信道编码和差错控制
信道编码差错控制编码课件
若将上述8种码组选择其中的4种作为许 用码组，例如选择
000 = 晴 011 = 云 101 = 阴 110 = 雨 用来传输信息，令其余4种作为禁用码组，即 001，010，100，111。
组码的结构如图5-3所示。
图5-3 分组码的结构
（4）码组重量
分组码的一个码组中“1”的数目，称为 码组重量，简称码重。
（5）码距
两个码组对应位上数字不同的位数称码 组的距离，简称码距，又称为汉明（Hamming） 距离。
例如001，010，100，111这4个码组之间， 任意两个码组的距离均为2。
5.3.2 汉明码
汉明码是1950年由美国贝尔实验室汉明 （也译为海明）提出的，是第一个用于纠正 一位错码的效率较高的线性分组码。
目前，汉明码及其变型在数字通信系统、 数据存储系统中应用广泛。
本节以汉明码为例，介绍汉明码的构造 原理以及线性分组码的一般原理。
由于S取值有两种，因此只能代表有错和
行监督码元 ↓
0101101100
1
0101010010
0
0011000011
0
1100011100
1
0011111111
0
0001001111
1
1110110000
1
列监督码元 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1
0
5.2.3 群计数码
把信息码元中“1”的个数用二进制数字 表示，并作为监督码元放在信息码元的后面， 这样构成的码称为群计数码。
前者主要用于发生零星独立错误的信道， 如卫星信道容易出现随机性错误；而后者则 用于对付以突发错误为主的信道，如短波信 道或存储系统。
通信原理教程信道编码和差错控制课件
总结词
线性分组码是一种通过将信息位与固定数量的冗余位进行线性组合来检测和纠正错误的编码方式。
详细描述
线性分组码将信息位和冗余位组成一个更大的分组，然后使用线性方程组来描述这些位之间的关系。通过检测这些方程的满足情况，可以在一定程度上检测和纠正错误。常见的线性分组码包括汉明码和格雷码等。
差错控制
在计算机通信、网络通信等领域应用广泛，用于保证数据传输的正确性和完整性。
应用场景比较
信道编码在长距离、高噪声环境下具有优势，而差错控制更适合短距离、低噪声环境。
应用场景比较
随着通信技术的发展，信道编码技术也在不断进步，如LDPC码、Turbo码等新型编码技术的出现，提高了数据传输的可靠性和速率。
奇偶校验
总结词：高效可靠
详细描述：循环冗余校验是一种通过模2除法运算来检测错误的方法。发送方计算数据的CRC值并附加在数据后面，接收方通过同样的方式计算接收到的数据的CRC值并与附加的CRC值进行比较。如果两个值相等，则数据被认为是正确的；否则，数据被认为有错误。CRC是一种高效的差错控制方法，能够检测出大部分错误。
03
信道编码分类
线性编码
线性编码是指将输入信息序列映射为线性码字序列的过程。常见的线性编码包括奇偶校验码、循环冗余校验码等。
非线性编码
非线性编码是指将输入信息序列映射为非线性码字序列的过程。常见的非线性编码包括卷积码、交织码等。
信道编码在数据传输中广泛应用，如TCP/IP协议中的差错控制机制、无线通信中的QPSK、QAM等调制方式。
01
差错控制
在数据传输过程中，对传输的数据进行检测、纠正和恢复，以确保数据的完整性和准确性。
02
差错产生原因
通信系统中的信道编码与纠错技术
通信系统中的信道编码与纠错技术引言：信道编码与纠错技术是通信系统中非常关键的一部分。
它们通过在发送端对数据进行编码，使数据在信道中传输时能够更容易地被接收端正确解码，并通过纠错技术修复由信道传输过程中引起的错误。
本文将详细介绍信道编码与纠错技术的基本概念、原理以及应用。
一、信道编码的基本概念和原理1. 信道编码的概念信道编码是一种用于提高通信系统传输可靠性的技术。
它通过在发送端对数据进行编码，将原始数据转换成一种冗余数据，增加了数据传输的冗余度，从而使数据更具鲁棒性，减少在信道传输过程中引起的误码率。
2. 信道编码的原理信道编码的原理是通过重新组织数据位来减小出错的可能性。
最常见的信道编码方式是使用冗余比特（Redundant Bits），即在原始数据中添加额外的冗余比特。
常见的冗余编码方式包括奇偶校验码、循环冗余校验码（CRC码）等。
3. 奇偶校验码奇偶校验码是最简单的一种纠错码。
它将一个比特作为校验位，使得数据位中的1的个数为奇数或偶数。
接收端根据接收到的数据位个数来判断是否存在错误。
4. 循环冗余校验码（CRC码）循环冗余校验码是一种通过多项式除法实现的纠错码。
发送端通过对数据进行一系列运算生成CRC码，并将CRC码添加到数据帧中发送出去。
接收端同样通过一系列运算计算接收到的数据帧的CRC码，并与发送端传送的CRC码进行比较，从而判断是否存在错误。
二、纠错编码的基本概念和原理1. 纠错编码的概念纠错编码是一种能够检测和纠正数据传输过程中出现的错误的技术。
当信道中的噪声或干扰引起数据发生错误时，纠错编码能够通过冗余信息恢复原始数据，并确保数据传输的完整性和准确性。
2. 纠错编码的原理纠错编码的原理是通过添加冗余信息来提高数据的可靠性。
纠错编码可以通过循环冗余校验码（CRC码）、海明码（Hamming码）等方式来实现。
3. 海明码（Hamming码)海明码是一种常用的纠错编码技术。
它通过在原始数据中添加一定数量的冗余比特，使得接收端可以根据接收到的数据位推断出错误的位，并进行纠正。
《通信原理》10信道编码和差错控制
111 100 010 001 001 010 100 111
29
线性分组码
汉明码 接收端解码方法：
根据接收码组，先计算出校正子S1S2S3 ， 然后查表判断错码位置。
S1 a6 a5 a4 a2 S2 a6 a5 a3 a1 S3 a6 a4 a3 a0
手段统称为差错控制。
差错控制编码是一种信道编码。
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基本内容
信道的分类
随机信道
突发信道 混合信道
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5
基本内容
常用的差错控制方式主要有 检错重发（简称ARQ） 前向纠错（简称FEC） 混合纠错（简称HEC） 目的：克服线路传输中出现的数据差错，实现
一个码组内检测e个误码：d0 e1 一个码组内纠正t个误码： d t 1 0 2 一个码组内纠正t个误码同时检测 e（e>t） 个误码： d e t 1 ( e t ) 0
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15
纠错编码
码距与检错和纠错能力的关系：
0 A
1 e
2
3 B
0 A
1 t
2
——纠正随机错误的码和纠正突发错误的码；
按照构造差错控制编码的数学方法分为 ——代数码、几何码和算术码；
按照每个码元取值不同分为
——二进制和多进制码。
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基本内容
码率：
编码序列中信息码元数量k和总码元数量n之比：
k/n
冗余度：
监督码元数（n-k）和总码元数量n之比: (n-k)/n
纠错编码系统的性能：
编码增益：在保持误码率恒定的条件下，采 用纠错编码所节省的信噪比
差错控制编码_现代通信系统原理第八章
第八章差错控制编码8.1 引言本节知识要点：信源及信源编码信道编码（差错控制编码）纠错编码的分类网格编码调制前向纠错差错控制（FEC）检错重发差错控制（ARQ）混合纠错差错控制（HEC）码长码重码距最小码距纠错码的基本原理8.1.1 信源编码与信道编码的基本概念设计通信系统的目的就是把信源产生的信息有效可靠地传送到目的地。
在数字通信系统中，为了提高数字信号传输的有效性而采取的编码称为信源编码；为了提高数字通信的可靠性而采取的编码称为信道编码。
１．信源编码信源可以有各种不同的形式，例如在无线广播中，信源一般是一个语音源（话音或音乐）；在电视广播中，信源主要是活动图像的视频信号源。
这些信源的输出都是模拟信号，所以称之为模拟源。
而数字通信系统是设计来传送数字形式的信息，所以，这些模拟源如果想利用数字通信系统进行传输，就需要将模拟信息源的输出转化为数字信号，而这个转化构成就称为信源编码。
对于信源编码的研究，在通信领域受到了人们的广泛关注。
特别在移动通信系统中，信源编码（语音编码）决定了接收到的语音的质量和系统容量。
因为在移动通信系统中，带宽是很珍贵的，所以，如何在有限的可分配的带宽内容纳更多的用户，已经成为经营者最为关心的问题。
而低比特率语音编码提供了解决该问题的一种方法。
在编码器能够传送高质量语音的前提下，如果比特率越低，就可以在一定的带宽内能容纳更多的语音通道。
因此，生产商和服务提供商不断地寻求新的编码方法，以便在低比特率条件下提供高质量的语音。
语音编码的目的就是在保持一定算法复杂程度和通信时延的前提下，运用尽可能少的信道容量，传送尽可能高的语音质量。
目前较为常用的语音编码形式有：脉冲编码调制（PCM）、差分脉冲编码调制（DPCM）、自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）、增量调制（DM）、连续可变斜率增量调制（CVSDM）、自适应预测编码（APC）、自带编码（SBC）、码激励线性预测编码等等。
２．信道编码（差错控制编码）在实际信道传输数字信号的过程中，引起传输差错的根本原因在于信道内存在的噪声以及信道传输特性不理想所造成的码间串扰。
信道编码和差错控制之间有何区别？
信道编码和差错控制之间有何区别？一、信道编码的基本概念信道编码是一种通过在数据传输中添加冗余信息来提高数据可靠性的技术。
其基本原理是将原始数据进行转换或编码，以增加冗余度，从而能够在数据传输过程中检测和纠正错误。
二、差错控制的基本概念差错控制是一种通过检测和纠正传输过程中产生的错误来确保数据的准确性的技术。
其主要目的是通过引入冗余信息，检测并纠正在传输过程中可能引起的错误，从而实现数据的可靠传输。
三、信道编码和差错控制的区别1. 目的不同：信道编码的主要目的是在数据传输过程中增加冗余信息，以提高数据的可靠性。
而差错控制的主要目的是通过使用冗余信息来检测和纠正传输过程中产生的错误。
2. 实现方式不同：信道编码通过对数据进行编码，将冗余信息添加到原始数据中，以增加信息的冗余度。
差错控制则是通过引入差错检测码或纠错码，对数据进行校验和纠正。
3. 错误处理方式不同：信道编码通常采用反馈机制，一旦出现错误，将自动进行纠错，降低了数据传输的错误率。
而差错控制则需要在接收端进行错误检测和纠正的操作，纠正功能是被动的，需要由接收端主动处理错误。
4. 效果不同：信道编码通过增加冗余信息，可以提高数据传输的可靠性，减少传输过程中出错的概率。
而差错控制可以检测和纠正传输过程中产生的错误，确保数据的准确性。
综上所述，信道编码和差错控制虽然都是为了提高数据传输的可靠性，但在目的、实现方式、错误处理方式和效果等方面存在明显的区别。
了解和掌握这些区别，有助于我们在实际应用中选择合适的技术来满足不同的需求。
通过信道编码和差错控制的结合应用，可以进一步提高数据传输的可靠性和稳定性，满足现代通信系统对数据传输质量的要求。
信道编码(差错控制编码)
行监督码元 ↓
0101101100
1
0101010010ຫໍສະໝຸດ 00011000011
0
1100011100
1
0011111111
0
0001001111
1
1110110000
1
列监督码元 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1
0
5.2.3 群计数码
把信息码元中“1”的个数用二进制数字 表示，并作为监督码元放在信息码元的后面， 这样构成的码称为群计数码。
表5-2
国际通用的七中取三码
5.2.5 ISBN国际统一图书编号
国际统一图书编号也是一种检错码，主 要目的是为了防止书号在通信过程中发生误 传。图书编号的格式有统一的规定。
5.3 线性分组码
5.3.1 线性分组码基本概念 5.3.2 汉明码 5.3.3 对一般线性分组码的讨论
上一节介绍了一些简单编码，其中奇偶 监督码的编码原理利用了代数关系式，这类 建立在代数学基础上的编码称为代数码。
系。
图5-5 最小码距与检纠错能力的关系示意图
5.2 几种常用的检错码
5.2.1 奇偶监督码（奇偶校验码） 5.2.2 二维奇偶监督码 5.2.3 群计数码 5.2.4 恒比码 5.2.5 ISBN国际统一图书编号
5.2.1 奇偶监督码（奇偶校验码）
奇偶监督码（又称为奇偶校验码）是一 种最简单也是最基本的检错码，在计算机数 据传输中得到了广泛的应用。
第5章 信道编码（差错控制编码）
5.1 信道编码基本概念 5.2 几种常用的检错码 5.3 线性分组码 5.4 循环码 5.5 卷积码 5.6 交织编码 本章内容小结
学习要点
信源编码的概念 差错控制编码的分类及其工作原理 常用的检错码 线性分组码 循环码 卷积码 交织码
通信原理教程信道编码和差错控制PPT课件
人工智能在信道编码和差错控制中的应用
01
人工智能技术在信道编码和差错控制领域的应用逐渐
成为研究热点。
02
通过机器学习和深度学习算法，可以自动优化信道编
码方案，提高编码性能和纠错能力。
03
人工智能技术也可以用于差错控制中的信号处理和数
据恢复，例如利用神经网络进行信号去噪和恢复。
THANKS
感谢观看
包。
当接收端发现数据包丢失时， 会发送一个重传请求给发送端
。
发送端收到重传请求后，会重 新发送丢失的数据包。
ARQ通过快速重传丢失的数据 包来保证数据的可靠传输。
前向纠错（FEC）
01 FEC是一种差错纠正算法，用于在数据传 输过程中纠正错误。
02 FEC通过在数据中添加冗余信息来实现纠 错。
03
链路自适应技术
总结词
链路自适应技术可以根据信道状态自适 应地调整传输参数，以优化传输性能。
VS
详细描述
链路自适应技术是一种可以根据信道状态 自适应地调整传输参数的差错控制技术。 它通过实时监测信道状态，并根据信道质 量的好坏调整传输速率、调制方式和功率 等参数，以优化传输性能并降低误码率。 链路自适应技术可以有效地适应不同的信 道条件，提高数据传输的可靠性和效率。
02
信道编码原理
线性分组码
总结词
线性分组码是一种将信息序列分成固定长度的组，然后对每组进行线性编码的 方法。
详细描述
线性分组码通过将信息序列分成固定长度的组，然后对每组进行线性编码，以 增加信息在传输过程中的抗干扰能力。线性分组码包括汉明码、奇偶校验码等。
循环码
总结词
循环码是一类具有循环特性的线性码，其编码后的码字仍具有循环移位的性质。
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概述
➢ 信道编码：
目的：提高信号传输的可靠性。
方法：增加多余比特，以发现或纠正错误。
➢ 差错控制：包括信道编码在内的一切纠正错误手段。
➢ 产生错码的原因：
乘性干扰引起的码间串扰
加性干扰引起的信噪比降低
➢ 信道分类：按照加性干扰造成错码的统计特性不同划分
随机信道：错码随机出现，例如由白噪声引起的错码
r － 编码序列中差错控制码元数量 （差错控制码元，以后称为监督码元或监督位 ）
k/n － 码率 (n - k) / k = r / k － 冗余度
信道编码和差错控制
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码距的几何意义：以n = 3的编码为例
a1
(0,1,0)
(1,1,0)
(0,1,1)
(1,1,1)
(0,0,0)
(1,0,0) a2
ar ar-1 an-2 ...
a0
t
k个信息位
r个监督位
码长 n = k + r
分组码的结构
分组码的参数： 码重：码组内“1”的个数
码距：两码组中对应位取值不同的位数，又称汉明距离
最小码距(d0)
：各码组间的最小距离 信道编码和差错控制
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➢ 编码序列的参数
n － 编码序列中总码元数量 k － 编码序列中信息码元数量
d0 2t1
01 A
t
23 d0
45 B
t
码距等于5的两个码组
信道编码和差错控制
汉明距离
9
为了能纠正t个错码，同时检测e个错码，要求最小码距 d0et1 (et)
A
t
e
B
t
1
汉明距离
码距等于(e+t+1)的两个码组
纠检结合工作方式： 当错码数量少时，系统按前向纠错方式工作，以节
省重发时间，提高传输效率； 当错码数量多时，系统按反馈重发的纠错方式工作，
以降低系统的总误码率。
信道编码和差错控制
10
10.3 纠错编码系统的性能
10-1
10.3.1 误码率性能和带宽的关系
10-2
采用编码降低误码率
10-3
所付出的代价是带宽的增大。 Pe
10-4
10-5
10-6
• 2PSK A •E
•B 编码后 • •C
D
Eb/n0 (dB)
编码和误码率关系
信道编码和差错控制
a0 (0,0,1) (1,0,1)
一般而言，码距是 n 维空间中单位正多面体顶点之间的汉 明距离。
信道编码和差错控制
8
一种编码的纠检错能力：决定于最小码距d0的值。 为了能检测e个错码，要求最小码距
d0 e1
01 A
e
23 B 汉明距离
d0
码距等于3的两个码组 为了能纠正 t 个错码，要求最小码距
ACK1
NAK5
ACK5
NAK9
接收数据 1 2 3 4 5 6 7 5 6 7 8 9 10 11 9 10 11 12有错码组Fra bibliotek有错码组
拉后ARQ系统
信道编码和差错控制
3
选择重发ARQ系统
重发码组
重发码组
发送数据 1 2 3 4 5 6 7 5 8 9 10 11 9 12 13 14
ACK1
11
10.3.2 功率和带宽的关系
10-1
10-2
采用编码以节省功率，并保持 10-3
误码率不变，付出的代价也是
Pe
带宽增大。
10-4
10-5
10-6
• 2PSK A •E
•B 编码后 • •C
D
Eb/n0 (dB)
编码和误码率关系
信道编码和差错控制
12
10.3.3 传输速率和带宽的关系
对于给定的传输系统，其传输速率和Eb/n0的关系：
信道编码和差错控制
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➢ 分组码概念
分组码 ＝ 信息位 ＋ 监督位 分组码符号：(n, k)
其中，n － 码组总长度， k － 信息码元数目。
r = n – k － 监督码元数目。
信息位 监督位
晴
00
0
云
01
1
阴
10
1
右表中的码组为(3, 2)码。
雨
11
0
分组码的一般结构：
an-1 an-2 ...
Eb PsT Ps Ps
10-1
n0 n0 n0(1/T) n0RB
式中，RB － 码元速率。
10-2
提高传输速率，采用编 码以保持误码率不变；付出 的代价仍是带宽增大。
10-3
Pe
10-4
10-5
• 2PSK A •E
•B 编码后 • •C
传输效率降低，可能因反复重发而造成事实上的通
信中断。
信道编码和差错控制
4
10.2 纠错编码的基本原理
➢ 分组码举例 设：有一种由3个二进制码元构成的编码，它共有23 = 8种 不同的可能码组： 000 – 晴 001 – 云 010 – 阴 011 – 雨 100 – 雪 101 – 霜 110 – 雾 111 – 雹 这时，若一个码组中发生错码，则将收到错误信息。 若在此8种码组中仅允许使用4种来传送天气，例如：令 000 – 晴 011 – 云 101 – 阴 110 – 雨 为许用码组，其他4种不允许使用，称为禁用码组。 这时，接收端有可能发现（检测到）码组中的一个错码。 这种编码只能检测错码，不能纠正错码。 若规定只许用两个码组：例如 000 – 晴 111 – 雨 就能检测两个以下错码，或纠正一个错码。
信道编码和差错控制
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➢ 自动要求重发(ARQ)系统 停止等待ARQ系统
发送数据
1
2
ACK
接收数据
1
2
3
3
4
5
5
ACK
NAK
ACK
ACK
NAK
3
3
4
5
5
有错码组
有错码组
停止等待ARQ系统
6 t
ACK
t
拉后ARQ系统
重发码组
重发码组
发送数据 1 2 3 4 5 6 7 5 6 7 8 9 10 11 9 10 11 12
NAK5
ACK5 NAK9
ACK9
接收数据 1 2 3 4 5 6 7 5 8 9 10 11 9 12 13 14
有错码组
有错码组
选择重发ARQ系统
ARQ和FEC比较：
优点 监督码元较少，即码率较高 检错的计算复杂度较低 能适应不同特性的信道
缺点
需要双向信道。
不适用于一点到多点的通信系统或广播系统。
突发信道：错码相对集中出现，例如由脉冲干扰引起的错 码。
混合信道
信道编码和差错控制
1
➢ 差错控制技术的种类： 检错重发： 能发现错码，但是不能确定错码的位置。 通信系统需要有双向信道。 前向纠错(FEC)：利用加入的差错控制码元，不但能够发 现错码，还能纠正错码。 反馈校验： 将收到的码元转发回发送端，将它和原发送码元比较。 缺点：需要双向信道，传输效率也较低。 检错删除： 在接收端发现错码后，立即将其删除。 适用在发送码元中有大量多余度，删除部分接收码元 不影响应用之处。