複製鏈接
請複製以下鏈接發送給好友

差錯控制

編輯 鎖定
差錯控制(error control)是在數字通信中利用編碼方法對傳輸中產生的差錯進行控制,以提高數字消息傳輸的準確性。
中文名
差錯控制
外文名
errorcontrol
釋    義
保證接收的數據完整、準確的方法
總的方法
前向糾錯實時性好,單工通信採用
ARQ
自動重發請求
應用學科
通信
定    義
在數字通信中利用編碼方法對傳輸中產生的差錯進行控制,以提高數字消息傳輸的準確性

差錯控制簡介

編輯
差錯控制在數字通信中利用編碼方法對傳輸中產生的差錯進行控制,以提高傳輸正確性和有效性的技術。差錯控制包括差錯檢測、前向糾錯(FEC)和自動請求重發;(ARQ)。
根據差錯性質不同,差錯控制分為對隨機誤碼的差錯控制和對突發誤碼的差錯控制。隨機誤碼指信道誤碼較均勻地分佈在不同的時間間隔上;而突發誤碼指信道誤碼集中在一個很短的時間段內。有時把幾種差錯控制方法混合使用,並且要求對隨機誤碼和突發誤碼均有一定差錯控制能力。
一種保證接收的數據完整、準確的方法。因為實際電話線總是不完善的。數據在傳輸過程中可能變得紊亂或丟失。為了捕捉這些錯誤,發送端調制解調器對即將發送的數據執行一次數學運算,並將運算結果連同數據一起發送出去,接收數據的調制解調器對它接收到的數據執行同樣的運算,並將兩個結果進行比較。如果數據在傳輸過程中被破壞,則兩個結果就不一致,接收數據的調制解調器就申請發送端重新發送數據。
差錯分類
通信過程中的差錯大致可分為兩類:一類是由熱噪聲引起的隨機錯誤;另一類是由衝突噪聲引起的突發錯誤。突發性錯誤影響局部,而隨機性錯誤影響全局。 [1] 

差錯控制產生原因

編輯
差錯產生的原因主要是由於線路本身電氣特性所產生的隨機噪聲(熱噪聲),信號振幅,頻率和相位的衰減或畸變,電信號在傳輸介質上的反射回音效應,相鄰線路的串擾,外界的電磁干擾和設備故障等因素造成的.

差錯控制差錯控制方式

編輯

差錯控制總的方法

1、前向糾錯。實時性好,單工通信採用。
2、自動重發請求(ARQ)。強調檢錯能力,不要求有糾錯能力,雙向通道採用。
3、混合糾錯。上述兩種方式的綜合,但傳輸設備相對複雜。

差錯控制分類方法

差錯檢測是差錯控制的基礎。能糾錯的碼首先應具有差錯檢測能力,而只有在能夠判定接收到的信號是否出錯才談得上是否要求對方重發出錯消息。具有差錯檢測能力的碼不一定具有差錯糾正能力。由於差錯檢測並不能提高信道利用率,所以主要應用於傳輸條件較好的信道上做為誤碼統計和質量控制的手段。
自動請示重發ARQ和前向糾錯FEC是進行差錯控制的兩種方法。
在ARQ方式中,接收端檢測出有差錯時,就設法通知發送端重發,直到正確的碼字收到為止。ARQ方式使用檢錯碼,但必須有雙向信道才可能將差錯信息反饋到發送端。同時,發送方要設置數據緩衝區,用以存放已發出的數據以便於重發出錯的數據。
在FEC方式中,接收端不但能發現差錯,而且能確定二進制碼元發生錯誤的位置,從而加以糾正。FEC方式使用糾錯碼,不需要反向信道來傳遞請示重發的信息,發送端也不需要存放以務重發的數據緩衝區。但編碼效率低,糾錯設備也比較複雜。
差錯控制編碼又可分為檢錯碼和糾錯碼
檢錯碼只能檢查出傳輸中出現的差錯,發送方只有重傳數據才能糾正差錯;而糾錯碼不僅能檢查出差錯而且能自動糾正差錯,避免了重傳。
一般的檢錯碼有:奇偶校驗碼循環冗餘碼
在實際通信網中,往往在不同的應用場合採用不同的差錯控制技術。前向糾錯主要用於信道質量較差、對傳輸時延要求較嚴格的有線和無線傳輸當中;差錯檢測往往用於傳輸質量較高或進行了前向糾錯後的通路的監測管理之中>自動請求重發則多用於象計算機通信等對時延要求不高但對數據可靠性要求非常高的文件傳輸之中。

差錯控制控制方法

編輯
差錯控制方法
  1. 誤碼率誤碼率Pe=接受的錯誤碼元數/接受的總碼元數採取的措施有兩種:提高線路電氣特性、採用差錯控制技術
  2. 差錯控制常用的差錯控制方法是在數據中加入差錯控制編碼,在所要發送的信息位之前按照某種規則加上一定的冗餘位,構成一個碼字再傳送。通常有反饋重傳技術、前向糾錯技術:1)反饋重傳技術發送端在信息位中加入檢錯碼,接收端收到碼字後利用檢錯碼對信息位進行檢錯,如正確則發回無錯信號,開始傳送下一信息位,如不正確則發回有錯信號,發送端重發信息,直到接收端確認無誤為止。2)前向糾錯技術發送端發送能夠糾錯的數據,接收端收到數據後不僅能自動發現錯誤,還能自動糾正傳輸中的錯誤,優點是不需要反饋信道,但設備複雜。

差錯控制系統組成及作用原理

編輯

差錯控制系統組成

圖1 差錯控制 圖1 差錯控制
差錯控制系統的組成及其作用原理如圖1。圖1中虛線內的部分就是數字通信中的差錯控制系統。當沒有差錯控制時,信源輸出的數字(也稱符號或碼元)序列將直接送往信道。由於信道中存在干擾,信道的輸出將發生差錯。數字在傳輸中發生差錯的概率(誤碼率)是傳輸準確性的一個主要指標。在數字通信中信道給定以後,如果誤碼率不能滿足要求,就要採取差錯控制。按具體實現方法的不同,差錯控制可以分為前向糾錯法、反饋重傳法和混合法三種類型。 差錯控制
前向糾錯法  差錯控制系統只包含信道編碼器和譯碼器。從信源輸出的數字序列在信道編碼器中被編碼(見信道編碼),然後送往信道。由於信道編碼器使用的是糾錯碼譯碼器可以糾正傳輸中帶來的大部分差錯而使信宿得到比較正確的序列。
前向糾錯在接收端檢測到接收碼元差錯後,通過一定的運算,確定差錯的具體位置,並自動加以糾正。又稱自動糾錯,是提高信道利用率的一種有效手段。信息論中的信道編碼理論是研究對給定信道的前向糾錯能力的極限,而糾錯編碼理論是研究用於前向糾錯的糾錯碼的具體編譯碼方法。傳統的糾錯編碼理論認為,為了使一種碼具有糾錯能力,必須對原碼字增加多餘的碼元以擴大碼字間的差別(稱為碼距離)。一般認為發送時因糾錯所增加的多餘碼元將引起佔用帶寬的增加而減少單位帶寬的傳信率。組合編碼調製理論是把調製與糾錯編碼綜合起來考慮,通過擴大調製信號集合而能在不增加所需信道帶寬的條件下提高編碼調製系統的糾錯能力。前向糾錯已被廣泛用於衞星通信、移動通信和頻帶數據傳輸之中。
反饋重傳法  只利用檢錯碼以發現傳輸中帶來的差錯,同時在發現差錯以後通過反向信道通知發信端重新傳輸相應的一組數字,以此來提高傳輸的準確性。根據重傳控制方法的不同,反饋重傳法還可以分成若干種實現方式。其中最簡單的一種稱為等待重傳方式。採用這種方式時發信端每送出一組數字就停下來等待收信端的回答。這時信道譯碼器如未發現差錯便通過收信端重傳控制器和反向信道向發信端發出表示正確的回答。發信端收到後通過發信端重傳控制器控制信源傳輸下一組數字,否則信源會重新傳輸原先那組數字。
反饋重傳在接收端檢測出傳輸中的差錯後,自動通知發送端重發出現差錯的消息。與前向糾錯不同,自動請求重發能在固定的差錯率要求下根據信道傳輸質量的變化而動態地調整傳信率,是一種自適應的差錯控制手段,但必須在收發之間有一條反饋信道。自動請求重發在對誤碼要求嚴格的端到端差錯控制中應用最多。
上述兩種方法的主要差別是:①前向糾錯不需要反向信道,而反饋重傳必須有反向信道。②前向糾錯利用糾錯碼,而反饋重傳利用檢錯碼。一般來講,糾錯碼的實現比較複雜,可糾正的差錯少,而檢錯碼的實現比較容易,可發現的差錯也多。③前向糾錯帶來的消息延遲是固定的,傳輸消息的速率也是固定的,而反饋重傳中的消息延遲和消息的傳輸速率都會隨重傳頻度的變化而變化。④前向糾錯不要求對信源控制,而反饋重傳要求信源可控。⑤經前向糾錯的被傳消息的準確性仍然會隨着信道干擾的變化而發生很大變化,而經反饋重傳的被傳消息的準確性比較穩定,一般不隨干擾的變化而變化。因此,兩者的適用場合很不相同。
混合法  在信道干擾較大時,單用反饋重傳會因不斷重傳而使消息的傳輸速率下降過多,而僅用前向糾錯又不能保證足夠的準確性,這時兩者兼用比較有利,這就是混合法。此法所用的信道編碼是一種既能糾正部分差錯又能發現大部分差錯的碼。信道譯碼器首先糾正那些可以糾正的差錯,只對那些不能糾正但能發現的差錯才要求重傳,這會大大降低重傳的次數。同時,由於碼的檢錯能力很強,最後得到的數字消息的準確性是比較高的。 [2] 

差錯控制作用

差錯控制已經成功地應用於衞星通信和數據通信。在衞星通信中一般用卷積碼或級連碼進行前向糾錯,而在數據通信中一般用分組碼進行反饋重傳。此外,差錯控制技術也廣泛應用於計算機,其具體實現方法大致有兩種:①利用糾錯碼由硬件自動糾正產生的差錯;②利用檢錯碼在發現差錯後通過指令的重複執行或程序的部分返回以消除差錯。 [3] 
參考資料
  • 1.    王新梅. 糾錯碼與差錯控制[M]. 人民郵電出版社, 1989.
  • 2.    袁東風. 移動數字信道差錯控制系統性能估計與計算機模擬[J]. 通信學報, 1991(1):43-52.
  • 3.    吳玉成, 楊士中. 差錯控制編碼在衞星通信中的應用[J]. 電訊技術, 2000, 40(1):3-7.