第11章 差错控制编码要点

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差错控制编码电信PPT课件

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许用
禁用
电子与信息工程学院 通信工程系 杨会玉
2019年6月22日 11
通信原理 第11章 差错控制编码
11.2 纠错编码的基本原理
1、分组码基本原理
这时,能够发现 2个以下错码,或者纠正 1位 错码 。
电子与信息工程学院 通信工程系 杨会玉
2019年6月22日 12
通信原理 第11章 差错控制编码
电子与信息工程学院 通信工程系 杨会玉
2019年6月22日 14
通信原理 第11章 差错控制编码
11.2 纠错编码的基本原理
2、码重和码组 码长(n):码组(码字)中的码元个数。
码重(w):把码组中“1”的个数目,简称码重。
码距(d):把两个码组中对应位上数字不同的位数,即两个
码组对应位模2和的重量,称为码组的距离,简 称码距。码距又称汉明距离。
11.2 纠错编码的基本原理
1、分组码基本原理
将信息码分组,为每组信息码附加若干监督码的编 码称为分组码 。在分组码中,监督码元仅监督本码组中的 信息码元。
卷积码又称连环码。卷积码编码器把k比特信息段 编成n比特的码组,但所编的n长码组不仅同当前的k比特信 息段有关,而且还同前面的(N-1)个(N>1,整数)信息段有关
⤎ 另外4个码组
电子与信息工程学院 通信工程系 杨会玉
2019年6月22日 9
通信原理 第11章 差错控制编码
11.2 纠错编码的基本原理
1、分组码基本原理 情形1:没有冗余 —— 不能发现错误
情形2:加入冗余 —— 可以发现错误
冗余
许用码组
规则:使码组中 “1”的个数为偶数
禁用码组
⤎ 另外4个码组
码组对应位模2和的重量,称为码组的距离,简 称码距。码距又称汉明距离。

第11章 差错控制编码要点

第11章 差错控制编码要点
0 A 1 2
e
d0
2018/10/4
3 B 汉明距离
位错码,则其位置不会
超出以O点为圆心,以2
为半径的圆。
因此,只要最小码距不小于3,码组A发生两位 以下错码时,不可能变成另一个许用码组B,因而能 检测错码的位数等于2。 同理,若一种编码的
0 A 1 2
e
d0
3 B 汉明距离
最小码距为d0,则将能检测 (d0 - 1)个错码。
2018/10/4
信息位 晴 云 阴 00 01 10
监督位 0 1 1

11
0
(1)分组码的一般结构 分组码的符号:(n, k) n ——码组的总位数,又称为码组的长度(码长) k —— 码组中信息码元的数目 n-k =r ——码组中的监督码元数目,或称监督位数目
2018/10/4
(2)分组码的码重W 分组码中“1”的个数目称为码组的重量,简称码重。 (3)分组码的码距d 把两个码组中对应位上数字不同的位数称为码组的距 离,简称码距。码距又称汉明距离。 例如: 000——晴 011——云 101——阴 110——雨
(4)编码效率(简称码率) :
信息码元数量(k)和总码元数量(n)之比:k/n 理论上,差错控制以降低信息传输速率为代价换取提高 传输可靠性,即有效性换取可靠性。
2018/10/4
11.2 纠错编码的基本原理
引例——理解检错与纠错 设有一种由3位二进制数字构成的码组,它共有8 种不同的可能组合。若将其全部用来表示天气,则可 以表示8种不同天气: 000——晴,001——云 010——阴,011——雨 100——雪,101——霜 110——雾,111——雹 其中任一码组在传输中若发生一个或多个错码,则将 变成另一个信息码组。这时,接收端将无法发现错误。

差错控制编码

差错控制编码
例: 奇校验
0110101 1 1101100 1 1001010 0 0011011 1 1000101 0 1000101 0
特点:适合突发信道。
差错控制编码
3 .恒比码
码字中 1 的数目与 0 的数目保持恒定比例的码称为恒比 码。接收端只要检测接收到的码组“1”的数目是否对,就可 以知道有无错误。 例:“5中取3”恒比码,有C53 =10种不同组合,表示10个阿 拉伯数字。如表 10.2 所示。 “7中取3”恒比码,有C73 =35种不同组合,表示26个英文字 母和其他符号。 而每个汉字又是以四位十进制数来代表的。。
源密码 制 换

器器 器器 介 器
调制信道
解 译 解信 调 码 密宿 器 器器
编码信道
差错控制编码
由于数字信号传输过程中受到加性干扰和乘性干扰的影
响,会产生误码。由加性干扰引起的码间干扰,通常可以采 用信道均衡、匹配滤波器、升余弦系统特性、增加发射功率、 合理选择调制/解调方法等措施,减少误码。由于乘性干扰 影响,或采用了上述方法后,仍不能有效地抑制加性干扰的 影响时, 就要采用差错控制技术。
5. 重复码
监督码元是信息码元的简单重复。
接收端将接收到的码组的前一半(信息位)与后一半(监 督位)作模2加(“同或”),结果全为0则无错码。 特点:能够纠正错码。但效率低。(1/2)
差错控制编码
10.1.4 差错控制编码的基本概念
1. 分组码 分组码一般可用(n,k)表示。其中,k是每组二进制信息 码元的数目,n是编码码组的码元总位数,又称为码组长度, 简称码长。n-k = r 为每个码组中的监督码元数目。 分组码的结构如下:
差错控制编码
10.2 线 性 分 组 码

差错控制编码要点

差错控制编码要点

2024/2/9
2
第3页/共67页
10.1 差错控制编码的基本原理
常用的差错控制方式
1. ARQ(Automatic Repeat Request)方式 (自动请求重发或检错重发)
发端发送出可以发现错误的码字。经过传输到接 收端译码后,如果没有发现错误,则输出。如果发现 错误,则自动请求发端重发,直到正确接收到码字为 止。
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第12页/共67页
10.1 差错控制编码的基本原理
码间距离d 及检错纠错能力 码字:由信息位和监督位组成的一组码元。
用C = ( cn-1 cn-2 … c0 )表示。
(许用码、禁用码) 码元: 组成码字的元素,用Ci表示。 码长:码字中码元的个数,用n表示。
码组:由多个许用码组成的一组码字。
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第8页/共67页
10.1 差错控制编码的基本原理
香农有扰信道编码定理:
在有扰信道中只要信息的传输速率R小于信道容 量C,总可以找一种编码方法,使信息以任意小的差 错概率通过信道传送到接收端,即误码率Pe可以任意 小,而且传输速率R可以接近信道容量C。但若R > C, 在传输过程中必定带来不可纠正错误,不存在使差错 概率任意小的编码。
9
第10页/共67页
10.1 差错控制编码的基本原理
减小误码率Pe的两种途径:
(1)n 及 R一定时,增加信道容量C。由图可见,E(R) 随C的增加而增大。由信道容量公式知, 增加C, 可通过增加S和B来实现;
(2)在C及 R一定的情况下,增加n可以使Pe指数减小。
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第11页/共67页
我国电传机传输汉字采用的是“5中取3” 恒比码,其码长 为5,码字中“1”的个数为3。这种码我国称为保护电码。码长 为5的二进制数共有32种组合,选择其中含有3个“1”的组合作 为许用码,为10个。

差错控制编码

差错控制编码

一.差错控制编码是什么?差错控制编码是指在实际信道上传输数字信号时,由于信道传输特性不理想及加性噪声的影响,所收到的数字信号不可避免地会发生错误。

为了在已知信噪比的情况下达到一定的误比特率指标,首先应合理设计基带信号,选择调制、解调方式,采用频域均衡和时域均衡,使误比特率尽可能降低,一但若误比特率仍不能满足要求,则必须采用信道编码,即差错控制编码。

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互关联(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,一旦传输过程中发生差错,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,乃至纠正错误。

研究各种编码和译码方法正式差错控制编码所要解决的问题。

扩展资料:常用的差错控制编码方法有:奇偶校验、恒比码、矩阵码、循环冗余校验码、卷积码、Turbo码。

1、奇偶校验奇偶校验是一种校验代码传输正确性的方法。

根据被传输的一组二进制代码的数位中“1”的个数是奇数或偶数来进行校验。

采用奇数的称为奇校验,反之,称为偶校验。

采用何种校验是事先规定好的。

通常专门设置一个奇偶校验位,用它使这组代码中“1”的个数为奇数或偶数。

若用奇校验,则当接收端收到这组代码时,校验“1”的个数是否为奇数,从而确定传输代码的正确性。

2、恒比码恒比码一般指定比码。

定比码是指一组码中1和0的码元个数成一定比例的一种编码。

换言之,它是选用比特序列中1和0码元之比例为定值,所以又称为恒比码。

定比码是一种常用的检错码。

3、矩阵码矩阵码属二维条码的一种,是将图文和数据编码后,转换成一个二维排列的多格黑白小方块图形。

矩阵式二维条形码是以矩阵的形式组成,在矩阵相应元素位置上,用点(Dot)的出现表示二进制的“1”,不出现表示二进制的“0”,点的排列组合确定了矩阵码所代表的意义。

其中点可以是方点、圆点或其它形状的点。

矩阵码是建立在电脑图像处理技术、组合编码原理等基础上的图形符号自动辨识的码制,已较不适合用“条形码”称之。

第十一章-差错控制编码-贾勇

第十一章-差错控制编码-贾勇

写成一行,然后再按列的方向增加第二维监督位,如下图
所示
a1n1 a1n2 a11 a01
an21 an22 a12 a02

anm1 anm2 a1m a0m cn1 cn2 c1 c0
图中a01 a02 a0m为m行奇偶监督码中的m个监督位。 cn-1 cn-2 c1 c0为按列进行第二次编码所增加的监督位,它 们构成了一监督位行。
11.1 概述
ARQ的主要优点:和前向纠错方法相比 – 监督码元较少即能使误码率降到很低,即码率较高; – 检错的计算复杂度较低; – 检错用的编码方法和加性干扰的统计特性基本无关,能适 应不同特性的信道。 ARQ的主要缺点: – 需要双向信道来重发,不能用于单向信道,也不能用于一 点到多点的通信系统。 – 因为重发而使ARQ系统的传输效率降低。 – 在信道干扰严重时,可能发生因不断反复重发而造成事实 上的通信中断。
四个许用码组之间的距离均为2。
Why? 摈弃d=1的码--禁用码组。许用码组最小码距愈大,抗干扰 能力愈强! 确定最小码距的目的:决定编码的检纠错能力。
11.2 纠错编码的基本原理
3. d0与纠检错能力 1) 若要求检测e个错,则 d0≧e+1 2) 若要求纠正t个错,则 d0≧2t+1 3) 若要检测e纠正t 个错(同时),则d0>e+t+1, 且e>t 码距与检错和纠错能力的关系:
11.4 简单的实用编码
例:
10000 1 11101 0横 11001 1向 01010 0监 00001 1督 10101 1 01010
纵向监督
纠检错能力: 1) 仍可检错奇数个错 2) 还可检错偶数个错 3) 可纠正一些错码 ● 适于检测突发性错误

通信原理第11章-差错控制编码全章课件

通信原理第11章-差错控制编码全章课件
许用码组 禁用码组
冗余 规则:使码组中 “1”的个数为偶数
⤎ 另外4个码组
(奇数个错码)
也不能 纠正 错误 。
许用码组

禁用码组
这时,能够发现 2个以下错码,或者纠正 1位 错码 。

综上所述: k --- 信息码元位数
Rc n --- 编码后码字位数
不同的编码方法,检错 或 纠错 能力也不同 。
信噪比 (dB)
Pe
10-1
C点
10-2 10-3
D点
10-4
10-5
可见:能节省功率 2 dB
——称为编码增益
10-6
2PSK调制
编 码 前 A• •
B•
编 码
C
•后 •
D
信噪比 (dB)
—— 付出的代价是带宽增大。 因此,纠错码主要应用于功率受限而带宽不太受限的信道中。
传输速率RB 和 信噪比Eb/n0的关系
可以 其他 假设
2r 1 n
由表可见:
仅当一位错码的位置在a2 、a4、a5 或a6 时, 校正子S1为1;否则S1为 0。
S1 a6 a5 a4 a2 同理: S2 a6 a5 a3 a1
S3 a6 a4 a3 a0
a6 a5 a4 a2 0 a6 a5 a3 a1 0 a6 a4 a3 a0 0
➢ 对于3位的编码组,可用3维空间来说明
➢ 各顶点之间沿立方体各边行走的几何距离 —— 码距=2
(4个许用码组之间)
最小码距d0和检纠错能力的关系
对于(n,k)分组码,有以下结论:
检e个错码,要求:
d0 e1
纠t个错码,要求:
d0 2t 1
纠 t 个错码,同时检 e 个错码,要求:

第十一章 差错控制编码

第十一章 差错控制编码

第十一章差错控制编码第十一章差错控制编码11.1 引言11.2 纠错编码的基本原理11.3 纠错编码的性能11.4 常用的简单编码11.5 线性分组码11.6 循环码11.7 卷积码11.1 引言数字信号在传输过程中受到干扰的影响,使信号波形变坏,发生误码,可以采用一些方法解决。

可靠性——信道编码。

有效性——信源编码。

引言(续)造成传输差错的原因码间干扰信道噪声减少接收端发生码元错误的措施合理地设计基带信号,选择合适的调制、解调方式,采用均衡技术,使误比特率降低。

增加信号的发送功率采用差错控制编码引言(续)根据加性干扰引起错码的分布,将信道分为三类随机信道:错码出现是随机的,如加性高斯白噪声。

突发信道:错码集中出现,如脉冲干扰和信道中衰落现象。

混合信道:以上两种。

一、差错控制编码差错控制编码属信道编码,要求在满足有效性前提下,尽可能提高数字通信的可靠性。

差错控制编码是在信息序列上附加上一些监督码元,利用这些冗余的码元,使原来不规律的或规律性不强的原始数字信号变为有规律的数字信号。

例如奇偶校验。

差错控制译码则利用这些规律性来鉴别传输过程是否发生错误,或进而纠正错误。

二、差错控制方法差错控制方法(续)发送端将信息序列编码成能够纠正错误的码,接收端根据编码规则进行检查,如果有错自动纠正 不需要反馈信道,特别适合只能提供单向信道场合自动纠错,不要求检错重发,延时小,实时性好 纠错码必须与信道的错误特性密切配合若纠错较多,则编、译码设备复杂,传输效率低差错控制方法差错控制方法(续)收端在接收到的信码中发现错码时,就通知发端重发,直到正确接收为止。

检错重发方式只用于检测误码,能够在接收单元中发现错误,但不一定知道该错误码的具体位置。

需具备双向信道。

差错控制方法(续)ARQ方式优点:(1)只需少量的附加码元即可获得较低的输出误码率。

(2)适应信道统计差错特性强。

(3)结构较纠错编解码器简单。

ARQ方式缺点:(1)需要反向信道。

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4、差错控制技术的种类
前向纠错法(FEC) 检错重发法(ARQ) 反馈校验法(HEC) 检错删除
(1)前向纠错法(FEC)——Forward Error Correction 接收端不仅能在收到信码中发现错误(检错),还能
纠正错码(纠错),对码要求有纠错功能,即用纠错码, 对码要求高。
不需要反向信道,适用于实时传输;
通信原理
第11章 差错控制编码
2020/9/28
11.1 概述
数字信号在传输过程中受到干扰,使信号码元 波形变形,所以传输到接收端可能发生错误判决。
乘性干扰 ——均衡的方法解决
信号
加性干扰 ——合理选择调制、解调; 发送功率;差错控制
纠错码的目的:克服随机差错,牺牲一部分带宽,换取
信噪比的提高,获得误码率的降低。
(3)多余度:监督码元数(n-k) 和总码元数 n 之比:
(n k) n
例如,若编码序列中平均每两个信息码元就添加 一个监督码元,则这种编码的多余度为1/3。
一般地,增加的监督码元越多(多余度越大), 检(纠)错能力就越强。
2020/9/28
1)3种ARQ(检错重发法)系统 ① 停止等待ARQ系统
发送码组
1
2
334556ACK
ACK
NAK
ACK
ACK
NAK
ACK t
1
2
3
3
4
5
5
接收码组
有错码组
有错码组
t
每发送一组数据后发送端等待接收端的确认(ACK)答复, 然后再发送下一组数据。 当接收数据有误,接收端发回一个否认(NAK)答复,这时, 发送端将重发该组数据。
③ 选择重发ARQ系统
发送数据 1 2 3 4 5 6
重发码组
重发码组
7 5 8 9 10 11 9 12 13 14
接收数据 1
ACK1
NAK5
2345675
有错码组
ACK5 NAK9
ACK9
8 9 10 11 9 12 13 14
有错码组
它只重发出错的数据组,因此进一步提高了传输效率。
2)ARQ的主要优点:——和前向纠错方法相比
有错码组
发送端连续发送数据组,接收端对于每个接收到的数据 组都发回确认(ACK)或否认(NAK)答复。 例如,图中第5组接收数据有误,则在发送端收到第5组 接收的否认答复后,从第5组开始重发数据组。
在这种系统中需要对发送的数据组和答复进行编号, 以便识别。显然,这种系统需要双工信道。
2020/9/28
系统是工作在半双工状态,时间没有得到充分利用, 传输效率较低。
2020/9/28
② 拉后ARQ系统
重发码组
重发码组
发送数据 1 2 3 4 5 6 7 5 6 7 8 9 10 11 9 10 11 12
接收数据 1
ACK1
NAK5
2345675
有错码组
ACK5
NAK9
ACK9
6 7 8 9 1100 1111 9 10 11 12
2020/9/28
3、差错图型/图样(Error Pattern)
发的码组: S 收的码组: R
差错码组: E
E S R(mod 2) S R
例如:
S: 0 0 1 0 0 R: 1 1 0 0 0 E: 1 1 1 0 0
2020/9/28
E的位为“1”,则该位有错; E的位为“0”,则该位无错;
2020/9/28
编码器和 缓冲存储器



解码器
输出缓冲
存储器



宿
重发控制

正确时输出
指令产生器
错误时删除
接收端仅当解码器认为接收信息码元正确时,才将 信息码元送给收信者,否则在输出缓冲存储器中删除 接收码元。 当解码器未发现错码时,经过反向信道发出不需重 发指令。发送端收到此指令后,即继续发送后一码组, 发送端的缓冲存储器中的内容也随之更新。
纠错设备比检错设备复杂。
2020/9/28
(2)检错重发法(ARQ)
——Automatic Repeat Quest(自动重发请求)
接收端在收到的信码中检测出错码时,即通知发送端重 发,直到正确接收到为止。
需要双向信道,不能传实时信号(不适合音频、视频,只 适合传数据) ;对性能要求高的数据传输用此类方法。
① 监督码元较少即能使误码率降到很低,即码率较高; ② 检错的计算复杂度较低,成本降低; ③ 检错用的编码方法和加性干扰的统计特性基本无关,能适 应不同特性的信道。
2020/9/28
3)ARQ的主要缺点: ① 需要双向信道来重发,不能用于单向信道,也不能 用于一点到多点的通信系统。 ② 因为重发而使ARQ系统的传输效率降低。 ③ 在信道干扰严重时,可能发生因不断反复重发而造 成事实上的通信中断。 ④ 不适合要求实时通信的场合,例如电话通信。
(3)反馈校验法(HEC) 接收端将收到的信码原封不动地转发给发送端,并与
原发送信码相比较,如果有错,发送端重发。
需要双向信道。
因为每一组信码都传输2次,所以传输效率很低。
2020/9/28
5、差错控制编码:常称为纠错编码 (1)前向纠错法(FEC)
差错控制技术的种类 (2)检错重发法(ARQ) (3)反馈校验法(HEC)
框图:
编码器和 缓冲存储器





解码器
输出缓冲 存储器

宿
重发控制

指令产生器
2020/9/28
编码器和 缓冲存储器





解码器
输出缓冲 存储器

宿
重发控制

指令产生器
在发送端,输入的信息码元在编码器中被分组编码 (加入监督码元)后,除了立即发送外,还暂存于缓冲 存储器中。 若接收端解码器检出错码,则由解码器控制产生一个 重发指令。 此指令经过反向信道送到发送端。由发送端重发控制 器控制缓冲存储器重发一次。
对语音信号:对纠错要求不高; 对数据信号:对纠错要求特别高;
2020/9/28
1、信道分类:
按加性干扰引起错误分布规律不同分
信道分类
随机信道:错码的出现是随机的 突发信道:错码是成串集中出现的 混合信道:既存在随机错码又存在突发错码
2、差错类型: 随机错码:比较平缓,比较均匀 突发错码:突发性、大面积的差错(受外界突发性的影响)
其中,(1),(2)两种方法均在接收端识别有无错码, 这是由发送端的信道编码器在信息码元序列中增加一些监 督码元来实现的。
(1)差错控制编码——在信息码元序列中加入“监督码元”。
(2)监督码元: 为了在接收端识别有无错码,通常在发送端需要在信息
码元序列中增加一些差错控制码元,它们称为监督码元。
2020/9/28
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