通信原理第11章差错控制编码
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第11章 差错控制编码
11.1 概述
发送端： 接收端：
12345627 89
NAK
重发码组2
1 2 3 45 6 27 8 9
发现错误
图11.1-4 选择重发
第11章 差错控制编码
11.1 概述
三者比较
➢ 选择重发传输效率最高，但成本最贵：控 制机制复杂，发端和收端都要有数据缓冲器；
➢ 返回重发、选择重发需要全双工数据链路， 而停发等候重发只要求半双工的数据链路。
第11章 差错控制编码
11.1 概述
2、误码类型
❖ 随机误码
•错码出现是随机的、错码之间统计独立。 •由随机噪声引起 •存在随机误码的信道称为随机信道／无记忆信道
❖ 突发误码
•差错在短时间成串出现，而在其间又存在较长的无差 错区间，且差错之间相关 •例如：脉冲噪声，存储系统中磁带的缺陷或读写头接 触不良引起，再例如用手机过涵洞，且无发射天线 •存在这种差错的信道称为突发信道／有记忆信道
第11章 差错控制编码
11.1 概述
4、信道类型
❖ 随机信道 ❖ 突发信道 ❖ 混合信道
第11章 差错控制编码
11.1 概述
5、差错控制方法
❖检错重发（ARQ） ➢ 停发等候重发 ➢ 返回重发 ➢ 选择重发
❖前向纠错（FEC） ❖反馈校验（IRQ） ❖检错删除 （ECD） ❖混合方式（HEC）
第11章 差错控制编码
第11章 差错控制编码
11.1 概述
1、差错控制编码分类
❖ 按功能分：检错码和纠错码 ❖ 按监督码元与信息码元关系分：线性码与非线性码 ❖ 按信息码元与监督码元之间的约束关系不同分：分组码 与卷积码 ❖ 按信息码元在编码后是否保持原来的信号形式分：系统 码与非系统码 ❖ 按纠正差错的类型分：纠正随机错误的码与纠正突发错 误的码 ❖ 按码元的取值分：二进制码与多进制码
第11章 差错控制编码
11.1 概述 11.2 纠错编码的基本原理 11.3 常用的简单编码 11.4 线性分组码
11.1 概述
0 、复习
❖ 模拟信源：在无线广播中，信源一般是一个语音 源（话音或音乐）；在电视广播中，信源主要是活 动图像的视频信号源。这些信源的输出都是模拟信 号，所以称之为模拟源。
发
能够发现错误的码
收
应答信号
图11.1-1（a) 检错重发（ARQ)
判断有无错误
编码器和缓
双
信
冲存储器
向
解码器
输出缓冲 存储器
收
信
源 重发控制
信
道
指令产生器 正确时输出
者
错误时删除
图11.1-1（b) 检错重发（ARQ)
11.1 概述
① 停发等候重发
停顿时间
Tw
TI
发送端： 1
2
ACK
接收端：
1
11.1 概述
（1）检错重发法（ARQ） Automatic Repeat reQuest
➢ 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。例如奇偶 校验。 ➢ 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。
第11章 差错控制编码
第11章 差错控制编码
11.1 概述
（2）前向纠错法（FEC）
Baidu Nhomakorabea
Forward Error Correction
❖ 合理地设计基带信号，选择调制、解调方式，采 用均衡技术，发送功率等因素，使误比特率降低。
❖ 差错控制措施。
第11章 差错控制编码
11.1 概述
➢ 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。
❖ 信源编码：将模拟信息源的输出转化为数字信号 ，即A/D转换。
❖ 信源编码目的：提高通信有效性，减少原消息的 冗余度。
第11章 差错控制编码
11.1 概述
信号在数字信道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。
差错出现原因
❖ 外界噪声 ❖ 传输中码间串扰 解决方法
11.1 概述
发送端： 接收端：
1 2 3 45 6 23 45 6 7 89
NAK
从码组2开始重发
1 2 3 45 6 23 4 5 6 7 89
发现错误
图11.1-3 返回重发
第11章 差错控制编码
11.1 概述
③ 选择重发 ➢也是连续不断地发送码组，收端检测到错误后 发回NAK信号。 ➢与返回重发不同的是，发端并不重发错误码组 后的所有码组，而只重发有错的那个码组
➢发送两个码组之间有停顿时间TI，影响了传输效率
第11章 差错控制编码
11.1 概述
② 返回重发(拉回重发)
➢其发送端不停地送出一个个连续码组，不再等候 收端返回的ACK信号 ➢一旦收端发现错误并返回NAK信号，则发端从 下一码组开始重发前面的N个码组 ➢N的大小取决于信号传递及处理所带来的延时
第11章 差错控制编码
➢突发长度：指突发差错首位与末位之间的长 度（中间可能有没错的码位）
11.1 概述
说明 ➢差错序列或错误图样中的“０”表示对应 码位没错，而“１”表示有错 ➢实际信道很复杂，所出现的差错并不是单 一的，往往是随机和突发差错并存，只不 过以某种错误为主 ➢一般说来，纠正随机差错的编译码方法和 设备比较简单，成本较低，效果较显著； 而纠正突发差错的编译码方法和设备比较 复杂，成本较高，效果也不如前者显著
3
ACK
2
3
NAK
3
图11.1-2 停发等候重发
发现错误
第11章 差错控制编码
11.1 概述
➢发端在Tw时间内送出一个码组； ➢收端收到后检查。
▪ 如果未发现错误，则发回一个认可信号（ACK） 给发送端，发送端收到ACK信号再发下一个码组
▪ 若检测到错误，则发回一个否认信号（NAK）， 发送端收到NAK信号后重发前一码组，并再次 等候ACK信号或NAK信号
第11章 差错控制编码
3、错误图样
例如： ➢设发送数据序列为：111111111 ➢接收数据序列为： 111001001 ➢错误图样（差错序列）：发送数据序列与接 收序列对应码位的模２和 ➢则差错序列为： 0000000110110
可见
➢发生了两个长度分别为７和５的突发差错， 其错误图样分别为和11011
11.1 概述
发送端： 接收端：
12345627 89
NAK
重发码组2
1 2 3 45 6 27 8 9
发现错误
图11.1-4 选择重发
第11章 差错控制编码
11.1 概述
三者比较
➢ 选择重发传输效率最高，但成本最贵：控 制机制复杂，发端和收端都要有数据缓冲器；
➢ 返回重发、选择重发需要全双工数据链路， 而停发等候重发只要求半双工的数据链路。
第11章 差错控制编码
11.1 概述
2、误码类型
❖ 随机误码
•错码出现是随机的、错码之间统计独立。 •由随机噪声引起 •存在随机误码的信道称为随机信道／无记忆信道
❖ 突发误码
•差错在短时间成串出现，而在其间又存在较长的无差 错区间，且差错之间相关 •例如：脉冲噪声，存储系统中磁带的缺陷或读写头接 触不良引起，再例如用手机过涵洞，且无发射天线 •存在这种差错的信道称为突发信道／有记忆信道
第11章 差错控制编码
11.1 概述
4、信道类型
❖ 随机信道 ❖ 突发信道 ❖ 混合信道
第11章 差错控制编码
11.1 概述
5、差错控制方法
❖检错重发（ARQ） ➢ 停发等候重发 ➢ 返回重发 ➢ 选择重发
❖前向纠错（FEC） ❖反馈校验（IRQ） ❖检错删除 （ECD） ❖混合方式（HEC）
第11章 差错控制编码
第11章 差错控制编码
11.1 概述
1、差错控制编码分类
❖ 按功能分：检错码和纠错码 ❖ 按监督码元与信息码元关系分：线性码与非线性码 ❖ 按信息码元与监督码元之间的约束关系不同分：分组码 与卷积码 ❖ 按信息码元在编码后是否保持原来的信号形式分：系统 码与非系统码 ❖ 按纠正差错的类型分：纠正随机错误的码与纠正突发错 误的码 ❖ 按码元的取值分：二进制码与多进制码
第11章 差错控制编码
11.1 概述 11.2 纠错编码的基本原理 11.3 常用的简单编码 11.4 线性分组码
11.1 概述
0 、复习
❖ 模拟信源：在无线广播中，信源一般是一个语音 源（话音或音乐）；在电视广播中，信源主要是活 动图像的视频信号源。这些信源的输出都是模拟信 号，所以称之为模拟源。
发
能够发现错误的码
收
应答信号
图11.1-1（a) 检错重发（ARQ)
判断有无错误
编码器和缓
双
信
冲存储器
向
解码器
输出缓冲 存储器
收
信
源 重发控制
信
道
指令产生器 正确时输出
者
错误时删除
图11.1-1（b) 检错重发（ARQ)
11.1 概述
① 停发等候重发
停顿时间
Tw
TI
发送端： 1
2
ACK
接收端：
1
11.1 概述
（1）检错重发法（ARQ） Automatic Repeat reQuest
➢ 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。例如奇偶 校验。 ➢ 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。
第11章 差错控制编码
第11章 差错控制编码
11.1 概述
（2）前向纠错法（FEC）
Baidu Nhomakorabea
Forward Error Correction
❖ 合理地设计基带信号，选择调制、解调方式，采 用均衡技术，发送功率等因素，使误比特率降低。
❖ 差错控制措施。
第11章 差错控制编码
11.1 概述
➢ 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。
❖ 信源编码：将模拟信息源的输出转化为数字信号 ，即A/D转换。
❖ 信源编码目的：提高通信有效性，减少原消息的 冗余度。
第11章 差错控制编码
11.1 概述
信号在数字信道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。
差错出现原因
❖ 外界噪声 ❖ 传输中码间串扰 解决方法
11.1 概述
发送端： 接收端：
1 2 3 45 6 23 45 6 7 89
NAK
从码组2开始重发
1 2 3 45 6 23 4 5 6 7 89
发现错误
图11.1-3 返回重发
第11章 差错控制编码
11.1 概述
③ 选择重发 ➢也是连续不断地发送码组，收端检测到错误后 发回NAK信号。 ➢与返回重发不同的是，发端并不重发错误码组 后的所有码组，而只重发有错的那个码组
➢发送两个码组之间有停顿时间TI，影响了传输效率
第11章 差错控制编码
11.1 概述
② 返回重发(拉回重发)
➢其发送端不停地送出一个个连续码组，不再等候 收端返回的ACK信号 ➢一旦收端发现错误并返回NAK信号，则发端从 下一码组开始重发前面的N个码组 ➢N的大小取决于信号传递及处理所带来的延时
第11章 差错控制编码
➢突发长度：指突发差错首位与末位之间的长 度（中间可能有没错的码位）
11.1 概述
说明 ➢差错序列或错误图样中的“０”表示对应 码位没错，而“１”表示有错 ➢实际信道很复杂，所出现的差错并不是单 一的，往往是随机和突发差错并存，只不 过以某种错误为主 ➢一般说来，纠正随机差错的编译码方法和 设备比较简单，成本较低，效果较显著； 而纠正突发差错的编译码方法和设备比较 复杂，成本较高，效果也不如前者显著
3
ACK
2
3
NAK
3
图11.1-2 停发等候重发
发现错误
第11章 差错控制编码
11.1 概述
➢发端在Tw时间内送出一个码组； ➢收端收到后检查。
▪ 如果未发现错误，则发回一个认可信号（ACK） 给发送端，发送端收到ACK信号再发下一个码组
▪ 若检测到错误，则发回一个否认信号（NAK）， 发送端收到NAK信号后重发前一码组，并再次 等候ACK信号或NAK信号
第11章 差错控制编码
3、错误图样
例如： ➢设发送数据序列为：111111111 ➢接收数据序列为： 111001001 ➢错误图样（差错序列）：发送数据序列与接 收序列对应码位的模２和 ➢则差错序列为： 0000000110110
可见
➢发生了两个长度分别为７和５的突发差错， 其错误图样分别为和11011