判斷為無錯，若除盡（余數(shù)R（x）不為零），則判斷為有錯，然后向發(fā)送端送出應答信號。4、 除法用特殊的邏輯電路進行計算。在計算機或微處理機中可用程序實現(xiàn)，但一般多用硬件邏輯實現(xiàn)，這樣不僅可以減小程序量，而且速度也快。

15數(shù)據(jù)通信差錯控制技術5、重發(fā)

除法結果若判斷有錯，則向發(fā)信端發(fā)出否定應答，要求重發(fā)該組信息；除法結果若判斷無錯，則向發(fā)信端發(fā)出肯定應答，通知發(fā)信端發(fā)送下一個新的數(shù)據(jù)信息碼組。U（x）

余數(shù)R（x）

輸入數(shù)據(jù)

P（x）

移位寄存

P’（x）

附加CRC

CRC校驗

判斷

輸出數(shù)據(jù)

CRC形成

P（x）

R（x）

V（x）

發(fā)信端

發(fā)信端

數(shù)據(jù)電路

16數(shù)據(jù)通信差錯控制技術6、舉例（1）假設原始輸入數(shù)據(jù)為：1000100101（2）將輸入數(shù)據(jù)用多項式表示為:P（x）=x9+x5+x2+1（3）設生成多項式G（x）為:G（x）=x5+x4+x2+1（4）P’（x）=xr?P（x）=x5?P（x）=x5（x9+x5+x2+1）=x14+x10+x7+x5（5）P’（x）/G（x）=Q（x）+R（x）

17數(shù)據(jù)通信差錯控制技術（6）發(fā)送的循環(huán)碼數(shù)據(jù)信息U（x）：U（x）=P’（x）+R（x）=x14+x10+x7+x5+x+1=10001001010