机车网络控制基础课件：数据编码与传输二

机车网络控制

复习：数据编码与传输(一）

数字数据的数字信号编码△第一节数据编码技术数字数据的模拟信号编码

模拟数据的数字信号编码

有线传输介质＊第三节数据传输介质无线传输介质

同步技术第四节同步技术与交换技术交换技术数据编码与传输(二）

第二节信道编码技术一、信道编码基本原理差错控制的基本概念、基本方式、基本原理、码重和码距的概念、信道编码的分类二、奇偶校验码奇偶校验码、水平奇偶校验码、二维奇偶校验码三、汉明码及线性分组汉明码、线性分组码四、循环码循环码的特性、循环码的码多项式等五、卷积码基本概念、编码原理

第二节

信道编码技术正如邮局的信件在传送过程中会产生一些错误投递一样，数据在传输过程中也会产生差错。那么为什么会产生差错？如何进行差错控制？？一、信道编码基本原理信号在传输过程中不可避免地会发生差错，即出现误码。造成误码的主要原因可以归纳为两方面：一是信道特性不理想造成的码间干扰；二是噪声对信号的干扰。对于前者通常通过均衡方法可以改善以至消除，因此，常把信道中的噪声作为造成传输差错的主要原因。

差错控制是对传输差错采取的技术措施，目的是提高传输的可靠性。差错控制也称为信道编码。1．差错控制的基本概念在信息码元序列中加入监督码元就称为差错控制编码，也称为纠错编码。数据信号在信道中传输，会受到各种不同的噪声的干扰。噪声大体分为两类：随机噪声和脉冲躁声。随机噪声导致随机差错，脉冲噪声造成突发差错。⊕①随机差错，又称独立差错，是指错码的出现是随机的，且错码之间是统计独立的。存在这种差错的信道称为随机信道，例如，微波接力和卫星转发信道。

随机错误错误图样②突发差错，是指成串集中出现的错码，即在一些短促的时间区内会出现大量错码，而在这些短促的时间区间之间又存在较长的无错码区间。产生突发差错的信道称为突发信道，如短波等信道。突发错误错误图样③如果既存在随机差错又存在突发错误，且哪一种都不能忽略不计的信道称为混合信道。2．差错控制的基本方式常用的差错控制方式一般有下面4种类型：（1）检错重发（又称自动请求重发ARQ）优点：检错码构造简单，插入的监督码位不多，设备不太复杂。缺点：实时性差，且必须有反向信道，通信效率低。（2）前向纠错（简称FEC）优点：不需要反馈信道，也不存在由于反复重发而延误时间，实时性好。缺点：附加的监督码较多，传输效率低，纠错设备比检错设备复杂。（3）混合纠错检错混合纠错检错方式在实时性和译码复杂性方面是前向纠错和检错重发方式的折衷，在数据通信系统中采用较多。（4）反馈校验（回程校验）优点：不需要纠错、检错的编解码器，设备简单。缺点：需要有双向信道，实时性差，且每一信码都相当于至少传送了两次，所以传输效率低。3．差错控制基本原理差错控制编码一般是在用户信息序列后插入一定数量的新码元，这些新插入的码元称为监督码元。它们不受用户的控制，最终也不发送给接收用户，只是系统在传输过程中为了减少传输差错而采用的一种处理过程。降低效率，提高可靠性4．码重和码距的概念（1）码重在信道编码中，定义码组中非零码元的数目为码组的重量，简称码重。（2）码距把两个码组中对应码位上具有不同二进制码元的个数定义为两码组的距离，简称码距。码距的几何解释如图所示。

4．码重和码距的概念（3）汉明距离在一个码组集合中，任意两个码字之间对应位上码元取值不同的位的数目定义为这两个码字之间的汉明距离。在一个码组集合中，任意两个编码之间汉明距离的最小值称为这个码组的最小汉明距离。最小汉明距离越大，码组越具有抗干扰能力。例如：10100⊕11010=01110，⊕表示异或两个码字异或后得到的新码字的码重就是这两个码字之间的汉明距离。码字集合000011101110，汉明距离dmin=2。（4）汉明距离与检错和纠错能力的关系＊①当码组用于检测错误时，设可检测e个位的错误，dmin≥e+1。设有两个距离为d的码字A和B，如果A出现了e个错误，则A变成了以A为圆心，e位半径的球体表面的码字。为了能够准确地分辨出这些码字既不是A也不是B，那么A误码后变成的球面上的点与B至少应该有一位距离（如果B在球面上或在球面内部则无法分辨出到底B是不是A的错误码），即A与B之间的最小距离d>=e+1。（4）汉明距离与检错和纠错能力的关系＊②纠正错误时，如果要纠正t个错误，则dmin≥2t+1。设有码字A和B，如果A出现了t个错误，B也出现了t各错误，则A码变成以A为圆心，t为半径的球面上的码字；B码变成以B为圆心，t为半径的球面上的码字。为了在出现t个错之后仍能分辨一个码字到底是属于A的错码还是属于B的错码，A,B为球心的两个球面应该不相交，即球心A，B之间距离应该大于2t，所以d>=2t+1。（4）汉明距离与检错和纠错能力的关系＊③纠t个错误，同时检e个错误时(e>t)，则dmin≥t+e+1当A出现e个错，B出现t个错时，既要纠正B的错，又要发现A的错，则以A为球心，e为半径的球和以B为球心，t为半径的球应该不相交，所以A,B之间的距离应该大于等于e+t+1，即d>=e+t+1。5．信道编码的分类（1）按码组的功能分，有检错码和纠错码两类。（2）按码组中监督码元与信息码元之间的关系分，有线性码和非线性码两类。（3）按照信息码元与监督码元的约束关系，又可分为分组码和卷积码两类。（4）按照信息码元在编码前后是否保持原来的形式不变，可划分为系统码和非系统码。二、奇偶校验码1、奇偶校验码奇偶校验码是一种最简单的检错码，又称奇偶监督码，在数据通信中得到了广泛的应用。在奇偶校验码中，无论信息位有多少位，校验位只有一位。编码规则：先将所要传输的数据码元分组，在分组数据后面附加一位校验位，使得该组码连同校验位在内的码组中的“1”的个数为偶数（称为偶校验）或奇数（称为奇校验），在接收端按同样的规律检查，如发现不符就说明产生了差错，但是不能确定差错的具体位置，即不能纠错。二、奇偶校验码在偶检验时，满足下式条件在奇校验时，满足下式条件只能发现单个或奇数个错误，而不能检测出偶数个错误。被用于以随机错误为主的计算机通信系统。此方法难于对付突发错。2．水平奇偶校验码（1）基本原理将要进行奇偶校验的码元序列按行排成方阵，每行为一组奇偶校验码，但发送时则按列的顺序传输，接收端仍将码元排成发送时的方阵形式，然后按行进行奇偶校验。（2）纠错能力水平奇偶校验码可以发现某一行上奇数个错误，以及所有长度不大于方阵中行数的突发错误，但仍没有纠错能力。3．二维奇偶校验码（1）基本原理二维奇偶校验码又称行列校验码或方阵码。其方法是水平监督的基础上一页表中对方阵中每一列再进行奇偶校验，就可得到表所示的方阵。发送是按列序顺次传输。3．二维奇偶校验码（2）纠错能力①能发现某行或某列上的奇数个错误和长度不大于行数（或列数）的