差錯(cuò)控制技術(shù)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)1第二章物理層

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

基本思想：通過對(duì)信息序列作某種變換，使原來彼此獨(dú)立、沒有相關(guān)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(guān)性），從而在接收端有可能根據(jù)這種規(guī)律性來檢查，進(jìn)而糾正傳輸序列中的差錯(cuò)。3數(shù)據(jù)通信差錯(cuò)控制技術(shù)差錯(cuò)類型及差錯(cuò)控制的基本工作方式1、差錯(cuò)類型

從差錯(cuò)控制角度看，按加性干擾引起的錯(cuò)碼分布規(guī)律的不同，信道可以分為三類，即隨機(jī)信道，突發(fā)信道和混合信道。在隨機(jī)信道中，錯(cuò)碼的出現(xiàn)是隨機(jī)的，而且錯(cuò)碼之間是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立、互不相關(guān)的。在突發(fā)信道中，錯(cuò)碼是成串集中出現(xiàn)的。產(chǎn)生突發(fā)錯(cuò)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(cuò)誤的影響一般用“突發(fā)長(zhǎng)度”來表示。既存在隨機(jī)錯(cuò)碼又存在突發(fā)錯(cuò)碼，且哪一種都不能忽略不計(jì)的情況稱為混合差錯(cuò)，這種信道稱為混合信道。4數(shù)據(jù)通信差錯(cuò)控制技術(shù)差錯(cuò)類型及差錯(cuò)控制的基本工作方式

2、差錯(cuò)控制的基本工作方式發(fā)端檢錯(cuò)重發(fā)（ARQ）收端檢錯(cuò)碼判決信號(hào)發(fā)端混合糾錯(cuò)（HEC）收端檢錯(cuò)和糾錯(cuò)碼判決信號(hào)發(fā)端前向糾錯(cuò)（FEC）收端糾錯(cuò)碼發(fā)端信息反饋（IF）收端信息信號(hào)信息信號(hào)5數(shù)據(jù)通信差錯(cuò)控制技術(shù)（1）前向糾錯(cuò)前向糾錯(cuò)又稱自動(dòng)糾錯(cuò)。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(cuò)誤的碼，接收端的譯碼器根據(jù)編碼規(guī)律校驗(yàn)出錯(cuò)碼及其位置并自動(dòng)糾正。該方式的主要優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性好，不需要反向信道。主要缺點(diǎn)是插入的監(jiān)督碼較多，傳輸效率低，譯碼設(shè)備復(fù)雜。發(fā)端前向糾錯(cuò)（FEC）收端糾錯(cuò)碼6數(shù)據(jù)通信差錯(cuò)控制技術(shù)（2）檢錯(cuò)重發(fā)檢錯(cuò)重發(fā)又稱自動(dòng)反饋重發(fā)（ARQ）。其方法是發(fā)送端采用某種能夠檢查出錯(cuò)誤的碼，在接收端根據(jù)編碼規(guī)律校驗(yàn)有無錯(cuò)碼，并把校驗(yàn)結(jié)果通過反向信道反饋到發(fā)送端，如有錯(cuò)碼就反饋重發(fā)信號(hào)，于是發(fā)送端重發(fā)，如無錯(cuò)碼就反饋繼續(xù)發(fā)送信號(hào)。如重發(fā)后仍有錯(cuò)碼，則再次重發(fā)，直至檢不出錯(cuò)碼為止。發(fā)端檢錯(cuò)重發(fā)（ARQ）收端檢錯(cuò)碼判決信號(hào)7數(shù)據(jù)通信差錯(cuò)控制技術(shù)（3）反饋校驗(yàn)

反饋校驗(yàn)法是發(fā)送端不進(jìn)行糾錯(cuò)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(cuò)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(cuò)則將有差錯(cuò)的部分重發(fā)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是，不需要插入監(jiān)督碼，設(shè)備簡(jiǎn)單。主要缺點(diǎn)是實(shí)時(shí)性差，需要反向信道。發(fā)端信息反饋（IF）收端信息信號(hào)信息信號(hào)8數(shù)據(jù)通信差錯(cuò)控制技術(shù)（4）混合糾錯(cuò)發(fā)送端發(fā)送糾錯(cuò)碼，接收端經(jīng)校驗(yàn)如果錯(cuò)碼較少且在糾錯(cuò)能力之內(nèi)，則譯碼器自動(dòng)糾錯(cuò)，如果錯(cuò)碼較多，已超過糾錯(cuò)能力，但未超過檢錯(cuò)能力，即能判決有無錯(cuò)碼而不能判決錯(cuò)碼的位置，此時(shí)譯碼器自動(dòng)發(fā)出信號(hào)，通過反向信道控制發(fā)送端重發(fā)?；旌霞m錯(cuò)具有前向糾錯(cuò)和自動(dòng)反饋重發(fā)的特點(diǎn)，需要反向信道和復(fù)雜的設(shè)備，但它能更好地發(fā)揮檢錯(cuò)和糾錯(cuò)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(cuò)（HEC）收端檢錯(cuò)和糾錯(cuò)碼判決信號(hào)9數(shù)據(jù)通信差錯(cuò)控制技術(shù)奇偶監(jiān)督碼

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

10數(shù)據(jù)通信差錯(cuò)控制技術(shù)奇偶監(jiān)督碼2、水平奇偶校驗(yàn)碼不但可以檢測(cè)出各段同一位上的奇數(shù)位錯(cuò)，而且還能檢測(cè)出突發(fā)長(zhǎng)度≤p的所有突發(fā)錯(cuò)誤。它的漏檢率要比垂直奇偶校驗(yàn)方法低。3、水平垂直奇偶校驗(yàn)水平垂直奇偶校驗(yàn)?zāi)軝z測(cè)出所有3位或3位以下的錯(cuò)誤、奇數(shù)位錯(cuò)、突發(fā)長(zhǎng)度≤p+1的突發(fā)錯(cuò)以及很大一部分偶數(shù)位錯(cuò)。還可用來糾正部分差錯(cuò)。11數(shù)據(jù)通信差錯(cuò)控制技術(shù)循環(huán)碼

理論上可以證明循環(huán)冗余校驗(yàn)碼的檢錯(cuò)能力有以下特點(diǎn)：

可檢測(cè)出所有奇數(shù)位錯(cuò)。可檢測(cè)出所有雙比特的錯(cuò)。可檢測(cè)出所有小于、等于校驗(yàn)位長(zhǎng)度的突發(fā)錯(cuò)。12數(shù)據(jù)通信差錯(cuò)控制技術(shù)

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

2

3

K+1n

K-1，K

n

n-KK

校驗(yàn)碼元

信息碼元

13數(shù)據(jù)通信差錯(cuò)控制技術(shù)2、檢驗(yàn)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(yù)定的生成多項(xiàng)式G（x）；③將②的運(yùn)算結(jié)果所得余數(shù)R（x）作為校驗(yàn)碼元（CRC）；④在P’（x）的后面附加上校驗(yàn)碼元（CRC）送往數(shù)據(jù)電路傳輸；

14數(shù)據(jù)通信差錯(cuò)控制技術(shù)3、 差錯(cuò)校驗(yàn)在收信端對(duì)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(cuò)，若除盡（余數(shù)R（x）不為零），則判斷為有錯(cuò)，然后向發(fā)送端送出應(yīng)答信號(hào)。4、 除法用特殊的邏輯電路進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算機(jī)或微處理機(jī)中可用程序?qū)崿F(xiàn)，但一般多用硬件邏輯實(shí)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(cuò)控制技術(shù)5、重發(fā)

除法結(jié)果若判斷有錯(cuò)，則向發(fā)信端發(fā)出否定應(yīng)答，要求重發(fā)該組信息；除法結(jié)果若判斷無錯(cuò)，則向發(fā)信端發(fā)出肯定應(yīng)答，通知發(fā)信端發(fā)送下一個(gè)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(yàn)

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(cuò)控制技術(shù)6、舉例（1）假設(shè)原始輸入數(shù)據(jù)為：1000100101（2）將輸入數(shù)據(jù)用多項(xiàng)式表示為:P（x）=x9+x5+x2+1（3）設(shè)生成多項(xiàng)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(cuò)控制技術(shù)（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