差錯控制編碼
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差錯控制編碼是中國的一個科技名詞。
漢字是世界上比較古老的四大文字之一[1],也是我們國家優秀文明歷史的象徵,一直沿用至今,一個簡單的文字也道出了我國人們的聰明才智[2],哺育了世世代代的中華兒女,成就了中華民族一代又一代的輝煌。
目錄
名詞解釋
差錯控制編碼是指在實際信道上傳輸數字信號時,由於信道傳輸特性不理想及加性噪聲的影響,所收到的數字信號不可避免地會發生錯誤。
為了在已知信噪比的情況下達到一定的誤比特率指標,首先應合理設計基帶信號,選擇調製、解調方式,採用頻域均衡和時域均衡,使誤比特率儘可能降低,但若誤比特率仍不能滿足要求,則必須採用信道編碼,即差錯控制編碼。
在實際信道上傳輸數字信號時,由於信道傳輸特性不理想及加性噪聲的影響,所收到的數字信號不可避免地會發生錯誤。為了在已知信噪比的情況下達到一定的誤比特率指標,首先應合理設計基帶信號,選擇調製、解調方式,採用頻域均衡和時域均衡,使誤比特率儘可能降低,但若誤比特率仍不能滿足要求,則必須採用信道編碼,即差錯控制編碼,將誤比特率進一步降低,以滿足指標要求。
隨着差錯控制編碼理論的完善和數字電路技術的發展,信道編碼已成功地應用於各種通信系統中,而且在計算機、磁記錄與存儲中也得到日益廣泛的應用。
差錯控制編碼的基本做法是:在發送端被傳輸的信息序列上附加一些監督碼元,這些多餘的碼元與信息碼元之間以某種確定的規則相互關聯(約束)。接收端按照既定的規則檢驗信息碼元與監督碼元之間的關係,一旦傳輸過程中發生差錯,則信息碼元與監督碼元之間的關係將受到破壞,從而可以發現錯誤,乃至糾正錯誤。研究各種編碼和譯碼方法正式差錯控制編碼所要解決的問題。
差錯控制方式
常用的差錯控制方式主要有三種:檢錯重發(簡稱ARQ)、前向糾錯(簡稱FEC)和混合糾錯(簡稱HEC)。
檢錯重發方式中,發送端經編碼後發出能夠發現錯誤的碼,接收端收到後經檢驗如果發現傳輸中有錯誤,則通過反向信道把這一判斷結果反饋給發送端。然後,發送端把前面發出的信息重新傳送一次,直到接收端認為已正確地收到信息為止。
常用的檢錯重發系統有三種,即停發等候重發、返回重發和選擇重發。發送端在Tw時間內送出一個碼組給接收端,接收端收到後經檢測若未發現錯誤,則發回一個認可信號(ACK)給發送端,發送端收到ACK信號後再發出下一個碼組。如果接收端檢測出錯誤,則發回一個否認信號(NAK),發送端收到NAK信號後重發前一個碼組,並再次等候ACK或NAK信號。這種工作方式在兩個碼組之間有停頓時間(Ti),使傳輸效率受到影響,但由於工作原理簡單,在計算機數據通信中仍得到應用。
在這種系統中發送端無停頓地送出一個又一個碼組,不再等候ACK信號,但一旦接收端發現錯誤並發回NAK信號,則發送端從下一個碼組開始重發前一段N組信號,N的大小取決於信號傳遞及處理所帶來的延時,這種返回重發系統比停發等候重發系統有很大改進,在很多數據傳輸系統中得到應用。
這種重發系統也是連續不斷地發送信號,接收端檢測到錯誤後發回NAK信號。與返回重發系統不同的是,發送端不是重發前面的所有碼組,而是只重發有錯誤的那一組。顯然,這種選擇重發系統傳輸效率最高,但另一方面它的價格也最貴,因為它要求較為複雜得控制,在發送、接收端都要求有數據緩存器。此外,選擇重發系統和返回重發系統都需要全雙工的鏈路,而停發等候系統只要求半雙工的鏈路。
前向糾錯系統中,發送端經編碼發出能夠糾正錯誤的碼,接收端收到這些碼組後,通過譯碼能自動發現並糾正傳輸中的錯誤。前向糾錯方式不需要反饋信道,特別適合於只能提供單向信道的場合。由於能自動糾錯,不要去檢錯重發,因而延時小、實時性好。為了使糾錯後獲得低誤比特率,糾錯碼應具有較強的糾錯能力。但糾錯能力愈強,則譯碼設備愈複雜。前向糾錯系統的主要缺點就是設備較複雜。
混合糾錯方式是前向糾錯方式和檢錯重發方式的結合。在這種系統中發送端不但有糾正錯誤的能力,而且對超出糾錯能力的錯誤有檢測能力。遇到後一種情況時,通過反饋信道要求發送端重發一遍。混合糾錯方式在實時性和譯碼複雜性方面是前向糾錯和檢錯重發方式折中。
參考文獻
- ↑ 世界上最古老的四大文字系統~,搜狐,2017-03-27
- ↑ 中國漢字文化,道出人生哲理,搜狐,2016-05-06