數據通信技術與應用

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會計學1數據通信技術與應用數據通信技術與應用第八章第八章差錯控制技術差錯控制技術OUTLINE8.1 概述8.2 差錯控制方法8.3 常用檢錯碼8.4 線性分組碼8.5 循環(huán)碼8.6 卷積碼第1頁/共65頁8.1 概述概述n n由于信道特性的不理想和信道中存在噪聲，數據信號在傳輸過程中不可避免地會發(fā)生差錯n n引起誤碼的原因n n乘性噪聲乘性噪聲n n加性噪聲加性噪聲隨機噪聲（隨機噪聲（隨機差錯隨機差錯：錯碼互相：錯碼互相獨立）獨立）脈沖噪聲（脈沖噪聲（突發(fā)差錯突發(fā)差錯：成串集中：成串集中的差錯）的差錯）第2頁/共65頁提高數據通信可靠性的提高數據通信可靠性的途徑途徑應用不同，誤碼率要求不同，方法不同n n改善傳輸信道電氣特性抗干擾能力強的傳輸介質n n差錯控制技術n n編碼技術編碼技術n n差錯控制方法差錯控制方法第3頁/共65頁差錯控制的基本概念差錯控制的基本概念核心：差錯控制編碼，即在信息碼元序列中加入監(jiān)督碼元n n差錯控制編碼：在發(fā)送端通過對信源輸出的二進制信息序列作某種變換，使原來彼此獨立、互不相干的信息碼元序列產生一定的相關性，變成具有一定規(guī)律的數據序列，從而在接收端能根據這種規(guī)律性來檢查，進而檢錯或糾正傳輸信號中的差錯。

n n奇偶校驗第4頁/共65頁差錯控制編碼類型差錯控制編碼類型n n檢錯碼n n 在一定程度上發(fā)現傳輸錯誤但不能自動在一定程度上發(fā)現傳輸錯誤但不能自動糾正糾正n n 反饋重傳反饋重傳n n糾錯碼n n自動糾正傳輸差錯自動糾正傳輸差錯第5頁/共65頁差錯控制的基本原理差錯控制的基本原理p原理原理許用碼字許用碼字禁用碼字禁用碼字第6頁/共65頁差錯控制編碼的特性和差錯控制編碼的特性和能力能力n n差錯控制編碼的特性碼元碼字碼組碼長：碼字的碼元個數n n漢明重量漢明重量n n碼間距離碼間距離n n最小碼距最小碼距第7頁/共65頁差錯控制編碼的特性和差錯控制編碼的特性和能力（能力（cont.）n n最小碼距最小碼距n n碼組的最小碼距不同，抗干擾碼組的最小碼距不同，抗干擾能力也不同能力也不同n n碼組的最小碼距越大，抗干擾碼組的最小碼距越大，抗干擾能力越強能力越強第8頁/共65頁差錯控制編碼的特性和差錯控制編碼的特性和能力（能力（cont.）n n最小碼距與編碼的檢錯糾錯能力的關系定理1定理2定理3第9頁/共65頁差錯控制編碼的特性和差錯控制編碼的特性和能力（能力（cont.）第10頁/共65頁差錯控制編碼的特性和差錯控制編碼的特性和能力（能力（cont.）編碼效率n n監(jiān)督碼元：為了減少傳輸差錯，在用戶信息序列中插入一定數量的新碼元第11頁/共65頁第八章第八章差錯控制技術差錯控制技術OUTLINE8.1 概述8.2 差錯控制方法8.3 常用檢錯碼8.4 線性分組碼8.5 循環(huán)碼8.6 卷積碼第12頁/共65頁8.2 差錯控制方法差錯控制方法n n定義：利用差錯控制編碼來控制傳輸系統的傳輸差錯的方法檢錯碼、糾錯碼n n基本思想:在所傳送的相互獨立無關的數字信號中，人為地按一定規(guī)律假如一定的多余碼元，使所傳輸的碼字的前后碼元產生一定的相關性，從而具有一定的監(jiān)督關系。

接收端就可以利用這種監(jiān)督關系來檢測、糾正錯誤第13頁/共65頁差錯控制方法分類差錯控制方法分類n n自動請求重發(fā)（Automatic Repeat Request,ARQ）n n前向糾錯（Forward Error Correction,FEC）n n混合糾錯（Hybrid Error Correction,HEC）n n信息反饋（Information Repeat Request,IRQ）第14頁/共65頁數據請求重發(fā)方式數據請求重發(fā)方式(ARQ)n n停等式ARQn n連續(xù)式ARQn n回退回退NN幀幀ARQARQn n選擇性重發(fā)選擇性重發(fā)ARQARQ第15頁/共65頁停等式停等式ARQn n數據鏈路層、確認信息、超時定時器第16頁/共65頁連續(xù)式連續(xù)式ARQ 停等式ARQ缺點：發(fā)送端每發(fā)送一個信息幀都要停下來等待接收端的確認信息，信道的利用率很低n n連續(xù)式ARQ：不等待前幀確認便發(fā)下一幀n n問題：接收端如何對待出錯幀之后所接收到的正確幀？n n回退回退NN幀幀ARQARQn n選擇性重發(fā)選擇性重發(fā)ARQARQ第17頁/共65頁回退回退N幀幀ARQn n工作過程n n可能出現的問題（1）數據幀和確認幀都不發(fā)生差錯和丟失（2）數據幀出現差錯（3）數據幀正確，確認幀出現差錯第18頁/共65頁回退回退N幀幀ARQ（cont.）n n工作過程n當線路傳播質量很差，誤碼率較大時，回退當線路傳播質量很差，誤碼率較大時，回退N幀幀ARQ方案不一定優(yōu)于等停式方案不一定優(yōu)于等停式ARQ。

n在長傳播延時鏈路上回退在長傳播延時鏈路上回退N幀幀ARQ的傳輸效率也較低的傳輸效率也較低第19頁/共65頁選擇性重發(fā)選擇性重發(fā)ARQ 發(fā)送端收到包含出錯幀序號的NAK后，據此序號從重發(fā)表中選出相應的幀的備份，插入到發(fā)送幀隊列前面予以重發(fā)n n缺點：接收端需要更大的緩沖區(qū)存放繼出錯幀之后到達的正確的數據幀n n實際應用的選擇n n發(fā)送端和接收端處理機的處理速度n n緩沖器大小第20頁/共65頁選擇性重發(fā)選擇性重發(fā)ARQ（cont.）第21頁/共65頁ARQ的特點的特點第22頁/共65頁差錯控制方法分類差錯控制方法分類n n自動請求重發(fā)（Automatic Repeat Request,ARQ）n n前向糾錯（Forward Error Correction,FEC）n n混合糾錯（Hybrid Error Correction,HEC）n n信息反饋（Information Repeat Request,IRQ）第23頁/共65頁前向糾錯方式（前向糾錯方式（FEC）n n工作過程利用糾錯編碼，接收端譯碼器能發(fā)現錯誤并能準確地判斷差錯的位置，從而自動糾正錯誤n n特點第24頁/共65頁混合糾錯方式混合糾錯方式（HEC）n nFEC和ARC方式的結合能糾則糾，不能糾則重發(fā)n n特點第25頁/共65頁信息反饋方式（信息反饋方式（IRQ）在發(fā)送端檢測錯誤n n工作過程n n特點第26頁/共65頁第八章第八章差錯控制技術差錯控制技術OUTLINE8.1 概述8.2 差錯控制方法8.3 常用檢錯碼8.4 線性分組碼8.5 循環(huán)碼8.6 卷積碼第27頁/共65頁8.3 常用檢錯碼常用檢錯碼n n奇偶校驗碼n n恒比碼n n矩陣校驗碼n n正反碼第28頁/共65頁(1)奇偶校驗碼奇偶校驗碼n n偶校驗n n奇校驗n n優(yōu)點：簡單、冗余度低、效率高缺點：奇偶校驗不能檢查出偶數個錯第29頁/共65頁(2)恒比碼恒比碼n n碼字中1和0的個數是恒定的n n“保護電碼”“5中取3的恒比碼”第30頁/共65頁恒比碼（恒比碼（cont.）p“5中取中取3”的恒比碼的編碼效率？的恒比碼的編碼效率？p國際無線電報碼國際無線電報碼“7取取3”恒比碼的編碼效率？恒比碼的編碼效率？第31頁/共65頁恒比碼（恒比碼（cont.）n n優(yōu)點簡單，適合傳輸電傳機或其他鍵盤設備產生的字母或符號n n缺點n n不適用隨機二進制數字序列的編碼n n不能發(fā)現的錯誤：1錯成0的數目=0錯成1的數目第32頁/共65頁(3)矩陣校驗碼矩陣校驗碼第33頁/共65頁矩陣校驗碼矩陣校驗碼(cont.)第34頁/共65頁矩陣校驗碼矩陣校驗碼(cont.)第35頁/共65頁矩陣校驗碼矩陣校驗碼(cont.)n n編碼特點第36頁/共65頁（4）正反碼）正反碼編碼方法n n每個正反碼字由10個碼元組成，信息位5位，監(jiān)督位5位n n當信息碼中1的個數為奇數時，監(jiān)督碼元與信息碼元相同n n當信息碼中1的個數為偶數時，監(jiān)督碼元是信息碼元的反碼第37頁/共65頁正反碼正反碼(cont.)校驗方法n n先將接收碼字中信息位和監(jiān)督位按對應位模2相加，得到一個5位的合成碼n n用合成嗎生成校驗碼n n當接收碼字中當接收碼字中1 1的個數為奇數時，的個數為奇數時，合成碼字就作為校驗碼字合成碼字就作為校驗碼字n n當接收碼字中當接收碼字中1 1的個數為偶數時，的個數為偶數時，校驗碼字就是合成碼的反碼校驗碼字就是合成碼的反碼n n觀察校驗碼字中1的個數，進行判決和糾正錯誤第38頁/共65頁正反碼正反碼(cont.)校驗方法n n先將接收碼字中信息位和監(jiān)督位按對應位模2相加，得到一個5位的合成碼n n用合成嗎生成校驗碼n n當接收碼字中當接收碼字中1 1的個數為奇數時，的個數為奇數時，合成碼字就作為校驗碼字合成碼字就作為校驗碼字舉例舉例n n發(fā)送碼字10101 10101，接收碼字10101 10101n n發(fā)送碼字10101 10101，接收碼字11101 10101n n發(fā)送碼字10101 10101，接收碼字10101 00101n n發(fā)送碼字10101 10101，接收碼字00001 10101第39頁/共65頁第八章第八章差錯控制技術差錯控制技術OUTLINE8.1 概述8.2 差錯控制方法8.3 常用檢錯碼8.4 線性分組碼8.5 循環(huán)碼8.6 卷積碼第40頁/共65頁8.4 線性分組碼線性分組碼Linear Block Codes，數碼，系統碼、群碼、塊碼n n（n,k）碼n n監(jiān)督碼元與信息碼元的關系為線性關系n n特點n n封閉性：任意2個碼字之和（模2和）仍為一個碼字n n碼的最小距離等于非零碼的最小重量第41頁/共65頁線性分組碼的編碼線性分組碼的編碼n n（7，4）碼，第42頁/共65頁線性分組碼的編碼線性分組碼的編碼第43頁/共65頁線性分組碼的監(jiān)督矩陣線性分組碼的監(jiān)督矩陣和生成矩陣和生成矩陣監(jiān)督矩陣監(jiān)督矩陣第44頁/共65頁線性分組碼的生成矩陣線性分組碼的生成矩陣生成矩陣生成矩陣第45頁/共65頁線性分組碼的檢錯和糾線性分組碼的檢錯和糾錯錯監(jiān)督關系式、校正子n n奇偶校驗n n若碼長為n，信息位數為k，則監(jiān)督位數為r=n-k 如果希望用r個監(jiān)督位構造出r個監(jiān)督關系式來指示一位錯碼的n種可能位置，則要求第46頁/共65頁線性分組碼的檢錯和糾線性分組碼的檢錯和糾錯錯(cont.)第47頁/共65頁線性分組碼的檢錯和糾線性分組碼的檢錯和糾錯錯(cont.)第48頁/共65頁線性分組碼的檢錯和糾線性分組碼的檢錯和糾錯錯(cont.)要點：要點：第49頁/共65頁線性分組碼的檢錯和糾線性分組碼的檢錯和糾錯錯(cont.)第50頁/共65頁第八章第八章差錯控制技術差錯控制技術OUTLINE8.1 概述8.2 差錯控制方法8.3 常用檢錯碼8.4 線性分組碼8.5 循環(huán)碼8.6 卷積碼第51頁/共65頁8.5 循環(huán)碼循環(huán)碼循環(huán)冗余校驗碼（CRC）n n定義線性分組碼中各碼字中的碼元循環(huán)左移位（或右移位）所形成的碼字仍然是碼組中的一個碼字（除全零碼外）第52頁/共65頁循環(huán)碼（循環(huán)碼（cont.）n n碼多項式n n100111，101010n n二進制碼多項式的加減運算實際上是邏輯上的異或運算第53頁/共65頁循環(huán)碼（循環(huán)碼（cont.）(n,k)循環(huán)碼的生成多項式g(x)的性質第54頁/共65頁循環(huán)碼（循環(huán)碼（cont.）循環(huán)碼的性質第55頁/共65頁循環(huán)碼（循環(huán)碼（cont.）循環(huán)碼的性質第56頁/共65頁循環(huán)碼（循環(huán)碼（cont.）循環(huán)碼的編碼和譯碼第57頁/共65頁循環(huán)碼（循環(huán)碼（cont.）循環(huán)碼的編碼和譯碼第58頁/共65頁循環(huán)碼的生成和校驗循環(huán)碼的生成和校驗（1）循環(huán)碼的生成第59頁/共65頁循環(huán)碼的生成和校驗循環(huán)碼的生成和校驗（2）循環(huán)碼的校驗第60頁/共65頁循環(huán)碼（循環(huán)碼（cont.）第61頁/共65頁循環(huán)碼（循環(huán)碼（cont.）第62頁/共65頁第八章第八章差錯控制技術差錯控制技術OUTLINE8.1 概述8.2 差錯控制方法8.3 常用檢錯碼8.4 線性分組碼8.5 循環(huán)碼*8.6 卷積碼第63頁/共65頁8.6 卷積碼卷積碼第64頁/共65頁。

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