计算机网络技术基础05-差错控制技术课件

计算机网络技术基础计算机网络技术基础计算机网络技术基础第二章物理层第二章物理层 差错控制技术差错控制技术重点：差错控制技术重点：差错控制技术第二章物理层 差错控制技术数据通信差错控制技术数据通信差错控制技术 传输中的差错分为两大类：由热噪声引起的传输中的差错分为两大类：由热噪声引起的随机差错随机差错和由脉冲型噪声引起的和由脉冲型噪声引起的突发差错突发差错。差错控制的差错控制的核心是抗干扰编码核心是抗干扰编码。基本思想：基本思想：通过对信息序列作某种变换，使通过对信息序列作某种变换，使原来彼此独立、没有相关性的信息码元序列，经原来彼此独立、没有相关性的信息码元序列，经过这种变换后，产生某种规律性（相关性），从过这种变换后，产生某种规律性（相关性），从而在接收端有可能根据这种规律性来检查，进而而在接收端有可能根据这种规律性来检查，进而纠正传输序列中的差错。纠正传输序列中的差错。3数据通信差错控制技术 传输中的差错分为两大类：由热噪声数据通信差错控制技术数据通信差错控制技术 差错类型及差错控制的基本工作方式差错类型及差错控制的基本工作方式 1 1、差错类型、差错类型 从差错控制角度看，按加性干扰引起的错码分布规律的不同，从差错控制角度看，按加性干扰引起的错码分布规律的不同，信道可以分为三类，即信道可以分为三类，即随机信道，突发信道和混合信道随机信道，突发信道和混合信道。在随机信道中，错码的出现是随机的，而且错码之间是统计独在随机信道中，错码的出现是随机的，而且错码之间是统计独立、互不相关的。立、互不相关的。在突发信道中，错码是成串集中出现的。产生突发错码的主要在突发信道中，错码是成串集中出现的。产生突发错码的主要原因：原因：脉冲干扰脉冲干扰；无线信道中的；无线信道中的衰落现象衰落现象。突发错误的影响一般用。突发错误的影响一般用“突发长度突发长度”来表示。来表示。既存在随机错码又存在突发错码，且哪一种都不能忽略不计的既存在随机错码又存在突发错码，且哪一种都不能忽略不计的情况称为情况称为混合差错混合差错，这种信道称为，这种信道称为混合信道混合信道。4数据通信差错控制技术 差错类型及差错控制的基本工作方式4数据通信差错控制技术数据通信差错控制技术 差错类型及差错控制的基本工作方式差错类型及差错控制的基本工作方式 2 2、差错控制的基本工作方式、差错控制的基本工作方式发端发端检错重发（检错重发（ARQARQ）收端收端检错码检错码判决信号判决信号发端发端混合纠错（混合纠错（HECHEC）收端收端检错和纠错码检错和纠错码判决信号判决信号发端发端前向纠错（前向纠错（FECFEC）收端收端纠错码纠错码发端发端信息反馈（信息反馈（IFIF）收端收端信息信号信息信号信息信号信息信号数据通信差错控制技术 差错类型及差错控制的基本工作方式发端检数据通信差错控制技术数据通信差错控制技术（1 1）前向纠错）前向纠错 前向纠错又称前向纠错又称自动纠错自动纠错。这种方式是发送端的编码器。这种方式是发送端的编码器将输入的信息序列变换成能够纠正错误的码，接收端的译将输入的信息序列变换成能够纠正错误的码，接收端的译码器根据编码规律校验出错码及其位置并自动纠正。该方码器根据编码规律校验出错码及其位置并自动纠正。该方式的主要式的主要优点优点是实时性好，不需要反向信道。主要是实时性好，不需要反向信道。主要缺点缺点是是插入的监督码较多，传输效率低，译码设备复杂。插入的监督码较多，传输效率低，译码设备复杂。发端发端前向纠错（前向纠错（FECFEC）收端收端纠错码纠错码数据通信差错控制技术（1）前向纠错前向纠错（FEC）收端纠数据通信差错控制技术数据通信差错控制技术（2 2）检错重发）检错重发 检错重发又称检错重发又称自动反馈重发自动反馈重发（ARQARQ）。其方法是发送）。其方法是发送端采用某种能够检查出错误的码，在接收端根据编码规端采用某种能够检查出错误的码，在接收端根据编码规律校验有无错码，并把校验结果通过反向信道反馈到发律校验有无错码，并把校验结果通过反向信道反馈到发送端，如有错码就反馈重发信号，于是发送端重发，如送端，如有错码就反馈重发信号，于是发送端重发，如无错码就反馈继续发送信号。如重发后仍有错码，则再无错码就反馈继续发送信号。如重发后仍有错码，则再次重发，直至检不出错码为止。次重发，直至检不出错码为止。发端发端检错重发（检错重发（ARQARQ）收端收端检错码检错码判决信号判决信号数据通信差错控制技术（2）检错重发发端检错重发（ARQ）收数据通信差错控制技术数据通信差错控制技术（3 3）反馈校验）反馈校验 反馈校验法反馈校验法是发送端不进行纠错编码，直接发送信是发送端不进行纠错编码，直接发送信息码，接收端收到信息码以后，不管有无差错一律通过息码，接收端收到信息码以后，不管有无差错一律通过反向信道反馈到发送端，在发送端与原信息码比较，如反向信道反馈到发送端，在发送端与原信息码比较，如有差错则将有差错的部分重发。这种方式的有差错则将有差错的部分重发。这种方式的优点优点是，不是，不需要插入监督码，设备简单。主要需要插入监督码，设备简单。主要缺点缺点是实时性差，需是实时性差，需要反向信道。要反向信道。发端发端信息反馈（信息反馈（IFIF）收端收端信息信号信息信号信息信号信息信号数据通信差错控制技术（3）反馈校验发端信息反馈（IF）收端数据通信差错控制技术数据通信差错控制技术（4 4）混合纠错）混合纠错 发送端发送纠错码，接收端经校验如果错码较少且在纠错能力发送端发送纠错码，接收端经校验如果错码较少且在纠错能力之内，则译码器自动纠错，如果错码较多，已超过纠错能力，但未之内，则译码器自动纠错，如果错码较多，已超过纠错能力，但未超过检错能力，即能判决有无错码而不能判决错码的位置，此时译超过检错能力，即能判决有无错码而不能判决错码的位置，此时译码器自动发出信号，通过反向信道控制发送端重发。码器自动发出信号，通过反向信道控制发送端重发。混合纠错具有前向纠错和自动反馈重发的特点，需要反向信道混合纠错具有前向纠错和自动反馈重发的特点，需要反向信道和复杂的设备，但它能更好地发挥检错和纠错能力，在极差的信道和复杂的设备，但它能更好地发挥检错和纠错能力，在极差的信道中能获得较低的误码率。中能获得较低的误码率。发端发端混合纠错（混合纠错（HECHEC）收端收端检错和纠错码检错和纠错码判决信号判决信号数据通信差错控制技术（4）混合纠错发端混合纠错（HEC）收数据通信差错控制技术数据通信差错控制技术 奇偶监督码奇偶监督码 奇偶校验码奇偶校验码是一种通过增加一位冗余位使得是一种通过增加一位冗余位使得码字中码字中“1”1”的个数恒为奇数或偶数的编码方法，的个数恒为奇数或偶数的编码方法，它是一种检错码。在实际使用时又可分为它是一种检错码。在实际使用时又可分为垂直奇垂直奇偶校验、水平奇偶校验偶校验、水平奇偶校验和和水平垂直奇偶校验水平垂直奇偶校验等几等几种。种。1 1、垂直奇偶校验码、垂直奇偶校验码 能检测出每列中的所有奇数位错，但检测不能检测出每列中的所有奇数位错，但检测不出偶数位的错。差错的漏检率接近于出偶数位的错。差错的漏检率接近于1/21/2吗？吗？10数据通信差错控制技术 奇偶监督码10数据通信差错控制技术数据通信差错控制技术 奇偶监督码奇偶监督码 2 2、水平奇偶校验码、水平奇偶校验码 不但可以检测出各段同一位上的奇数位错，不但可以检测出各段同一位上的奇数位错，而且还能检测出突发长度而且还能检测出突发长度p p的所有突发错误。它的所有突发错误。它的漏检率要比垂直奇偶校验方法低。的漏检率要比垂直奇偶校验方法低。3 3、水平垂直奇偶校验、水平垂直奇偶校验 水平垂直奇偶校验能检测出所有水平垂直奇偶校验能检测出所有3 3位或位或3 3位以位以下的错误、奇数位错、突发长度下的错误、奇数位错、突发长度p+1p+1的突发错以的突发错以及很大一部分偶数位错。还可用来纠正部分差错。及很大一部分偶数位错。还可用来纠正部分差错。11数据通信差错控制技术 奇偶监督码11数据通信差错控制技术数据通信差错控制技术 循环码循环码 理论上可以证明循环冗余校验码的检错能力理论上可以证明循环冗余校验码的检错能力有以下有以下特点：特点：可检测出所有奇数位错。可检测出所有奇数位错。可检测出所有双比特的错。可检测出所有双比特的错。可检测出所有小于、等于校验位长度的突可检测出所有小于、等于校验位长度的突发错。发错。12数据通信差错控制技术 循环码12数据通信差错控制技术数据通信差错控制技术 1 1、循环码组的构成、循环码组的构成 循环码也是一种典型的分组码，码组的构成循环码也是一种典型的分组码，码组的构成如图如图2.262.26所示，由所示，由K K个信息码元和个信息码元和n-Kn-K个检验码元个检验码元构成。构成。1 2 3 K+1 n K-1，K n n-KK 校验码元 信息码元 数据通信差错控制技术 1、循环码组的构成1 2数据通信差错控制技术数据通信差错控制技术 2 2、检验码的产生、检验码的产生 将输入原始数据将输入原始数据P P（x x）与）与x xn-kn-k相乘积，得到相乘积，得到PP（x x）；）；用用PP（x x）除以预定的生成多项式）除以预定的生成多项式G G（x x）；）；将将的运算结果所得余数的运算结果所得余数R R（x x）作为校验）作为校验码元（码元（CRCCRC）；）；在在PP（x x）的后面附加上校验码元）的后面附加上校验码元（CRCCRC）送往数据电路传输；）送往数据电路传输；14数据通信差错控制技术 2、检验码的产生14数据通信差错控制技术数据通信差错控制技术 3 3、差错校验差错校验 在收信端对接收到的数据信息用在收信端对接收到的数据信息用G G（x x）（与发送端）（与发送端相同）去除，若能除尽（余数相同）去除，若能除尽（余数R R（x x）为零），则判断为）为零），则判断为无错，若除尽（余数无错，若除尽（余数R R（x x）不为零），则判断为有错，）不为零），则判断为有错，然后向发送端送出应答信号。然后向发送端送出应答信号。4 4、除法除法 用特殊的逻辑电路进行计算。在计算机或微处理机用特殊的逻辑电路进行计算。在计算机或微处理机中可用程序实现，但一般多用硬件逻辑实现，这样不仅中可用程序实现，但一般多用硬件逻辑实现，这样不仅可以减小程序量，而且速度也快。可以减小程序量，而且速度也快。15数据通信差错控制技术 3、差错校验15数据通信差错控制技术数据通信差错控制技术 5 5、重发、重发 除法结果若判断有错，则向发信端发出否定应答，除法结果若判断有错，则向发信端发出否定应答，要求重发该组信息；除法结果若判断无错，则向发信端要求重发该组信息；除法结果若判断无错，则向发信端发出肯定应答，通知发信端发送下一个新的数据信息码发出肯定应答，通知发信端发送下一个新的数据信息码组。组。U（x）余数R（x）输入数据 P（x）移位寄存 P（x）附加CRC CRC 校验 判断 输出数据 CRC形成 P（x）R（x）V（x）发信端 发信端 数据电路 数据通信差错控制技术 5、重发U（x）余数R（x）输数据通信差错控制技术数据通信差错控制技术 6 6、举例、举例（1 1）假设原始输入数据为：）假设原始输入数据为：1000100101（2 2）将输入数据用多项式表示为）将输入数据用多项式表示为:P:P（x x）=x=x9 9+x+x5 5+x+x2 2+1+1（3 3）设生成多项式）设生成多项式G G（x x）为）为:G:G（x x）=x=x5 5+x+x4 4+x+x2 2+1+1（4 4）PP（x x）=x=xr rPP（x x）=x=x5 5PP（x x）=x=x5 5（x x9 9+x+x5 5+x+x2 2+1+1）=x=x1414+x+x1010+x+x7 7+x+x5 5（5 5）PP（x x）/G/G（x x）=Q=Q（x x）+R+R（x x）17数据通信差错控制技术 6、举例 17数据通信差错控制技术数据通信差错控制技术（6 6）发送的循环码数据信息）发送的循环码数据信息U U（x x）：）：U U（x x）=P=P（x x）+R+R（x x）=x=x1414+x+x1010+x+x7 7+x+x5 5+x+1=100010010100011+x+1=100010010100011 还有一种方法，是利用二进制模还有一种方法，是利用二进制模2 2的方法。的方法。18数据通信差错控制技术（6）发送的循环码数据信息U（x）：1小结与作业小结与作业小结小结 本次课主要学习了差错类型、差错控制的基本次课主要学习了差错类型、差错控制的基本工作方式及奇偶监督码、循环码等方面的知识。本工作方式及奇偶监督码、循环码等方面的知识。重点重点掌握循环码的计算方法。掌握循环码的计算方法。作业作业P55 三三 7、8、919小结与作业小结19谢谢！谢谢！谢谢！