基于差錯控制編碼的應用
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作者: 潘毓
【摘要】 隨著電子技術的發展，人們對通信數據傳輸的要求越來越高，如何進行有效的數據傳輸，直接關系到此通信傳輸系統的性能。差錯控制就是研究在數據傳輸的過程中，如何發現這些錯誤，甚至要求糾正這些錯誤。
【關鍵詞】 差錯控制 檢錯重發 奇偶監督碼 漢明碼
數字信號在傳輸過程中，由于各種各樣的原因，例如噪聲干擾和信道的不理想，這些常常是客觀存在并且無法消除的，這就使得信號在傳輸過程中發生失真，數據發生錯誤。
一、概念
所謂差錯，就是誤碼，數據在信道中傳輸，由于受到干擾的影響，使得接收到的數據不可能與信源發送的數據完全相同，也就是說數據在傳輸過程中出現了差錯，差錯的多少常用誤碼率來衡量。同時，差錯的出現可以分為隨機錯碼和突發錯碼。隨機錯碼是由于隨機性噪聲引起的錯碼，這樣的錯碼之間都是統計獨立的，彼此之間不產生影響。突發錯碼往往是在一段很短的時間內出現大量的成串的錯碼，引起這種錯碼的原因：一是由于信道中的衰落現象；二是由于電脈沖干擾。有時隨機錯碼與突發錯碼往往同時存在，兩種錯碼同時存在的信道稱為混合信道。要實現差錯控制，最根本的就是實現檢錯與糾錯。檢錯解決發現錯誤的問題，糾錯解決改正錯誤的問題。其實只需要對發送的數據做一些處理，使數據符合一定的規律，如果收到的數據不符合這一規律，那么就可以斷定數據出現了差錯。這就是差錯控制編碼的基本思想。
二、幾種分類
在現代通信系統中，差錯控制可以分為四類：檢錯重發、前向糾錯、混合糾錯檢錯和信息反饋。檢錯重發：就是接收方在收到發送方發送到的數據后，如果檢測出錯誤，便通過反向信道通知發送方，要求其重發出現差錯的數據。根據其重發方式的不同，又可將檢錯重發分為停發等候重發、選擇重發和返回重發。前向糾錯：與檢錯重發方式相比，前向糾錯方式不需要反饋信道，也就是說發送方不需要接收方發來的確認信號。接收方能夠根據編碼規律自動發現錯誤并糾正錯誤。混合糾錯檢錯：它是前兩種糾錯檢錯方式的結合，發送方先發送出數據碼元，這種碼元具有糾錯和檢錯能力，接收方在收到碼元時，先進行檢錯，如果錯誤較少，則自動糾錯，如果錯誤較多，超過了糾錯能力，那么就通過反饋信道要求發送方重新發送。信息反饋：這是一種簡單的差錯校驗方式，它不需要在發送數據中加入監督碼元，接收方在收到發送方發送的數據后，要將數據原封不動的通過反向信道送到發送方，發送方將收到的數據與自己已發送的數據進行比較，如果比較的數據不同，則重傳數據。
三、典型碼組
下面介紹幾種簡單的實用編碼：（1）奇偶監督碼。奇偶監督碼分奇監督碼和偶監督碼，奇監督碼就是加入一位監督位后使碼組中1的個數為奇數，即要求所有的碼元模二相加和為1；同理，偶監督碼要求碼組中1的個數為偶數，即碼組中的數模二相加和為0。奇偶監督碼中無論信息碼元有多少位，其監督位只有一位，這是因為只需一位就能改變碼組的奇偶性。奇偶監督碼是一種比較簡單的差錯校驗碼。（2）二維奇偶監督碼。又稱方正碼，先將每一行用上述奇偶監督碼表示，再在每一列加上監督位，使每一列也組成奇偶監督碼。即成為二維奇偶監督碼。二維奇偶監督碼常常用于上面提到的檢測突發錯碼。（3）恒比碼。線性分組碼是一種比較典型的差錯控制碼，線性分組碼就是監督位和信息位滿足一定的線性方程的碼。而漢明碼是一種典型的線性分組碼。要想得到線性分組碼，首先要根據一定的約束關系得到監督矩陣，然后經過變形得到生成矩陣。并由信息碼組與生成矩陣相乘得到發送端要發送的線性分組碼。在接收端譯碼時，需要經過一定的計算得到校正子，再根據得到的校正子即可以找到錯誤的位置并實現糾錯的功能。因此，線性分組碼能夠得到廣泛運用，也與其具有的一些重要性質有關，感興趣的讀者可自行翻閱有關資料。
對于非分組碼，比較典型的是卷積碼，它是由伊利亞斯在1955年首先提出的。一般情況下，卷積碼的實現并不比分組碼復雜。在線性分組碼中，編碼器產生的碼組，完全由它的信息位唯一決定。但是對于卷積碼，編碼器產生的碼組，不僅取決于當前時間段的信息，而且取決于前一段時間的信息位。所以，卷積碼的監督位是對當前時間的信息位以及前一段時間的信息位起監督作用。
綜上所訴，主要探討了差錯控制編碼的一些技術，通信數據的傳輸離不開差錯控制。如果數據的傳輸沒有差錯控制，那么傳輸的數據就失去了可靠性的保證，這樣的數據完全是沒有意義的，因為無法知道收到的數據正確與否，為了實現差錯控制，需要在發送的信息位中加入監督位，通過編碼器得到發送碼組。如何加入有效的監督位是差錯控制的關鍵，由于監督位并不包涵數據信息，它是實現差錯控制的額外開銷，如果監督位過多，將會導致傳輸效率下降，所以需要在有效的差錯控制和較高的傳輸效率之間找到平衡，既要有較高的傳輸效率，又要求有有效的差錯控制能力
參考文獻
[1]樊昌信，曹可娜．通信原理．國防工業出版社
[2]毛京麗，常勇宇，張麗，李文海．數據通信原理．北京郵電大學出版社
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