過錯(cuò)控制是在數(shù)字通信中利用編碼方法對(duì)傳輸中產(chǎn)生的過錯(cuò)進(jìn)行控制，以提高數(shù)字消息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。簡(jiǎn)介一種保證接收的數(shù)據(jù)完整、準(zhǔn)確的方法。因?yàn)閷?shí)際電話線總是不完美的。數(shù)據(jù)在傳輸過程中可能變得紊亂或喪失。為了捕捉這些錯(cuò)誤，發(fā)送端HYPERLINK調(diào)制解調(diào)器對(duì)即將發(fā)送的數(shù)據(jù)執(zhí)行一次數(shù)學(xué)運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果連同數(shù)據(jù)一起發(fā)送出去，接收數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)器對(duì)它接收到的數(shù)據(jù)執(zhí)行同樣的運(yùn)算，并將兩個(gè)結(jié)果進(jìn)行比較。如果數(shù)據(jù)在傳輸過程中被破壞，則兩個(gè)結(jié)果就不一致，接收數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)器就請(qǐng)發(fā)送端重新發(fā)送數(shù)據(jù)。過錯(cuò)分類通信過程中的HYPERLINK過錯(cuò)大致可分為兩類：一類是由熱噪聲引起的隨機(jī)錯(cuò)誤;另一類是由沖突噪聲引起的突發(fā)錯(cuò)誤。突發(fā)性錯(cuò)誤影晌局部，而隨機(jī)性錯(cuò)誤影響全局。應(yīng)付傳輸過錯(cuò)的方法1、肯定應(yīng)答。接收器對(duì)收到的幀校驗(yàn)無誤后送回肯定應(yīng)答信號(hào)ACK，發(fā)送器收到肯定應(yīng)答信號(hào)后可繼續(xù)發(fā)送后續(xù)幀。2、否認(rèn)應(yīng)答重發(fā)。接收器收到一個(gè)幀后經(jīng)較驗(yàn)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則送回一個(gè)否認(rèn)應(yīng)答信號(hào)NAK。發(fā)送器必須重新發(fā)送出錯(cuò)幀。3、超時(shí)重發(fā)。發(fā)送器發(fā)送一個(gè)幀時(shí)就開始計(jì)時(shí)。在一定時(shí)間間隔內(nèi)沒有收到關(guān)于該幀的應(yīng)答信號(hào)，則認(rèn)為該幀喪失并重新發(fā)送。自動(dòng)請(qǐng)示重發(fā)ARQ和前向糾錯(cuò)FEC是進(jìn)行過錯(cuò)控制的兩種方法。在ARQ方式中，接收端檢測(cè)出有過錯(cuò)時(shí)，就設(shè)法通知發(fā)送端重發(fā)，直到正確的碼字收到為止。ARQ方式使用檢錯(cuò)碼，但必須有雙向信道才可能將過錯(cuò)信息反應(yīng)到發(fā)送端。同時(shí)，發(fā)送方要設(shè)置數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，用以存放已發(fā)出的數(shù)據(jù)以務(wù)重發(fā)出錯(cuò)的數(shù)據(jù)。在FEC方式中，接收端不但能發(fā)現(xiàn)過錯(cuò)，而且能確定二進(jìn)制碼元發(fā)生錯(cuò)誤的位置，從而加以糾正。FEC方式使用HYPERLINK糾錯(cuò)碼，不需要反向信道來傳遞請(qǐng)示重發(fā)的信息，發(fā)送端也不需要存放以務(wù)重發(fā)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。但編碼效率低，糾錯(cuò)設(shè)備也比較復(fù)雜。過錯(cuò)控制編碼又可分為檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼。檢錯(cuò)碼只能檢查出傳輸中出現(xiàn)的過錯(cuò)，發(fā)送方只有重傳數(shù)據(jù)才能糾正過錯(cuò)；而糾錯(cuò)碼不僅能檢查出過錯(cuò)而且能自動(dòng)糾正過錯(cuò)，防止了重傳。演播的檢錯(cuò)碼有：奇偶校驗(yàn)碼、循環(huán)冗余碼。過錯(cuò)控制系統(tǒng)的組成及其作用原理過錯(cuò)控制系統(tǒng)的組成及其作用原理如圖。HYPERLINK\o"查看圖片"過錯(cuò)控制圖中虛線內(nèi)的局部就是數(shù)字通信中的過錯(cuò)控制系統(tǒng)。當(dāng)沒有過錯(cuò)控制時(shí)，HYPERLINK信源輸出的數(shù)字（也稱符號(hào)或碼元）序列將直接送住HYPERLINK信道。由于信道中存在干擾，信道的輸出將發(fā)生過錯(cuò)。數(shù)字在傳輸中發(fā)生過錯(cuò)的概率（誤碼率）是傳輸準(zhǔn)確性的一個(gè)主要指標(biāo)。在數(shù)字通信中信道給定以后，如果誤碼率不能滿足要求,就要采取過錯(cuò)控制。按具體實(shí)現(xiàn)方法的不同,過錯(cuò)控制可以分為前向糾錯(cuò)法、反應(yīng)重傳法和混合法三種類型。過錯(cuò)控制前向糾錯(cuò)法過錯(cuò)控制系統(tǒng)只包含信道編碼器和譯碼器。從信源輸出的數(shù)字序列在信道編碼器中被編碼(見HYPERLINK信道編碼),然后送往信道。由于信道編碼器使用的是糾錯(cuò)碼，譯碼器可以糾正傳輸中帶來的大局部過錯(cuò)而使信宿得到比較正確的序列。反應(yīng)重傳法只利用檢錯(cuò)碼以發(fā)現(xiàn)傳輸中帶來的過錯(cuò)，同時(shí)在發(fā)現(xiàn)過錯(cuò)以后通過反向信道通知發(fā)信端重新傳輸相應(yīng)的一組數(shù)字，以此來提高傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。根據(jù)重傳控制方法的不同，反應(yīng)重傳法還可以分成若干種實(shí)現(xiàn)方式。其中最簡(jiǎn)單的一種稱為等待重傳方式。采用這種方式時(shí)發(fā)信端每送出一組數(shù)字就停下來等待收信端的答復(fù)。這時(shí)信道譯碼器如未發(fā)現(xiàn)過錯(cuò)便通過收信端重傳控制器和反向信道向發(fā)信端發(fā)出表示正確的答復(fù)。發(fā)信端收到后通過發(fā)信端重傳控制器控制信源傳輸下一組數(shù)字，否則信源會(huì)重新傳輸原先那組數(shù)字。上述兩種方法的主要差異是：①前向糾錯(cuò)不需要反向信道，而反應(yīng)重傳必須有反向信道。②前向糾錯(cuò)利用糾錯(cuò)碼，而反應(yīng)重傳利用檢錯(cuò)碼。一般來講，糾錯(cuò)碼的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，可糾正的過錯(cuò)少，而檢錯(cuò)碼的實(shí)現(xiàn)比較容易，可發(fā)現(xiàn)的過錯(cuò)也多。③前向糾錯(cuò)帶來的消息延遲是固定的，傳輸消息的速率也是固定的，而反應(yīng)重傳中的消息延遲和消息的傳輸速率都會(huì)隨重傳頻度的變化而變化。④前向糾錯(cuò)不要求對(duì)信源控制，而反應(yīng)重傳要求信源可控。⑤經(jīng)前向糾錯(cuò)的被傳消息的準(zhǔn)確性仍然會(huì)隨著信道干擾的變化而發(fā)生很大變化，而經(jīng)反應(yīng)重傳的被傳消息的準(zhǔn)確性比較穩(wěn)定，一般不隨干擾的變化而變化。因此，兩者的適用場(chǎng)合很不相同?；旌戏ㄔ谛诺栏蓴_較大時(shí)，單用反應(yīng)重傳會(huì)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(cuò)又不能保證足夠的準(zhǔn)確性，這時(shí)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局部過錯(cuò)又能發(fā)現(xiàn)大局部過錯(cuò)的碼。信道譯碼器首先糾正那些可以糾正的過錯(cuò)，只對(duì)那些不能糾正但能發(fā)現(xiàn)的過錯(cuò)才要求重傳，這會(huì)大大降低重傳的次數(shù)。同時(shí)，由于碼的檢錯(cuò)能力很強(qiáng)，最后得到的數(shù)字消息的準(zhǔn)確性是比較高的。過錯(cuò)控制已經(jīng)成功地應(yīng)用于HYPERLINK衛(wèi)星通信和HYPERLINK數(shù)據(jù)通信。在衛(wèi)星通信中一般用HYPERLINK卷積碼或級(jí)連碼進(jìn)行前向糾錯(cuò)，而在數(shù)據(jù)通信中一般用HYPERLINK分組碼進(jìn)行反應(yīng)重傳。此外，過錯(cuò)控制技術(shù)也廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)，其具體實(shí)現(xiàn)方法大致有兩種：①利用糾錯(cuò)碼由硬件自動(dòng)糾正產(chǎn)生的過錯(cuò)；②利用檢錯(cuò)碼在發(fā)現(xiàn)過錯(cuò)后通過指令的重復(fù)執(zhí)行或程序的局部返回以消除過錯(cuò)。過錯(cuò)控制功能通信系統(tǒng)必須具備發(fā)現(xiàn)(即檢測(cè))過錯(cuò)的能力，并采取措施糾正之，使過錯(cuò)控制在所能允許的盡可能小的范圍內(nèi)，這就是過錯(cuò)控制過程，也是數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能之一。接收方通過對(duì)過錯(cuò)編碼(奇偶校驗(yàn)碼或CRC碼)的檢查，可以判定一幀在傳輸過程中是否發(fā)生了過錯(cuò)。一旦發(fā)現(xiàn)過錯(cuò)，一般可以采用反應(yīng)重發(fā)的方法來糾正。這就要求接受方收完一幀后，向發(fā)送方反柜一個(gè)接收是否正確的信息，使發(fā)送方據(jù)此做出是否需要重新發(fā)送的決定。發(fā)送方僅當(dāng)收到接收方以正確接收的反應(yīng)信號(hào)后才能認(rèn)為該幀已經(jīng)正確發(fā)送完畢，否則需要重發(fā)直至正確為止。物理信道的突發(fā)噪聲可能完全“淹沒〞一幀，即使得整個(gè)數(shù)據(jù)幀或反應(yīng)信息幀喪失，這將導(dǎo)致發(fā)送方永遠(yuǎn)收不到接受方發(fā)來的信息，從而使傳輸過程停滯。為了防止出現(xiàn)這種情況，通常引入計(jì)時(shí)器(Timer)來限定接收方發(fā)回方反柜消息的時(shí)間間隔，當(dāng)發(fā)送方發(fā)送一幀的同時(shí)也啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，若在限定時(shí)間間隔內(nèi)未能收到接收方的反柜信息，即計(jì)時(shí)器超時(shí)(Timeout)，則可認(rèn)為傳出的幀以出錯(cuò)或喪失，就要重新發(fā)送。由于同一幀數(shù)據(jù)可能被重復(fù)發(fā)送屢次，就可能引起接收方屢次收到同一幀并將其遞交給網(wǎng)絡(luò)層的危險(xiǎn)。為了防止防止發(fā)生這種危險(xiǎn)，可以采用對(duì)發(fā)送的幀編號(hào)的方法，即賦予每幀一個(gè)序號(hào)，從而使接收方能從該序號(hào)來區(qū)分是新發(fā)送來的幀還是已經(jīng)接受但又重發(fā)來的幀，以此來確定要不要將接收到的幀遞交給網(wǎng)絡(luò)層。數(shù)據(jù)鏈路層通過使用計(jì)數(shù)器和序號(hào)來保證每幀最終都能被正確地遞交給目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)層一次。過錯(cuò)控制用以使發(fā)送方確認(rèn)接收方是否正確收到了由它發(fā)送的數(shù)據(jù)信息的方法稱為反應(yīng)過錯(cuò)控制。通常采用反應(yīng)檢測(cè)和自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求(ARQ)兩種根本方法來實(shí)現(xiàn)。1.反應(yīng)檢測(cè)法反應(yīng)檢測(cè)法也稱回送校檢法或“回聲〞法，主要用于面向字符的異步傳輸中，如終端與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)間的通信。這是一種無須使用任何特殊代碼的過錯(cuò)檢測(cè)法。雙方進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，接收方將接收到的數(shù)據(jù)（可以是一個(gè)字符，也可以是一幀）重新發(fā)回發(fā)送方，由發(fā)送方檢查是否與原始數(shù)據(jù)完全相符。若不相符，則發(fā)送方發(fā)送一個(gè)控制字符（如DEL）通知接收方刪去出錯(cuò)的數(shù)據(jù)，并重新發(fā)送該數(shù)據(jù)；若相符，則發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)。反應(yīng)檢測(cè)法原理簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易，也有較高的可靠性。但每個(gè)數(shù)據(jù)均被傳輸兩次，信道利用率很低。這種過錯(cuò)控制方法一般用于面向字符的異步傳輸中，因?yàn)檫@種場(chǎng)合下信道效率并不是主要矛盾。2.自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求法(ARQ法)實(shí)用的過錯(cuò)控制方法，既要傳達(dá)室輸可靠性高，又要信道利用率高。為此可使發(fā)送方將要發(fā)送的數(shù)據(jù)幀附加一定的冗余檢錯(cuò)碼一并發(fā)送，接收方則根據(jù)檢錯(cuò)碼對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行過錯(cuò)檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，就返回請(qǐng)求重發(fā)的應(yīng)答，發(fā)送方收到請(qǐng)求重發(fā)的應(yīng)答后，便重新傳送該數(shù)據(jù)幀。這種過錯(cuò)控制方法就稱為自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求法(AutomaticRepeatreQuest)，簡(jiǎn)稱ARQ法。ARQ法僅需返回少量控制信息，便可有效地確認(rèn)所發(fā)數(shù)據(jù)幀是否正確被接收。ARQ法有幾種實(shí)現(xiàn)方案，空閑重發(fā)請(qǐng)求(IdleRQ)和連續(xù)重發(fā)請(qǐng)求(ContinuousRQ)是其中最根本的兩種方案。(1)空閑重發(fā)請(qǐng)求(IdleRQ)?？臻e重發(fā)請(qǐng)求方案也稱停等(StopandWait)法，該方案規(guī)定發(fā)送方每發(fā)送一幀后就要停下來等待接收方確實(shí)認(rèn)返回，僅當(dāng)接收方確認(rèn)正確接收后再繼續(xù)發(fā)送下一幀。空閑重發(fā)請(qǐng)求方案的實(shí)現(xiàn)過程如下：①發(fā)送方每次僅將當(dāng)前信息幀作為待確認(rèn)幀保存在緩沖存儲(chǔ)器中；②當(dāng)發(fā)送方開始發(fā)送信息幀時(shí)，隨即啟動(dòng)計(jì)時(shí)器；③當(dāng)接收方收到無過錯(cuò)信息幀后，即向發(fā)送方返回一個(gè)確認(rèn)幀；④當(dāng)接收方檢測(cè)到一個(gè)含有過錯(cuò)的信息幀時(shí)，便舍棄該幀；⑤若發(fā)送方在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收到確認(rèn)幀，即將計(jì)時(shí)器清零，繼而開始下一幀的發(fā)送；⑥若發(fā)送方在規(guī)定時(shí)間內(nèi)未收到確認(rèn)幀，(即計(jì)時(shí)器超時(shí))，則應(yīng)重發(fā)存于緩沖器中的侍確認(rèn)信息幀。從以上過程可以看出，空閑RQ方案的收、發(fā)送方僅需設(shè)置一個(gè)幀的緩沖存儲(chǔ)空間，便可有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)重發(fā)并確保接收方接收的數(shù)據(jù)不會(huì)重份?？臻eRQ方案最主要的優(yōu)點(diǎn)就是所需的緩沖存儲(chǔ)空間最小，因此在鏈路端使用簡(jiǎn)單終端的環(huán)境中被廣泛采用。(2)連續(xù)重發(fā)請(qǐng)求(ContinuousRQ)。連續(xù)重發(fā)請(qǐng)求方案是指發(fā)送方可以連續(xù)發(fā)送一系列信息幀，即不用等前一幀被確認(rèn)便可發(fā)送下一幀。這就需要在發(fā)送方設(shè)置一個(gè)較大的緩沖存儲(chǔ)空間(稱作重發(fā)表)，用以存放若干待確認(rèn)的信息幀。當(dāng)發(fā)送方到對(duì)某信息幀確實(shí)認(rèn)幀后便可從重發(fā)表中將該信息幀刪除。所以，連續(xù)RQ方案的鏈路傳輸效率大大提高，但相應(yīng)地需要更大的緩沖存儲(chǔ)空間。連續(xù)RQ方案的實(shí)現(xiàn)過程如下：①發(fā)送方連續(xù)發(fā)送信息幀而不必等待確認(rèn)幀的返回；②發(fā)送方在重發(fā)表中保存所發(fā)送的每個(gè)幀的備份；③重發(fā)表按先進(jìn)先出(FIFO)隊(duì)列規(guī)則操作；④接收方對(duì)每一個(gè)正確收到的信息幀返回一個(gè)確認(rèn)幀；⑤每一個(gè)確認(rèn)幀包含一個(gè)惟一的序號(hào)，隨相應(yīng)確實(shí)認(rèn)幀返回；⑥接收方保存一個(gè)接收次序表，它包含最后正確收到的信息幀的序號(hào)；⑦當(dāng)發(fā)送方收到相應(yīng)信息幀確實(shí)認(rèn)后，從重發(fā)表中刪除該信息幀的備份；⑧當(dāng)發(fā)送方檢測(cè)出失序確實(shí)認(rèn)幀(即第N號(hào)信息幀和第N+2號(hào)信息幀確實(shí)認(rèn)幀已返回，而N+1號(hào)確實(shí)認(rèn)幀未返回)后，便重發(fā)未被確認(rèn)的信息幀。上面連續(xù)RQ過程是假定在不發(fā)生傳輸過錯(cuò)的情況下描述的，如果過錯(cuò)出現(xiàn)，如何進(jìn)一步處理還可以有兩種策略，即GO-DACK-N策略和選擇重發(fā)策略。GO-DACK-N策略的根本原理是，當(dāng)接收方檢測(cè)出失序的信息幀后，要求發(fā)送方重發(fā)最后一個(gè)正確接收的信息幀之后的所有未被確認(rèn)的幀；或者當(dāng)發(fā)送方發(fā)送了N個(gè)幀后，若發(fā)現(xiàn)該N幀的前一個(gè)幀在計(jì)時(shí)器超時(shí)后仍未返回其確認(rèn)信息，則該幀被判為出錯(cuò)或喪失，此時(shí)發(fā)送方就不得不重新發(fā)送出錯(cuò)幀及其后的N幀。這就是GO-DACK-N(退回N)法名稱的由來。因?yàn)?，?duì)接收方來說，由于這一幀出錯(cuò)，就不能以正常的序號(hào)向它的高層遞交數(shù)據(jù)，對(duì)其后發(fā)送來的N幀也可能都不能接收而丟棄。GO-DACK-N法操作過程如圖3.13所示。圖中假定發(fā)送完8號(hào)幀后，發(fā)現(xiàn)2號(hào)幀確實(shí)認(rèn)返回在計(jì)時(shí)器超時(shí)后還未收到，則發(fā)送方只能退回從2號(hào)幀開始重發(fā)。GO-DACK-N可能將已正確傳送到目的方的幀再重傳一遍，這顯然是一種浪費(fèi)。另一種效率更高的策略是當(dāng)接收方發(fā)現(xiàn)某幀出錯(cuò)后，其后繼續(xù)送來的正確的幀雖然不能立即遞交給接收方的高層，但接收方仍可收下來，存放在一個(gè)緩沖區(qū)中，同時(shí)要求發(fā)送方重新傳送出錯(cuò)的那一幀。一旦收到重新傳來的幀后，就可以原已存于緩沖區(qū)中的其余幀一并按正確的順序遞交高層。這種方法稱為選擇重發(fā)(SELECTICEREPEAT)，其工作過程如圖3.14所示。圖中2號(hào)幀的否認(rèn)返回信息NAK2要求發(fā)送方選擇重發(fā)2號(hào)幀。顯然，選擇重發(fā)減少了浪費(fèi)，但要求接收方有足夠大的緩沖區(qū)空間。在跳頻系統(tǒng)中，即使在信道條件良好的情況下，仍有可能在少數(shù)跳中出現(xiàn)錯(cuò)誤，因此有必要進(jìn)行過錯(cuò)控制。過錯(cuò)控制的方法主要分為兩類：一是自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)糾錯(cuò)（ARQ）技術(shù)；二是采用前向糾錯(cuò)（FFC）技術(shù)。ARQ技術(shù)可以很好的對(duì)付隨機(jī)錯(cuò)誤和突發(fā)錯(cuò)誤，它要求有反應(yīng)電路，當(dāng)信道條件不好時(shí)，需要頻繁的重發(fā)，最終可能導(dǎo)致通信失敗。FEC技術(shù)不需要反應(yīng)電路，但是需要大量的信號(hào)冗余度以實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的糾錯(cuò)，從而會(huì)降低信道效率。由于糾錯(cuò)碼對(duì)突發(fā)錯(cuò)誤的糾錯(cuò)能力較差，而通過交織技術(shù)可以使信道中的錯(cuò)誤隨機(jī)化，因此，經(jīng)常要用編碼與交織技術(shù)相結(jié)合的方法來獲得良好的糾錯(cuò)性能。在跳頻系統(tǒng)中的常用的糾錯(cuò)編碼技術(shù)有漢明碼、BCH碼、trellis碼、RS碼、Golay碼、卷積碼和硬判決譯碼、軟判決譯碼等。1993年提出了TURBO碼，其信噪比接近于Shannon極限，引起了人們的極大興趣。與RS碼等常用的跳頻編碼相比，TURBO碼在跳頻系統(tǒng)中顯示了極大的應(yīng)用潛能。此外，還可以把不同的編碼方法結(jié)合在一起，取長(zhǎng)補(bǔ)短，進(jìn)行聯(lián)合編碼。在快跳頻方式下，還可以運(yùn)用重發(fā)大數(shù)判決來克服跳頻頻段內(nèi)的快衰落。過錯(cuò)控制編碼技術(shù)作者張哲摘要:過錯(cuò)控制的根本思想是在發(fā)送端根據(jù)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)序列，按一定的規(guī)律參加多余碼元，使原來不相關(guān)的數(shù)據(jù)序列變成相關(guān)的，即編碼。傳輸時(shí)將多余碼元和信息碼元一并傳送。接收端根據(jù)信息碼元和多余碼元間的規(guī)則進(jìn)行檢驗(yàn)，即譯碼，根據(jù)譯碼結(jié)果進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，或者通過反應(yīng)信道要求發(fā)送方重發(fā)有錯(cuò)的數(shù)據(jù)，或者由接收端的譯碼器自動(dòng)將錯(cuò)誤糾正。這種技術(shù)叫做過錯(cuò)控制技術(shù)，多余碼元為校驗(yàn)碼元或監(jiān)督碼元。根據(jù)信息碼元產(chǎn)生監(jiān)督碼元的方法叫做過錯(cuò)控制編碼。文中著重介紹了過錯(cuò)控制的幾種根本方式分類和以及過錯(cuò)控制編碼的知識(shí)。關(guān)鍵詞:過錯(cuò)控制碼組碼元1過錯(cuò)控制編碼技術(shù)信道干擾源可分為無源干擾和有源干擾。前者引起的過錯(cuò)是一種隨機(jī)過錯(cuò),即某個(gè)碼元的出錯(cuò)具有獨(dú)立性,與前后碼元無關(guān)。而后者是由短暫原因如突然施加干擾源引起的,過錯(cuò)是成群的,其過錯(cuò)持續(xù)時(shí)間稱為突發(fā)錯(cuò)的長(zhǎng)度。在信息傳輸中,二者均有可能被引入。根據(jù)具體情況而選定適宜的過錯(cuò)控制編碼可以發(fā)現(xiàn)并糾正這些錯(cuò)誤。2過錯(cuò)控制的根本方式2.1反應(yīng)糾錯(cuò)數(shù)字通信中最優(yōu)過錯(cuò)控制編碼方案研究

曾浩

（貴陽(yáng)市061基地江南機(jī)電設(shè)計(jì)研究所，貴州貴陽(yáng)550000）

2009-6-1

摘要：隨著數(shù)字通信的開展與電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，過錯(cuò)控制編碼日益受到人們的重視并取得迅速開展，它廣泛應(yīng)用于數(shù)字通信中，對(duì)保證信息傳輸?shù)目煽窟\(yùn)行起著重要作用。文章通過對(duì)不同過錯(cuò)控制編碼方案的研究，利用Matlab語(yǔ)言對(duì)不同編碼方案進(jìn)行仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果提出了最優(yōu)過錯(cuò)控制編碼方案。

關(guān)鍵詞：過錯(cuò)控制；數(shù)字通信；編碼方案；BCH碼；卷積碼；級(jí)聯(lián)碼

中圖分類號(hào)：TN919文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）12-0005-02

一、過錯(cuò)控制編碼根本原理

在數(shù)字通信中，傳輸信道存在一定的噪聲和衰落，必然會(huì)對(duì)其上傳輸?shù)男畔a(chǎn)生誤碼，且產(chǎn)生的錯(cuò)誤有隨機(jī)錯(cuò)誤和突發(fā)錯(cuò)誤兩種，前者是由隨機(jī)噪聲引起，各碼元發(fā)生錯(cuò)誤為相互獨(dú)立的；而突發(fā)錯(cuò)誤則是由突發(fā)噪聲引起，錯(cuò)誤碼元成片出現(xiàn)。為了檢測(cè)和糾正這些錯(cuò)誤信息需要采用過錯(cuò)控制編碼。

過錯(cuò)控制編碼的根本原理是：在發(fā)送端將被傳輸?shù)男畔⑿蛄猩细郊右恍┍O(jiān)督碼元，這些多余的碼元與信息碼元之間以某種確定的規(guī)則相互關(guān)聯(lián)；接收端按照既定的規(guī)則檢驗(yàn)信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系，一旦傳輸過程中發(fā)生錯(cuò)誤，信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系將受到破壞，從而發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤乃至糾正錯(cuò)誤。

根據(jù)過錯(cuò)控制編碼各碼組信息元和監(jiān)督元的函數(shù)關(guān)系，過錯(cuò)控制編碼可分為分組碼和卷積碼。

（一）分組碼

分組碼的構(gòu)成方式是把信息序列分成每k個(gè)碼元一段，并由這k個(gè)碼元按一定規(guī)則產(chǎn)生r個(gè)監(jiān)督元，組成長(zhǎng)度為n=k+r的碼字，用（n，k）表示。常用的分組碼種類較多，主要包括奇偶監(jiān)督碼、BCH碼、交錯(cuò)碼、RS碼等。

（二）卷積碼

卷積碼不是把信息序列分組后再進(jìn)行單獨(dú)地編碼，而是由連續(xù)輸入的信息序列得到連續(xù)輸出的已編碼序列。卷積碼通常用兩個(gè)參數(shù)來描述：碼率和約束長(zhǎng)度。碼率k/n是在1個(gè)編碼周期內(nèi)進(jìn)入卷積編碼器的位數(shù)k與卷積編碼器輸出的碼元數(shù)n的比值，約束長(zhǎng)度l表示了編碼器的長(zhǎng)度，通常把卷積碼記作（n，k，l）。

卷積碼的k和n通常很小，特別適宜于以串行形式傳輸信息，延時(shí)小。與分組碼不同，卷積碼中編碼后的n個(gè)碼元不但與當(dāng)前段的k個(gè)信息有關(guān)，而且與前面k-1段的信息有關(guān)。

二、最優(yōu)過錯(cuò)控制編碼

針對(duì)目前數(shù)字通信信道中由于噪聲干擾而存在的隨機(jī)錯(cuò)誤和突發(fā)錯(cuò)誤兩種錯(cuò)誤。本文主要對(duì)以下三種編碼方案進(jìn)行研究及利用MATLAB語(yǔ)言進(jìn)行仿真分析，在碼率趨近于1/2時(shí)，依據(jù)誤碼率不大于10-6條件下，選擇最優(yōu)過錯(cuò)控制編碼方案。

（一）BCH碼+交織碼方案

BCH碼是1959年開展起來的一種糾隨機(jī)錯(cuò)誤的線性分組編碼，該碼因具有糾錯(cuò)能力較強(qiáng)、編碼簡(jiǎn)單、譯碼較易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。考慮到BCH碼只能糾正隨機(jī)錯(cuò)誤，對(duì)突發(fā)錯(cuò)誤無能為力，而交錯(cuò)碼則是利用糾隨機(jī)錯(cuò)碼或糾短突發(fā)錯(cuò)碼，以交錯(cuò)的方法來構(gòu)造碼，以到達(dá)糾正突發(fā)錯(cuò)誤或糾正長(zhǎng)突發(fā)錯(cuò)誤。因此將BCH碼和交織碼級(jí)聯(lián)使用，具有同時(shí)糾正上述兩種錯(cuò)誤的能力。

（二）級(jí)聯(lián)碼（RS碼+卷積碼）方案

信道編碼定理指出，隨著碼長(zhǎng)n的增加，譯碼錯(cuò)誤概率按指數(shù)趨近于零。因此，為了得到較低的誤碼率就必須使用長(zhǎng)碼。但是，隨著碼長(zhǎng)的增加，譯碼器的復(fù)雜性和計(jì)算量也相應(yīng)增加。為了解決性能與設(shè)備復(fù)雜性的矛盾，本方案采用以短碼構(gòu)成長(zhǎng)碼的方法，也就是級(jí)聯(lián)碼解決上述矛盾。

級(jí)聯(lián)碼主要用于干擾比較嚴(yán)重的組合信道中。內(nèi)碼僅用來糾正少量錯(cuò)誤，而大局部能力用來檢錯(cuò)，指出錯(cuò)誤位置，糾錯(cuò)任務(wù)由外碼譯碼器來完成。這樣二級(jí)譯碼的結(jié)果，使得內(nèi)外譯碼器比較簡(jiǎn)單，同時(shí)計(jì)算量大大低于相同參數(shù)的單級(jí)譯碼器。

目前在數(shù)字通信中經(jīng)常利用分組碼和卷積碼構(gòu)成級(jí)聯(lián)碼，特別是外碼采用RS碼，內(nèi)碼采用卷積碼和維特比譯碼的級(jí)聯(lián)碼。RS碼是一種多進(jìn)制BCH碼，其編碼、譯碼過程同BCH碼一樣。維特比譯碼作為卷積碼的譯碼方式在卷積編碼約束長(zhǎng)度不太長(zhǎng)的情況下，計(jì)算速度超快，目前可到達(dá)上百M(fèi)bit/s，且設(shè)備簡(jiǎn)單，因此本文的第二種編碼方案為RS+卷積碼。同時(shí)在級(jí)聯(lián)碼中，由于要求內(nèi)碼誤碼率在左右，這對(duì)碼率為1/2的卷積碼較易實(shí)現(xiàn)，且譯碼器設(shè)備簡(jiǎn)單，因此卷積碼的碼率選為1/2，外碼RS碼選（255，223）。

（三）RS碼+卷積碼+交織碼方案

在級(jí)聯(lián)碼中外碼主要用于糾錯(cuò)，因此，外碼RS碼的糾錯(cuò)能力