第2章2補充之差錯控制.ppt

1、2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,第2章 數據通信基礎-差錯控制,彭獻武,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,1、差錯的起因,通信過程中出現的差錯大致分為兩類: 1、由熱噪聲引起的隨機差錯； 2、由脈沖噪聲引起的突發(fā)差錯。 隨機差錯又稱獨立差錯，是指那些獨立地、稀疏地和互不相關地發(fā)生的差錯。存在這種差錯的信道稱為無記憶信道或隨機信道，例如微波接力和衛(wèi)星轉發(fā)信道。 突發(fā)差錯是指一串串，甚至是成片出現的差錯，差錯之間有相關性，差錯出現是密集的。,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,下圖為熱噪聲引起信號出錯,2020年10月8日星期四8時54分

2、46秒,網絡基礎,2、差錯控制的基本思路,在發(fā)送端被傳送的信息碼序列的基礎上，按照一定的規(guī)則加入若干“監(jiān)督碼元”后進行傳輸，這些加入的碼元與原來的信息碼序列之間存在著某種確定的約束關系。在接收數據時，檢驗信息碼元與監(jiān)督碼元之間的既定的約束關系，如該關系遭到破壞，則在接收端可以發(fā)現傳輸中的錯誤，乃至糾正錯誤。,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,3、差錯控制方式,1、檢錯重發(fā)（ARQ） （1）思路 發(fā)送端對數據序列進行分組編碼，加入一定的碼元使之具有一定的檢錯能力，成為能夠發(fā)現錯誤的碼組。接收端收到碼組后，按一定規(guī)則對其進行有無錯誤的判別，并把判決結果（應答信號）通過反向信道送

3、回發(fā)送端。如有錯誤，發(fā)送端把前面發(fā)出的信息重新傳送一次，直到接收端認為已正確接收到信息為止。 （2）重發(fā)方式（3種形式）： 停發(fā)等候重發(fā) 返回重發(fā) 選擇重發(fā),2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,三種重發(fā)方式的比較,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,ARQ的優(yōu)缺點,（3）ARQ的優(yōu)缺點 需反向信道，實時性差。 編碼效率較高。 譯碼設備較簡單。,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,前向糾錯（FEC）,2、前向糾錯（FEC） 思路 前向糾

4、錯系統(tǒng)中，發(fā)送端的信道編碼器將輸入數據序列變換成能夠糾正錯誤的碼，接收端的譯碼器根據編碼規(guī)律檢驗出錯誤的位置并自動糾正。 優(yōu)點 ：不需要反向信道，實時性好。 缺點：1、所選擇的糾錯碼必須與信道的錯碼特性密切配合，否則很難達到降低錯碼率的要求；2、為了糾正較多的錯碼，譯碼設備復雜；3、要求附加的監(jiān)督碼也較多，傳輸效率較低。,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,混合糾錯檢錯（HEC）,思路 混合糾錯檢錯方式是前向糾錯方式和檢錯重發(fā)方式的結合。在這種系統(tǒng)中，發(fā)送端發(fā)出同時具有檢錯和糾錯能力的碼，接收端收到碼后，檢查錯誤情況，如果錯誤少于糾錯能力，則自行糾正；如果干擾嚴重，錯誤很多，

5、超出糾正能力，但能檢測出來，則經反向信道要求發(fā)端重發(fā)。 優(yōu)缺點 混合糾錯檢錯方式在實時性和譯碼復雜性方面是前向糾錯和檢錯重發(fā)方式的折衷。,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,例1：某數據通信系統(tǒng)采用停發(fā)等候重發(fā)的差錯控制方式，請在下圖的“？”處填入ACK、NAK或碼組號。,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,例2：某數據通信系統(tǒng)采用選擇重發(fā)的差錯控制方式，發(fā)送端要向接收端發(fā)送7個碼組（序號06），其中1號碼組出錯，請在下圖中的空格里填入正確的碼組號。,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,例3：某數據通信系統(tǒng)采用返回重發(fā)的差錯控制方式，發(fā)送端

6、要向接收端發(fā)送8個碼組（序號07），其中1號碼組出錯，請在下圖中的空格里填入正確的碼組號。,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,奇偶校驗碼是最常用的檢錯方法。 其原理是在7單位的ASCII代碼后增加一位, 使碼字中1的個數成奇數(奇校驗)或偶數(偶校驗)。 經過傳輸后, 如果其中一位(甚至奇數個多位)出錯, 則接收端按同樣的規(guī)則(奇校驗或偶校驗)就能發(fā)現錯誤。 顯然這種方法簡單實用, 但只能檢錯少量的隨機性錯誤。不能糾錯。 多用于計算機內部數據校驗。,4、檢錯碼,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,循環(huán)冗余校驗碼(CRC) 所謂循環(huán)碼是這樣一組代碼, 其中任

7、一有效碼字經過循環(huán)移位后得到的碼字仍然是有效碼字, 不論是右移或左移, 也不論移多少位。 例如, 若(a n-1 a n-2 a1 a0)是有效碼字, 則(a n-2 a n-3 a0 a n-1), (a n-3 a n-4 a n-1 a n-2), , 等都是有效碼字。 循環(huán)冗余校驗碼是一種循環(huán)碼, 它有很強的糾錯檢錯能力, 而且硬件實現很容易, 在局域網中有廣泛的應用。 它所約定的校驗規(guī)則是：讓校驗碼能為某一約定代碼所除盡；如果除得盡，表明代碼正確；如果除不盡，余數將指明出錯位所在位置。,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,CRC校驗碼編碼過程 取k位信息碼，再將其左

8、移r位，得到k+r位二進制碼； 用生成碼去模2除（異或）該二進制碼，得到r為余數。該余數即為所得校驗碼； 將該校驗碼加在原信息碼后，就構成待傳輸的k+r位CRC碼 （信息碼加校驗碼）。, 模2運算: 用模2運算進行加法時不進位，減法和加法是一樣的。例如： 111110100101,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,CRC碼的譯碼過程 接收端譯碼要求有兩個：檢錯和糾錯。 檢錯：原理和操作都很簡單。以生成多項式G(x)對應的代碼去模2除收到的代碼，即T(x)對應的代碼，若余數為0，則說明傳輸過程無差錯，否則有差錯。,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,編碼：信

9、息序列1001001對應的碼多項式為K(x)x6+x3+1 xr.K(x)x9+x6+x3，對應的代碼為1001001000 (相當于信息碼左移3位) 選 生成多項式G(x)x3+x2+1， 對應的碼多項式為1101,應用舉例,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,余數,運算演示：,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,編碼結果：得到檢驗序列111。因此傳輸的代碼序列為1001001111,碼多項式為T(x)。 譯碼：如收到的代碼為1001001111，則用其除以生成多項式對應的代碼1101，得余數為0(讀者自己驗證)。說明信息在傳輸過程中沒錯，將最后的r位校驗

10、位碼“111”去掉，就得到信息碼1001001。,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,譯碼并糾錯：若收到的T(x)代碼為1001001101，按原過程計算，將其除以生成多項式對應的代碼1101，得余數為10(如下頁)。這就說明傳輸有差錯，差錯e(x)=x，其代碼為10。 將其糾正1001001101+10=1001001111,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,運算演示：,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,糾錯依據：更換不同值的M (x)可以證明, 出錯模式只與碼制和選用的 G (x)有關,與 M (x)代碼值無關。據此可作為該種碼制的糾錯依據。,(7,4)制CRC碼的出錯模式表 (G (x)=1011),2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,CRC碼的特點 CRC碼是面向數據幀編碼檢錯； 理論證明，循環(huán)冗余檢驗碼能夠檢驗出：全部奇數個錯、全部偶數位錯和全部小于、等于冗余位數的突發(fā)性錯誤； 理論證明,余數代碼與出錯位序號之間有唯一的對應關系，據此，CRC有糾錯功能； 一旦G(x)選定，CRC碼對幀內有(r+1)bit出錯時無法糾錯； 使用CRC技術只能做到無差錯接受(不包括丟失幀),可靠傳輸需加上確認重傳機制。,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網絡基礎,由以上分析可知，只要選擇足夠的