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文檔簡介
1、2020年10月8日星期四8時54分46秒,網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),第2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)-差錯控制,彭獻武,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),1、差錯的起因,通信過程中出現(xiàn)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(guān)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(zhuǎn)發(fā)信道。 突發(fā)差錯是指一串串,甚至是成片出現(xiàn)的差錯,差錯之間有相關(guān)性,差錯出現(xiàn)是密集的。,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),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(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),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(chǔ)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(guān)系。在接收數(shù)據(jù)時,檢驗信息碼元與監(jiān)督碼元之間的既定的約束關(guān)系,如該關(guān)系遭到破壞,則在接收端可以發(fā)現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),3、差錯控制方式,1、檢錯重發(fā)(ARQ) (1)思路 發(fā)送端對數(shù)據(jù)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(xiàn)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(jié)果(應(yīng)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(rèn)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(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),2020年10月8日星期四8時54分46秒,網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),2020年10月8日星期四8時54分46秒,網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),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(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),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(shè)備較簡單。,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),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(shù)據(jù)序列變換成能夠糾正錯誤的碼,接收端的譯碼器根據(jù)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(shè)備復(fù)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(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),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(jié)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(yán)重,錯誤很多,
5、超出糾正能力,但能檢測出來,則經(jīng)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(fù)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(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),例1:某數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),例2:某數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),例3:某數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),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(shù)成奇數(shù)(奇校驗)或偶數(shù)(偶校驗)。 經(jīng)過傳輸后, 如果其中一位(甚至奇數(shù)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(xiàn)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(nèi)部數(shù)據(jù)校驗。,4、檢錯碼,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),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(jīng)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(xiàn)很容易, 在局域網(wǎng)中有廣泛的應(yīng)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(shù)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(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),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(shù)。該余數(shù)即為所得校驗碼; 將該校驗碼加在原信息碼后,就構(gòu)成待傳輸?shù)膋+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(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),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(yīng)的代碼去模2除收到的代碼,即T(x)對應(yīng)的代碼,若余數(shù)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(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),編碼:信
9、息序列1001001對應(yīng)的碼多項式為K(x)x6+x3+1 xr.K(x)x9+x6+x3,對應(yīng)的代碼為1001001000 (相當(dāng)于信息碼左移3位) 選 生成多項式G(x)x3+x2+1, 對應(yīng)的碼多項式為1101,應(yīng)用舉例,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),余數(shù),運算演示:,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),編碼結(jié)果:得到檢驗序列111。因此傳輸?shù)拇a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(yīng)的代碼1101,得余數(shù)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(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),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(yīng)的代碼1101,得余數(shù)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(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),運算演示:,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),糾錯依據(jù):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(guān),與 M (x)代碼值無關(guān)。據(jù)此可作為該種碼制的糾錯依據(jù)。,(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(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),CRC碼的特點 CRC碼是面向數(shù)據(jù)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(shù)個錯、全部偶數(shù)位錯和全部小于、等于冗余位數(shù)的突發(fā)性錯誤; 理論證明,余數(shù)代碼與出錯位序號之間有唯一的對應(yīng)關(guān)系,據(jù)此,CRC有糾錯功能; 一旦G(x)選定,CRC碼對幀內(nèi)有(r+1)bit出錯時無法糾錯; 使用CRC技術(shù)只能做到無差錯接受(不包括丟失幀),可靠傳輸需加上確認(rèn)重傳機制。,2020年10月8日星期四8時54分46秒,網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),由以上分析可知,只要選擇足夠的
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