ch3常用差错控制编码方法课件.ppt
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1、3.3 3.3 常用差错控制编码方法常用差错控制编码方法 教学目的教学目的 熟悉和掌握各种差错控制编码方法熟悉和掌握各种差错控制编码方法 掌握各种差错控制编码的应用掌握各种差错控制编码的应用3.3 3.3 常用差错控制编码方法常用差错控制编码方法 3.3.1 3.3.1 奇偶校验编码奇偶校验编码 3.3.2 3.3.2 方阵校验码方阵校验码 3 3.3.3 3.3 恒比码恒比码 3 3.3.4 3.4 正反码正反码 3 3.3.5 .3.5 循环冗余校验编码(循环冗余校验编码(CRCCRC)3.3.6 3.3.6 卷积码卷积码 差错控制的核心就是抗干扰编码,为差错控制的核心就是抗干扰编码,为了
2、提高通信系统的检错和纠错能力,人们了提高通信系统的检错和纠错能力,人们创造出许多差错控制编码,比较常用的有创造出许多差错控制编码,比较常用的有奇偶校验编码、循环冗余校验编码、卷积奇偶校验编码、循环冗余校验编码、卷积码码等。等。3.3.1 3.3.1 奇偶校验编码奇偶校验编码 又称奇偶监督编码,或又称奇偶监督编码,或垂直冗余校验(垂直冗余校验(VRC,Vertical Redundancy Check),),在计算机数在计算机数据传输中应用广泛。据传输中应用广泛。编码规则编码规则:将所要传输的数据码元分组,在分组将所要传输的数据码元分组,在分组数据后面加数据后面加一位一位监督码(校验位),使得该
3、组监督码(校验位),使得该组码连同监督码在内的码组中码连同监督码在内的码组中“1”的个数为的个数为奇数奇数(奇校验)或偶数(偶校验)(奇校验)或偶数(偶校验)。按照编码规则检查如果发现不符,就按照编码规则检查如果发现不符,就说明产生差错,但不能明确差错的具体位置即说明产生差错,但不能明确差错的具体位置即不能纠错。不能纠错。公式表示公式表示:设码组长度为:设码组长度为n,表示为,表示为(an-1,an-2,a1,c0)其中前)其中前n-1位为信息位为信息位,第位,第n位位c0为监督位为监督位 奇校验:奇校验:an-1an-2a1c0=1 1即即 c0=an-1an-2a111偶校验偶校验:an-
4、1an-2a1c0=0=0 即即c0=an-1an-2a1奇偶校验编码奇偶校验编码 特点:特点:无论信息位为多少位,监督位只有一位。无论信息位为多少位,监督位只有一位。只能检测信息码组中奇数个错误,对只能检测信息码组中奇数个错误,对偶数个个错误无能为力;错误无能为力;信息位越长信息位越长,效率越高效率越高.奇偶校验编码奇偶校验编码 实例实例 写出下列二进制序列的偶校验码:写出下列二进制序列的偶校验码:1001110 1001110 0101111 0101111 n写出下列二进制序列的奇校验码:n1100101 n0110010 10011100010111111100101101100100
5、3.3.2 方阵校验码方阵校验码 又称又称行列监督码行列监督码,矩阵码矩阵码,纵向冗余校验码,纵向冗余校验码(LRC,Lognitudinal Redundancy Check),),它的码元受到行和列两个方向奇偶监督,又称它的码元受到行和列两个方向奇偶监督,又称二二维奇偶校验码维奇偶校验码。编码规则编码规则:使的每个码元受到使的每个码元受到纵向(列)和横向纵向(列)和横向两次监督;两次监督;将欲发送的信息码按行排成一个矩阵,矩阵中每一行为将欲发送的信息码按行排成一个矩阵,矩阵中每一行为一码组,每行的最后加上一个奇偶监督码元;一码组,每行的最后加上一个奇偶监督码元;矩阵中的每一列是由不同码组相
6、同位置的码元组成,在矩阵中的每一列是由不同码组相同位置的码元组成,在每列最后也加上一个监督码元,进行奇偶校验;每列最后也加上一个监督码元,进行奇偶校验;最后按最后按行或列行或列码组的顺序发送码组的顺序发送。XXXXXXXX X XXXXXXXXXXXX X X XXXXXXXXX X XXXXXXX 方阵校验码结构方阵校验码结构实例实例 信息码元信息码元监督码元(偶)监督码元(偶)111001001101001010000111000100011100111101101111n发送端在发送时则按列(或行)的顺序传输:111010 110011 100001 010100 001111接收端仍将
7、码元排成发送时方阵形式,然后按行、列进行奇偶校验 特点:特点:可以检测出某行某列上的奇数个错误和长度可以检测出某行某列上的奇数个错误和长度不大于行(列)数的突发错误。不大于行(列)数的突发错误。可以检测出可以检测出某行或某列某行或某列上偶数个错误上偶数个错误不能纠正差错数正好是不能纠正差错数正好是4 4的倍数且位置在的倍数且位置在行行列矩阵列矩阵/子矩阵子矩阵的的4 4个顶点上的差错个顶点上的差错 方阵校验码方阵校验码失效!失效!信息码元信息码元监督码元(偶)监督码元(偶)1110010011010010100001110001000111001111011011113.3.3 恒比码恒比码(
8、定比码定比码)编码规则编码规则:恒比码中每码组中恒比码中每码组中“1”和和“0”个数保持恒定比例,接收端在检测个数保持恒定比例,接收端在检测接收到的码组中接收到的码组中“1”的数目是否对就知的数目是否对就知道是否出错。道是否出错。实例:实例:我国电传机传输汉字时使用数字代表汉字,我国电传机传输汉字时使用数字代表汉字,采用的所谓采用的所谓“保护电码保护电码”就是一种就是一种“3:2”或或“5中取中取3”的恒比码。的恒比码。C52=10个许用码个许用码组组 英文电报采用英文电报采用“7中取中取3”或或“4:3”恒比码,恒比码,共有共有C73=35个许用码组个许用码组3.3.4 正反码正反码_能简单
9、纠错的编码能简单纠错的编码 多用于多用于10单位电码的前向自动纠错设备中,单位电码的前向自动纠错设备中,能能纠正一位差错,纠正一位差错,发现大部分两位错,差错发现大部分两位错,差错编码和差错控制结合起来控制。以编码和差错控制结合起来控制。以10单位电单位电码为例:码为例:n=k+r 且且 k=r=5 1.编码规则编码规则:(1)当信息码中当信息码中“1”的个数为奇数时,监督码与的个数为奇数时,监督码与信息码相同(正码)信息码相同(正码)10101 10101(2)当信息码中当信息码中“1”的个数为偶数时,监督码与的个数为偶数时,监督码与信息码相反(反码)信息码相反(反码)10100 01011
10、 2.解码方法解码方法:(1)将接收到信息码与监督码按相应的将接收到信息码与监督码按相应的码位模码位模2加(异或),得到一个新的加(异或),得到一个新的5位码组。位码组。(2)根据接收到的根据接收到的信息码信息码中中“1”的个数:的个数:if“1”的个数为奇数,则取新的个数为奇数,则取新5位码组为校位码组为校验码组验码组 if“1”的个数为偶数,则取新的个数为偶数,则取新5位码组的反位码组的反码为校验码组码为校验码组正反码正反码正反码判决表正反码判决表校验码组的组成校验码组的组成判决差错情况判决差错情况1全全“0”无错无错24个个“1”一个一个“0”信息码中有一位出错,信息码中有一位出错,出错
11、位置就是检验码组出错位置就是检验码组中中0所对应的位置所对应的位置34个个“0”一个一个“1”监督码中有一位出错,监督码中有一位出错,出错位置就是检验码组出错位置就是检验码组中中1所对应的位置所对应的位置4其他其他差错个数差错个数1个个n(3),最后可按下表,根据检验码组中“1”的个数进行判断及纠正可能发现的错码 实例:实例:已知信息码已知信息码11010使用正反码差错控制方式,使用正反码差错控制方式,试问下列接收端收到的数据是否有错?能试问下列接收端收到的数据是否有错?能否纠正?否纠正?11010 11010 10010 11010 11010 01010 10000 11010(1)编码:
12、编码:11010(信息码)(信息码)11010(监督码)(监督码)11010 11010(正反码)(正反码)(2)解码:解码:接收端接收端11010 11010 接收端接收端10010 11010 接收端接收端11010 01010 接收端接收端10000 11010 判断判断:11010 +11010 00000 结果为结果为0,正确。,正确。10010 +11010 01000 由于接收信息码中为偶数个由于接收信息码中为偶数个1,所以检验码取反,所以检验码取反,10111,信息码中有一位出错,根据判决信息码中有一位出错,根据判决2,出错位置就是检验码,出错位置就是检验码组中组中0所对应的位
13、置,纠正后为所对应的位置,纠正后为11010 11010 +01010 10000 由于接收信息码中为奇数个由于接收信息码中为奇数个1,所以检验码不变,根据判,所以检验码不变,根据判决决3,监督码码中有一位出错,出错位置就是检验码组中,监督码码中有一位出错,出错位置就是检验码组中1所对应的位置,纠正后为所对应的位置,纠正后为11010 10000 +01010 01010 检验码中检验码中1的个数的个数1,根据判决,根据判决4,无法判断和纠错,无法判断和纠错作业作业 已知信息码已知信息码10010使用正反码差错控制方式,使用正反码差错控制方式,试问下列接收端收到的数据是否有错?能试问下列接收端
14、收到的数据是否有错?能否纠正?否纠正?11010 01101 10010 10010 10010 01101 10010 01001 11010 +01101 10111 由于接收信息码中为奇数个由于接收信息码中为奇数个1,所以检验码不变,根据判,所以检验码不变,根据判决决2,信息码中有一位出错,出错位置就是检验码组中,信息码中有一位出错,出错位置就是检验码组中0所所对应的位置,纠正后为对应的位置,纠正后为10010。10010 +11010 01000 由于接收信息码中为偶数个由于接收信息码中为偶数个1,所以检验码取反,所以检验码取反,10111,信息码中有一位出错,根据判决信息码中有一位出
15、错,根据判决2,出错位置就是检验码,出错位置就是检验码组中组中0所对应的位置,纠正后为所对应的位置,纠正后为11010 10010 +01101 11111 由于接收信息码中为偶数个由于接收信息码中为偶数个1,所以检验码取反,所以检验码取反,11111,1的个数大于的个数大于1,结果错误结果错误,不能纠正不能纠正 10000 +01010 01010 检验码中检验码中1的个数的个数1,根据判决,根据判决4,无法判断和纠错,无法判断和纠错 3.3.5 循环冗余校验编码循环冗余校验编码(CRC)Cyclic Redundancy checking(CRC)循循环冗余校验,又称多项式码。环冗余校验,
16、又称多项式码。在循环冗余校验中,不是通过将各比特位在循环冗余校验中,不是通过将各比特位相加来得到期望的校验,而是通过在数据相加来得到期望的校验,而是通过在数据单元末尾加一串冗余比特,称作单元末尾加一串冗余比特,称作循环冗余循环冗余校验码校验码或或循环冗余校验余数循环冗余校验余数,使得整个数,使得整个数据单元可以被另一个预定的二进制数所整据单元可以被另一个预定的二进制数所整除。除。1.CRC校验基本思想校验基本思想 CRC校验的基本思想是:(1)(1)根据欲发的根据欲发的k位信息生成一个位信息生成一个r比特的序比特的序列,称 为 帧 校 验 序 列列,称 为 帧 校 验 序 列 F C S(F
17、r a m e checking Series)。)。(2 2)求出实际发送的数据帧()求出实际发送的数据帧(k+rk+r位),位),这这个帧所对应二进制序列恰好能够被某个预先个帧所对应二进制序列恰好能够被某个预先确定的确定的数数(生成多项式)整除。(生成多项式)整除。(3 3)接收器用相同的数)接收器用相同的数(生成多项式)(生成多项式)去除去除传来的帧。如果无余数,则认为无差错;如传来的帧。如果无余数,则认为无差错;如果余数不为果余数不为0 0,刚认为传输出错。,刚认为传输出错。奇偶校验对一个字符校验一次,适合异奇偶校验对一个字符校验一次,适合异步通讯;而步通讯;而CRC对一个数据块(对一
18、个数据块(frame)校验一次,适合同步通讯。在串行同步校验一次,适合同步通讯。在串行同步通信中,几乎都使用这种校验方法。如通信中,几乎都使用这种校验方法。如磁盘信息的读磁盘信息的读/写等。写等。2.CRC校验常用场合校验常用场合 CRC码生成和校验基本分为三步码生成和校验基本分为三步:第一步:在数据单元第一步:在数据单元(k(k位)的末尾加位)的末尾加上上r r个个0 0。r r是一个比预定除数的比特位是一个比预定除数的比特位数数(r(r十十1)1)少少1 1的数。的数。第二步:采用二进制除法将新的加长第二步:采用二进制除法将新的加长的数据单元(的数据单元(k+rk+r位位)除以除以除数除数
19、。由此。由此除法产生的除法产生的余数余数就是循环冗余码校验就是循环冗余码校验码。码。3.CRC码的生成码的生成 第三步:求第三步:求CRCCRC循环冗余校验码循环冗余校验码(K+r)被除数被除数+r(余数余数)如果余数位数小于如果余数位数小于r,最左的缺省位数为,最左的缺省位数为0。如果余数为如果余数为0,则则r=0。CRC码的生成码的生成 CRC码校验码校验:到达接收方的数据单去除以用来产生到达接收方的数据单去除以用来产生循环冗余校验余数的循环冗余校验余数的G G(X X)。)。如果余数如果余数0 0,将通过检验。如果余数,将通过检验。如果余数非零,将通不过检验。非零,将通不过检验。4.CR
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