《现代通信原理与技术》课件_第12章.pptx

第12章差错控制编码;

12.1概述;

由于信道噪声及信道传输特性不同,因此造成错误的统计特性也不同。传输信道中常见的错误有以下三种:

(1)随机错误。这种错误是随机出现的,通常不是成片地出现,并且各个错误的出现是统计独立的。这种情况一般是由信道的加性随机噪声引起的。因此,一般将具有此特性的信道称为随机信道。;

(2)突发错误。这种错误是相对集中出现的,即在短时间段内有很多错误出现。这种情况如移动通信中信号在某一段时间内发生衰落,造成一串错误;汽车发动时电火花干扰造成的错误;光盘上的一条划痕,等等。这样的信道我们称之为突发信道。

(3)混合错误。这种错误是指既有突发错误又有随机错误的情况。这种信道称为混合信道。;

由于传输中造成错误的统计特性不同,所采用的差错控制方法也不相同,因此常用的差错控制方法主要有三种形式。

1.检错重发方式

检错重发又称反馈纠错。发送端在被传输的数据信息中增加一些监督码编成码组,使其具有一定的检错能力。接收端对接收到的码组按一定的规则进行有无错误的判断,并将判断结果通过反馈信道送回发送端。发送端根据应答信号内容来决定是重新发送原来数据信息还是发送新数据信息。如此往复,直至将数据信息正确接收完为止。;

检错重发方式有如下6个特点:

(1)编译码简单,容易实现;

(2)编码效率高,只需要少量的冗余码就能获得极低的输出误码率;

(3)所使用的检错码与传输出错的统计特性无关,对各种信道的不同错误特性有一定的适应能力;

(4)通信系统必须要有反馈信道,因而不能用于单向传输系统和一点对多点的同播系统;

(5)由于检错重发的随机性,接收端送给用户的正确数据信息也是随机到达的,因此不适合实时数据传输;

(6)当信道干扰增大时,数据传输中错误增多,这将导致系统通信效率降低。;

检错重发系统称为自动要求重发(AutomaticRepeatreQuest,ARQ)系统。图12-1

是检错重发差错控制系统的组成框图。检错重发系统有三种主要工作方式:发送等候(SWARQ)工作方式、连续工作方式和混合工作方式。连续工作方式又可分为退N或往返重发N方式(GBNARQ)和选择性重发方式(SNARQ)。;;

发送等候(SWARQ)工作方式是一种简单的检错重发方式,其工作过程如图12-2所示。;

2.前向纠错方式(FEC)

前向纠错方式(ForwardErrorCorrection,FEC)数据通信系统如图12-3所示,由发送数据终端、纠错码编码器、数据信道、纠错码译码器、接收数据终端等部分组成。;;

前向纠错方式有如下4个主要特点:

(1)通信系统不需要反馈信道,能用于单向通信系统,因而也适用于一点对多点的同播系统;

(2)译码延迟固定,适用于实时传输系统;

(3)纠错能力与所加的冗余码多少有关,为了得到较强的纠错能力所需要的冗余码较多,因而编码效率较低;

(4)当传输中产生的错误超过码的纠错能力时,带有错误的数据信息有可能送给用户,从而造成用户接收到有错的数据信息。;

3.混合差错控制方式(HEC)

混合差错控制方式(HybridErrorCorrection,HEC)是前向纠错与检错重发两种差错控制方式的结合。发送端进行同时具有自动纠错和检错能力的编码,接收端收到码组后,首先进行错误情况判断,如果出现的错误在该编码的纠错能力范围之内,则自动对错误进行纠正。混合差错控制方式的原理如图12-4所示。;;

混合差错控制方式有以下4个主要特点:

(1)同时具有检测错误和纠正错误的能力。

(2)克服了检错重发方式数据连贯性差、通过率随信道错误率的增加而迅速降低的严重缺点。

(3)避免了前向纠错方式为了得到低的错误率,使得编码效率低、需要很复杂的译码器及不能适应信道错误变化的缺点。

(4)需要双向信道。

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随着数字通信技术的发展,各种误码控制编码方案相继推出。这些方案建立在不同的数学模型基础上,并具有不同的检错与纠错特性。图12-5给出了纠错码的各种类型。;;

12.2差错控制编码的基本原理;

纠错编码的基本原理是:为了使信源信息具有检错和纠错能力,应当按一定的规则在信息码中增加一些冗余码(又称监督码),使这些冗余码与被传送信息码之间建立一定的关系,发送端完成这个任务的过程就称为差错控制编码(或纠错编码);在接收端,根据信息码与监督码的特定关系,实现检错或纠错,输出原信息码,完成这个任务的过程就称差错控制译码(或纠错译码)。另外,无论检错和纠错,都有一定的识别范围。差错控制编码原则上是以降低信息传输速率来换取信息传递的可靠性的提高。我们研究误码控制编码,正是为了寻求较好