CH13-差错控制和信道编码PPT文件格式下载.ppt

1、其余的内容可根据学时情况酌情加以了解即可。据学时情况酌情加以了解即可。11/6/20223兰州大学信息科学与工程学院电信、通信工程系在实际信道上传输数字信号时，由于信道传输特在实际信道上传输数字信号时，由于信道传输特性不理想以及加性噪声的影响，接收端所收到的性不理想以及加性噪声的影响，接收端所收到的数字信号不可避免地会发生错误。数字信号不可避免地会发生错误。产生差错的原因产生差错的原因信道的电气特性引起信号幅度、频率、相位的畸变；信道的电气特性引起信号幅度、频率、相位的畸变；信号反射；串扰；闪电、大功率电机的启停产生脉冲干扰等。一般说来，一般说来，线路传输差错是不可避免的，但要线路传输差错是不

2、可避免的，但要尽量减小其影响。尽量减小其影响。1.1.引言引言11/6/20224兰州大学信息科学与工程学院电信、通信工程系1.1.引引 言言信道差错的几种模式信道差错的几种模式随机差错随机差错：差错的出现是随机的，一般而言差错出现的位置是随机分布的。这种情况一般是由信道的加性随机噪声引起的。一般将这种信道称为随机信道随机信道。突发差错突发差错：差错的出现是一连串出现的。这种情况如移动通信中信号在某一段时间内发生衰落，造成一串差错；光盘上的一条划痕等等。这样的信道我们称之为突发突发信道信道。混合差错混合差错：既有突发错误又有随机差错的情况。这种信道称之为混合信道混合信道。11/6/20225兰

3、州大学信息科学与工程学院电信、通信工程系1.1.引引 言言降低误码的技术措施：降低误码的技术措施：为了在已知信噪比情况下达到一定的误比特为了在已知信噪比情况下达到一定的误比特率指标，首先应该合理设计基带信号，选择调率指标，首先应该合理设计基带信号，选择调制解调方式，采用时域制解调方式，采用时域/频域均衡，使误比特频域均衡，使误比特率尽可能降低。率尽可能降低。但若误比特率仍不能满足要求，则必须采用但若误比特率仍不能满足要求，则必须采用信道编码信道编码（即（即差错控制编码差错控制编码），将误比特率进，将误比特率进一步降低，以满足系统指标要求。一步降低，以满足系统指标要求。随着差错控制编码理论的完善

4、和数字电路技术随着差错控制编码理论的完善和数字电路技术的发展，信道编码已经成功地应用于各种通信的发展，信道编码已经成功地应用于各种通信系统中，并且在计算机、磁记录与存储中也得系统中，并且在计算机、磁记录与存储中也得到日益广泛的应用。到日益广泛的应用。11/6/20226兰州大学信息科学与工程学院电信、通信工程系1.1.引引 言言我们研究的是编码和译码，所以完全可以将调我们研究的是编码和译码，所以完全可以将调制、解调与信道合起来等效成一个等效信道制、解调与信道合起来等效成一个等效信道编码信道编码信道。编码信道根据调制解调的不同输入和输出具有编码信道根据调制解调的不同输入和输出具有不同的类型不同的

5、类型离散无记忆对称二进制输入二进制输出信道（BSC）离散无记忆二进制输入多进制输出信道离散无记忆多进制输入多进制输出离散无记忆二进制输入连续输出离散有记忆信道编码信道编码信道信源编编码码调制信道解调译译码码信宿11/6/20227兰州大学信息科学与工程学院电信、通信工程系1.1.引引 言言信道编码的目的信道编码的目的：改善数字通信系统的传输质量信道编码信道编码（差错控制编码差错控制编码）的基本思路的基本思路：在发送端将被传输的信息附上一些监督码元，这些冗余的码元与信息码元之间以某种确定的规则某种确定的规则相互关联（约束）。接收端按照既定的规则校验信息码元与监督码元之间的关系，一旦传输发生差错，

6、则信息码元与监督码元的关系就受到破坏，从而接收端可以发现错误乃至纠正错误。信道编码的任务信道编码的任务：构造出以最小多余度（冗余度）代价换取最大抗干扰性能的“好码”。研究各种编码和译码方法是信道编码所要解决的研究各种编码和译码方法是信道编码所要解决的主要问题。主要问题。11/6/20228兰州大学信息科学与工程学院电信、通信工程系信道编码与信源编码的区别信道编码与信源编码的区别信源编码尽量减少信源的尽量减少信源的冗冗余度余度。即尽可能用。即尽可能用最少的信息比特来最少的信息比特来表示信源。表示信源。如话音压缩编码、如话音压缩编码、图象压缩编码图象压缩编码。信道编码在待传输信息中加在待传输信息中

7、加入冗余信息，以此入冗余信息，以此达到差错控制的目达到差错控制的目的，从而提高通信的，从而提高通信系统的系统的可靠性可靠性。如纠错编码、检错如纠错编码、检错重发编码等重发编码等11/6/20229兰州大学信息科学与工程学院电信、通信工程系2.2.差错控制方式及信道编码的基本概念差错控制方式及信道编码的基本概念一、差错控制的三种方式：一、差错控制的三种方式：检错重发（检错重发（ARQ：Automatic Repeat Request）在接收端根据编码规则进行检查，如果发现规则被破坏，则通过反向信道反向信道要求发送端重新发送，直到接收端检查无误为止。ARQ系统需要反馈信道，效率较低，但是能达到很好

8、的性能。前向纠错（前向纠错（FEC：Forward Error Correction）发送端发送能纠正错误的编码，在接收端根据接收到的码和编码规则，能自动纠正传输中的错误。不需要反馈信道，实时性好，但是随着纠错能力的提高，编译码设备复杂。混合方式混合方式（HEC：Hybrid Error Correction）结合前向纠错FEC和ARQ的系统，在纠错能力范围内，自动纠正错误，超出纠错范围则要求发送端重新发送。它是一种折中的方案。11/6/202210兰州大学信息科学与工程学院电信、通信工程系差错控制的三种方式差错控制的三种方式检错重发（检错重发（ARQ：Automatic Repeat Req

9、uest）前向纠错（前向纠错（FEC：Forward Error Correction）混合方式混合方式（HEC：Hybrid Error Correction）发送发送接收接收可检错的码序列应答信号发送发送接收接收可检错和纠错的码序列可检错和纠错的码序列发送发送接收接收可检错和纠错的码序列可检错和纠错的码序列应答信号11/6/202211兰州大学信息科学与工程学院电信、通信工程系差错控制的三种方式差错控制的三种方式 之之 ARQ检错重发检错重发 ARQ系统具有各种不同的重发机制系统具有各种不同的重发机制停等 ARQ发送方每发完一帧必须等接收方确认后才能发下一帧。Go-back-N ARQ（回

10、退N）发送方可连续发送多帧。若前面某帧出错，从该帧以后的各帧都需重发。（一般与流控结合使用）选择性重传 SARQ发送方可连续发送多帧。若前面某帧出错，只需重发该出错的帧。发送方需要缓存前面所有未被确认的帧。其它不常用的差错控制方式：信息反馈方式（信息反馈方式（IRQ）11/6/202212兰州大学信息科学与工程学院电信、通信工程系差错控制的三种方式差错控制的三种方式 之之 ARQ停等停等ARQ回退回退N选择性重传选择性重传码组1ACKNAK码组2ACK重发码组2码组3无错无错有错发送接收1234563456712345634567发现错误发现错误NAK重发重发12345637891234563

11、789发现错误发现错误NAK重发11/6/202213兰州大学信息科学与工程学院电信、通信工程系二、二、信道编码的分类信道编码的分类 1、按功能划分为：、按功能划分为：检错码、纠错码、纠删码（兼检错、纠错）2、按信息位和校验位的约束关系分为：、按信息位和校验位的约束关系分为：线性码、非线性码3、按信息码元和监督码元的约束关系分为：、按信息码元和监督码元的约束关系分为：分组码：监督码仅与本码组信息码有关卷积码：监督码不仅与本码组信息码有关，而且与前面码组的信息码有关。4、按编码后信息码结构是否发生变化分为：、按编码后信息码结构是否发生变化分为：系统码：编码前后信息码结构不变非系统码：编码前后信息

12、码结构发生改变5、按码元的进制进行划分：、按码元的进制进行划分：二进制码、多进制码：11/6/202214兰州大学信息科学与工程学院电信、通信工程系三、信道编码的基本概念三、信道编码的基本概念分组码分组码：将将k比特信息编成比特信息编成n比特一组的码字比特一组的码字（码组），记为（码组），记为（n，k）分组码。分组码。K位码元，作为信息码元r=n-k位码元，称作冗余码、监督码许用码组：许用码组：禁用码组：码重码重W：码字中码字中1的个数。的个数。如W（11000）=2;W（010）=1 码距码距d（汉明距离汉明距离Hamming）：两码组中两码组中对应位不同的比特（对应位不同的比特（bit）数

13、。数。如C1:11000，C2:11101,则d（C1，C2）=211/6/202215兰州大学信息科学与工程学院电信、通信工程系信道编码的基本概念信道编码的基本概念最小码距最小码距：分组码（n,k）中任何两个码字Ci、Cj之间的码距的最小值，用dmin表示。最小码距是衡量码的一种内在属性 最小码距决定了码的纠错、检错性能若要发现e个独立随机错误，要求dmine+1若要纠正t个独立随机错误，要求dmin2t+1若要发现e个同时又纠正t（et）个独立随机错误，要求dmine+t+1e+1ee2t+1tte+t+1et11/6/202216兰州大学信息科学与工程学院电信、通信工程系四、常用简单检错

14、码四、常用简单检错码1.奇偶监督码（奇偶校验码）奇偶监督码（奇偶校验码）最简单的检错码（1bit校验），在计算机数据传输中得到广泛应用 传送信息分组（an-1,a1,）+监督位（a0）=一个传输码组（an-1,a1,a0）偶校验：an-1+an-2+a1+a0=0（mod 2）（即偶数个1）奇校验：an-1+an-2+a1+a0=1（mod 2）（即奇数个1）可见这种码的最小码距为可见这种码的最小码距为2，只能检，只能检出出1个独立随机差错。个独立随机差错。11/6/202217兰州大学信息科学与工程学院电信、通信工程系简单的检错简单的检错码码2.二维奇偶监督码（行列监督码）二维奇偶监督码（行列监督码）可检测出任一行或任一列上所有奇数个错码信息码元信息码元水平监督码水平监督码010110110010101010010000110000110垂直监督码垂直监督码0011111101111/6/202218兰州大学信息科学与工程学院电信、通