第11章 差错控制编码(2)
通信原理简答题答案1(个人整理)
通信原理第六版课后思考题第1章绪论1、何谓数字信号？何谓模拟信号？两者的根本区别是什么？答：数字信号：电信号的参量仅可能取有限个值；模拟信号：电信号的参量取值连续；两者的根本区别在于电信号的参量取值是有限个值还是连续的。
2、画出模拟通信系统的一般模型。
3、何谓数字通信？数字通信有哪些优缺点？答：数字通信即通过数字信号传输的通信，相对模拟通信，有以下特点：1）传输的信号是离散式的或数字的；2）强调已调参数与基带信号之间的一一对应；3）抗干扰能力强，因为信号可以再生，从而消除噪声积累；4）传输差错可以控制；5）便于使用现代数字信号处理技术对数字信号进行处理；6）便于加密，可靠性高；7）便于实现各种信息的综合传输3、画出数字通信系统的一般模型。
答：4、按调制方式，通信系统如何分类？答：分为基带传输和频带传输5、按传输信号的特征，通信系统如何分类？答：按信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以分为模拟通信系统和数字通信系统6、按传输信号的复用方式，通信系统如何分类？答：频分复用（FDM），时分复用（TDM），码分复用（CDM）7、通信系统的主要性能指标是什么？第3章随机过程1、随机过程的数字特征主要有哪些？它们分别表征随机过程的哪些特征？答：均值：表示随机过程的n 个样本函数曲线的摆动中心。
方差：表示随机过程在时刻t 相对于均值a(t)的偏离程度。
相关函数：表示随机过程在任意两个时刻上获得的随机变量之间的关联程度。
2、何谓严平稳？何谓广义平稳？它们之间的关系如何？答：严平稳：随机过程δ(t)的任意有限维分布函数与时间起点无关。
广义平稳：1）均值与t 无关，为常数a 。
2）自相关函数只与时间间隔τ=t 1-t 2有关。
严平稳随机过程一定是广义平稳的，反之则不一定成立。
4、平稳过程的自相关函数有哪些性质？它与功率谱的关系如何？答：自相关函数性质：(1) R(0)=E[ξ2(t)]——ξ(t)的平均功率。
(2) R(τ)=R(-τ)——τ的偶函数。
差错控制编码教学课件
循环冗余校验码（CRC）
总结词
广泛应用、可靠性高
详细描述
循环冗余校验码是一种广泛应用于数据传输和存储的差错控制编码方法。它通过将数据视为一段二进制数，计算 出一个冗余码附加在数据末尾，使得整个数据（包括冗余码）的模2除法结果为0。CRC能够检测出多位错误，具 有较高的可靠性。
海明 码
总结词
高效、可纠正多位错误
详细描述
海明码是一种高效的差错控制编码方法，能够纠正多位错误。它通过将数据分成多个分组，在每个分 组之间插入一些校验位，使得每个分组和校验位之间存在一定的关系。海明码能够检测和纠正多个错 误，但编码效率相对较低。
里德-所罗门码
总结词
纠错能力强、适用于通信和存储领域
VS
详细描述
里德-所罗门码是一种纠错能力较强的差 错控制编码方法，适用于通信和存储领域。 它通过将数据分成多个块，并使用多个校 验方程来检测和纠正多个错误。里德-所 罗门码具有较高的纠错能力和较低的错误 概率，但实现较为复杂。
联合信源信道编码
总结词
联合信源信道编码是一种新型的编码方式，它将信源编码和信道编码相结合，以提高通 信系统的整体性能。
详细描述
传统的信源信道编码通常分开进行，但在某些场景下，这种分离的方式可能无法充分利 用数据的信息。联合信源信道编码通过将信源编码和信道编码相结合，能够更好地利用
数据的信息，提高通信系统的性能。
差错控制编码教学课 件
• 差错控制编码概述 • 常见差错控制编码方法 • 差错控制编码原理
01
差错控制编码概述
差错控制编码的定义
差错控制编码是一种通过增加冗余信 息来检测和纠正数据传输过程中发生 的错误的编码方式。
它通过在数据中加入额外的信息，使 得接收方可以检测到数据是否发生错 误，并在必要时进行纠正。
通信原理第11章差错控制编码分析
接收端将接收到的信码原封不动地转发回发端， 并与原发送信码相比较，若发现错误，发端再重 发。
发
数据信息 数据信息
收
图11.1-6 信息反馈法
第11章 差错控制编码
11.1
概述
收端把收到的数据序列全部经反向信道送回发
端，发端比较发出和送回的数据序列，从而发 现有否错误，如果有错误，发端将数据序列再 次传送，直到发端没有发现错误。
编码二： 消息A----“00”；消息B----“11” 最小码距2 若传输中产生一位错码，则变成“01”或“10”， 收端判决为有错（因“01”“10”为禁用码组），但 无法确定错码位置，不能纠正，该编码具有检出 一位错码的能力。 这表明增加一位冗余码元后码具有检出一位错 码的能力
第11章 差错控制编码
11.1
概述
差错控制编码属信道编码，要求在满足有效性 前提下，尽可能提高数字通信的可靠性。 差错控制编码是在信息序列上附加上一些监督 码元，利用这些冗余的码元，使原来不规律的或 规律性不强的原始数字信号变为有规律的数字信 号。例如奇偶校验。 差错控制译码则利用这些规律性来鉴别传输过 程是否发生错误，或进而纠正错误。
11.2
差错控制编码的基本原理
（2）最小码距与检错和纠错能力的关系
一个码能检测e个错码，则要求其最小码dmin≥e+1
一个码能纠正t个错码，则要求其最小dmin≥2t+1 一个码能纠正t个错码，同时能检测e个错码，则要
求其最小码距
dmin≥e+t+1 (e>t)
第11章 差错控制编码
11.2
11.1
概述
（1）检错重发法（ARQ） Automatic Repeat reQuest 收端在接收到的信码中发现错码时，就通 知发端重发，直到正确接收为止。例如奇偶 校验。 检错重发方式只用于检测误码，能够在接 收单元中发现错误，但不一定知道该错误码 的具体位置。 需具备双向信道。
樊昌信《通信原理》(第6版)(名校考研真题 差错控制编码)【圣才出品】
第11章 差错控制编码一、填空题1．码组（01001）的码重为（ ），它与码组（10011）之间的码距是（）。
[华中科技大学2002研]【答案】2；3。
【解析】在线性分组码中，通常把码组中所含“1”的数目定义为码组重量，称为汉明重量，简称码重。
把两个码组中对应位置上具有不同二进制码元的位数定义为码组距离，称为汉明距离，简称码距。
2．线性分组码（n ，k ），若要求它能纠正2个随机错误其最小码距为（ ）。
若要求它能纠正2个随机错误且能检测到4个随机错误则其量小码距为（ ）。
[华中科技大学2002研；北科2011研]【答案】5；7。
【解析】设码组间的最小码距为。
①若要发现e 个独立随机错误，则要满足min d min d ；②若要纠正t 个独立随机错误，则要满足，所以若纠正2min 1d e ≥+min d min 21d t ≥+个随机错误，则；③若要发现e （e>t ）个同时又纠正t 个独立随机错min 2215d =⨯+=误，则要满足，所以若能纠正2个随机错误且能检测到4个随机错误，min d min 1d t e ≥++则。
min 2417d =++=二、判断题模拟通信可以采用编码加密，从而实现保密通信。
（）[南邮2010研]【答案】×【解析】编码加密是对数字序列而言的，模拟信号无法进行编码加密。
三、选择题1．纠错码的编码效率越高引入的冗余越（），通常纠检错能力越（）。
[南邮2009研]A．少，低B．多，高C．多，低D．长，强【答案】A【解析】纠错码就是用n比特的码元代替k比特的码元（n>k），对于相同的k，编码效率k/n越大，则n越小，引入的冗余n-k越小，而纠检错能力取决于冗余，冗余度小纠检错能力越低。
2．纠错码的应用可以改善通信系统的误码性能，但是付出的代价是（）。
[南邮2010研]A．误码率B．信噪比C．效率D ．带宽【答案】D【解析】纠错码通过在发送信息码元序列中增加监督码元实现纠（检）错功能，这样做的结果使发送序列增长，冗余度增大。
差错控制编码
一．差错控制编码是什么？差错控制编码是指在实际信道上传输数字信号时，由于信道传输特性不理想及加性噪声的影响，所收到的数字信号不可避免地会发生错误。
为了在已知信噪比的情况下达到一定的误比特率指标，首先应合理设计基带信号，选择调制、解调方式，采用频域均衡和时域均衡，使误比特率尽可能降低，一但若误比特率仍不能满足要求，则必须采用信道编码，即差错控制编码。
差错控制编码的基本做法是：在发送端被传输的信息序列上附加一些监督码元，这些多余的码元与信息码元之间以某种确定的规则相互关联（约束）。
接收端按照既定的规则检验信息码元与监督码元之间的关系，一旦传输过程中发生差错，则信息码元与监督码元之间的关系将受到破坏，从而可以发现错误，乃至纠正错误。
研究各种编码和译码方法正式差错控制编码所要解决的问题。
扩展资料：常用的差错控制编码方法有：奇偶校验、恒比码、矩阵码、循环冗余校验码、卷积码、Turbo码。
1、奇偶校验奇偶校验是一种校验代码传输正确性的方法。
根据被传输的一组二进制代码的数位中“1”的个数是奇数或偶数来进行校验。
采用奇数的称为奇校验，反之，称为偶校验。
采用何种校验是事先规定好的。
通常专门设置一个奇偶校验位，用它使这组代码中“1”的个数为奇数或偶数。
若用奇校验，则当接收端收到这组代码时，校验“1”的个数是否为奇数，从而确定传输代码的正确性。
2、恒比码恒比码一般指定比码。
定比码是指一组码中1和0的码元个数成一定比例的一种编码。
换言之，它是选用比特序列中1和0码元之比例为定值，所以又称为恒比码。
定比码是一种常用的检错码。
3、矩阵码矩阵码属二维条码的一种，是将图文和数据编码后，转换成一个二维排列的多格黑白小方块图形。
矩阵式二维条形码是以矩阵的形式组成，在矩阵相应元素位置上，用点(Dot)的出现表示二进制的“1”，不出现表示二进制的“0”，点的排列组合确定了矩阵码所代表的意义。
其中点可以是方点、圆点或其它形状的点。
矩阵码是建立在电脑图像处理技术、组合编码原理等基础上的图形符号自动辨识的码制，已较不适合用“条形码”称之。
北京理工大学《通信原理》第11章-差错控制编码
但是这种码不能发现一个码组中的两个错码，因为发生两
个错码后产
检错和纠错
上面这种编码只能检测错码,不能纠正错码。例如，当接收码 组为禁用码组“100”时，接收端将无法判断是哪一位码发生了 错误，因为晴、阴、雨三者错了一位都可以变成“100”。
要能够纠正错误，还要增加多余度。例如，若规定许用码组只 有两个：“000”（晴），“111”（雨），其他都是禁用码组， 则能够检测两个以下错码，或能够纠正一个错码。
例如：“000”（晴），“001”（云），
“010”（阴），“011”（雨），
“100”（雪），“101”（霜），
“110”（雾），“111”（雹）。
其中任一码组在传输中若发生一个或多个错码，则将变 成另一个信息码组。这时，接收端将无法发现错误。
12
第11章差错控制编码
若在上述8种码组中只准许使用4种来传送天气，例如：
若码组A中发生两位错码，则其位置不会超出以O点为圆 心，以2为半径的圆。因此，只要最小码距不小于3，码 组A发生两位以下错码时，
不可能变成另一个准用 码组，因而能检测错码 的位数等于2。
0123
A
B 汉明距离
e
d0
19
第11章差错控制编码
同理，若一种编码的最小码距为d0，则将能检测(d0 - 1)个错码。 反之，若要求检测e个错码，则最小码距d0至少应不小于( e + 1)。
N － 码组的总位数，又称为码组的长度（码长）， k － 码组中信息码元的数目， n – k ＝ r － 码组中的监督码元数目，或称监督位数目。
16
第11章差错控制编码
分组码的码重和码距
码重：把码组中“1”的个数称为码组的重量，简称码重。 码距：把两个码组中对应位上数字不同的位数称为码组
第十一章-差错控制编码-贾勇
写成一行，然后再按列的方向增加第二维监督位，如下图
所示
a1n1 a1n2 a11 a01
an21 an22 a12 a02
anm1 anm2 a1m a0m cn1 cn2 c1 c0
图中a01 a02 a0m为m行奇偶监督码中的m个监督位。 cn-1 cn-2 c1 c0为按列进行第二次编码所增加的监督位，它 们构成了一监督位行。
11.1 概述
ARQ的主要优点：和前向纠错方法相比 – 监督码元较少即能使误码率降到很低，即码率较高； – 检错的计算复杂度较低； – 检错用的编码方法和加性干扰的统计特性基本无关，能适 应不同特性的信道。 ARQ的主要缺点： – 需要双向信道来重发，不能用于单向信道，也不能用于一 点到多点的通信系统。 – 因为重发而使ARQ系统的传输效率降低。 – 在信道干扰严重时，可能发生因不断反复重发而造成事实 上的通信中断。
四个许用码组之间的距离均为2。
Why? 摈弃d=1的码－－禁用码组。许用码组最小码距愈大，抗干扰 能力愈强！ 确定最小码距的目的：决定编码的检纠错能力。
11.2 纠错编码的基本原理
3. d0与纠检错能力 1) 若要求检测e个错,则 d0≧e+1 2) 若要求纠正t个错,则 d0≧2t+1 3) 若要检测e纠正t 个错（同时），则d0>e+t+1, 且e>t 码距与检错和纠错能力的关系：
11.4 简单的实用编码
例:
10000 1 11101 0横 11001 1向 01010 0监 00001 1督 10101 1 01010
纵向监督
纠检错能力: 1) 仍可检错奇数个错 2) 还可检错偶数个错 3) 可纠正一些错码 ● 适于检测突发性错误
樊昌信《通信原理》(第7版)章节题库(差错控制编码)【圣才出品】
第11章 差错控制编码一、填空题1．码长为31的汉明码，其监督位r 应为 ；编码效率为 。
【答案】r ＝5；26／31【解析】由汉明码的定义可知21r n =-，所以可得其监督位r ＝5。
其编码效率为315263131k n r n n --===2．汉明码是一种能纠 位错码、最小码距为 的线性分组码。
【答案】1；d 0＝3【解析】汉明码能够纠正一个错误或检测两个错码，最小码距为3。
3．已知信道中传输1100000、0011100、0000011三个码组，则其可检测 位错码，可纠正 位错码。
【答案】3；1【解析】在一个分组码中，若检测e 位错码，则要求01d e ≥+；若纠正t 位错码，则要求021d t ≥+。
由题可知，码组间的最小码距为04d =，所以可以检测3位错码，可以纠正1位错码。
4．在分组码中，若要在码组内检测2位错码同时纠正1位错码的最小码距为【答案】4【解析】在一个分组码中，若检测e位错码，同时纠正t位错码，则要求01d t e≥++，且e t>。
故检测2位错码同时纠正1位错码的最小码距为04d=。
5．奇偶监督码有位监督码，能发现个错码，不能检出个错码。
【答案】1；奇数；偶数【解析】奇偶监督码分为奇数监督码和偶数监督码，两者原理相同，有1位监督码。
在接收端按“模2和”运算，故能发现奇数个错码，不能检测出偶数个错码。
6．线性分组码的最小码距为4，若用于纠正错误，能纠正位错误；若用于检测错误，能检测位错误。
【答案】1；3【解析】在一个分组码中，若检测e位错码，要求01d e≥+；若纠正t位错码，要求021d t≥+。
最小码距为04d=，所以可以检测3位错码，可以纠正1位错码。
7．某循环码的生成多项式为g（x）＝x4＋x2＋x＋1，该循环码可纠正位错码，可检出位错码。
【答案】1；3【解析】循环码的生成多项式的项数即为循环码的最小码距。
由题可知该循环码的最小码距为d0＝4，又要求01d e≥+，021d t≥+，所以该循环码可纠正1位错码，可检测3位错码。
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0
001010
余数
000000 000000 000000 000000 000000 000000 000000 100111 100111 100111 000000 000000 100111 100111 100111
即若T(x)是许用码组对应的多项式，其乘积h(x)T(x)一定可被 xn＋1整除。
生成多项式g(x)的三个性质（充要条件）： （1）g(x)是n－k次多项式； （2）g(x)的常数项不等于0； （3）是xn＋1的一个因式。
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14
11.3 循环码
00 0 011 10 1 11 0
乘运算：
00 0
01 0
10 1
11 1
减法和除法可由加法和乘法定义。
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4
11.3 循环码
（3）同余类的概念
在整数除法中，取定除数n，可将所有整数按除以n所得余数进行
分类，余数相同的数称为关于n的同余类。
推论：次数不大于k－1次的任何多项式与g(x)的乘积都是码多项式。
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12
（3）循环码的生成多项式g(x)及生成矩阵
11.3 循环码
定理 4 循环码（n，k）的生成多项式g(x)是xn＋1的一个因式。
证明：因为g(x)幂为n－k，因而可得
xk g(x) xn 1
（b）用g(x)除xn-k I(x)得余式R(x) ( 幂 < n-k ) 即
xn-k I(x)＝Q(x)g(x)+R(x)
取码多项式
C(x)= xn-k I(x)+R(x)
（*）
上述编码方式的合理性：
C(x)= xn-k I(x)+R(x)＝[Q(x)g(x)+R(x)]+R(x)=Q(x)g(x)
1
x2
x3
x4
D
D＋D＋D ＋
输入
输出 K2
（a）当信息位输入时，开关K1、K2合下，k个信息位经K2逐位输
出，同时直接送到最高位做除法运算：
xnk I (x) Cn1xn1 Cn2 xn2 ...... Cnk xnk
g(x) g(x) g(x)
g(x)
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xT (x) xn 1
Cn 1 x n
Cn2 xn1 ... C1x2 xn 1
C0x
Cn1
xn
1
Cn2 xn1 ... C1x2 xn 1
C0 x Cn1
Cn1
Cn2
x n 1
... C1x2 xn 1
C0
x
Cn1
余式为
Cn2 xn1 ... C1。x2 对 C应0 x码组CnC1n-1Cn-2…C1C0左
矩阵为：
xk1g(x) 1 1 1 0 1 0 0
G[ x]
......
0
1
1
1
0
1
0
g(x) 0 0 1 1 1 0 1
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（4）循环码的编码和译码
11.3 循环码
系统结构循环码的编码方法
（a）以xn-k乘信息多项式I(x)，I(x) xn-k I(x)；（幂 < n）
T (x) Cn1xn1 Cn2 xn2 ... C1x C0 式中，xi系数对应码字中Ci的取值。
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3
11.3 循环码
（2）码多项式（续前） 例： （7,3）码字：1001110 对应 x6＋x3＋x2＋x 对二进制码组，T(x)的系数只在二元域上取值，二元域上加乘 运算规则如下： 加运算：
因为Q(x)的幂次数小于k，所以Q(x)g(x)一定是循环码的码多项
式，显然（*）定义的C(x)为一种系统码结构的循环码。
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16
（4）循环码的编码和译码
11.3 循环码
循环码编码器的电路实现
（a）多项式除法 多项式除法可用带反馈的移位寄存器实现。
除法运算在移位进行了r-1位后才开始，运算完成后，要将余式
移出，还要做r-1次移位。速度较慢。
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（4）循环码的编码和译码
11.3 循环码
实际应用的循环码编码电路
特点：采用“预先乘xn-k方案”（信号直接到达最后一级），边移位
边做除法运算，当k个信息码输入后，同时完成了除法运算。 K1
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（3）循环码的生成多项式g(x)及生成矩阵 循环码生成矩阵G(x)
xk1g(x)
x
k
2
g
(
x)
G[x] ......
xg(x)
g(x)
其中，g(x)称为循环码码生成多项式。
11.3 循环码
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矩阵G中每一行均为一许用码组，如第i行对应第i个信息位为1， 其余为0时生成的码组。 由于G中包含一个Ik分块，所以G为k个独立的码组组成的矩阵。 即：任一线性分组码码组均可由k个线性无关的码组组合而成。
利用上述线性分组码的性质，设g(x)为幂次数为n－k，且 常数项不为0的多项式，则由
g(x)，xg(x),……，xk-2g(x)，xk-1g(x) 可构成循环码生成矩阵G(x)。
（2） n－k次的码多项式g(x)的常数项不能为0，否则该多项式
右移一位就会出现k个连0的情况。
（3） n－k次的码多项式g(x)只可能有一个，若有两个，两多项
式相加后由线性分组码的封闭性仍为码多项式，但由于n－k
次项和常数项相消，会产生k＋1连0的情况，由（1）分析，
这是不可能的。 综上（1）、（2）和（3），证毕。
循环一位之后的得到的码组：
Cn-2…C1C0Cn-1。
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（3）同余类的概念（续前）
11.3 循环码
（接定理1证明），若i＝2
x2T (x)
xn 1
xxT (x)
xn 1
x
Cn1
xn
1
Cn2 xn1 xn
... C1x2 1
C0x
即g(x)是xn＋1的一个因式。证毕
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13
（3）循环码的生成多项式g(x)及生成矩阵
11.3 循环码
称
h(x) 为x循n 环1 码的一致效验多项式。
g(x)
对任一码多项式，T(x)＝I(x)g(x)，有 h(x)T(x)=h(x)[I(x)g(x)]=[h(x)g(x)]I(x)=(xn+1)I(x)
N ( x)
N ( x)
式中Q(x)为整式，余式R(x)的幂 < N(x)的幂。 上式可写成：
F(x) Q(x)N(x) R(x)
记为： F(x) R(x) modN (x) 例：在系数为二元域的多项式中，有
1 xn
因为：
xn xn 11 1 1 xn 1 xn 从1而有上x述n 结1论。
modxn 1
数字通信原理 （9-2）
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1
第十一章 差错控制编码
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2
11.3 循环码
1.循环码的基本概念 （1）定义 对线性分组码C，如对任意 Ci C， Ci 循环左移或循
环右移任意位后得到的码组Ci’ 仍然有Ci’ C ，则称C为循 环码。 （2）码多项式 为用代数理论研究循环码，可将码组用多项式表示，该多项 式称为码多项式。 一般地，长为n的码组Cn-1Cn-2…C1C0，对应码多项式T(x)
Cn1
Cn1x
Cn2 xn
... C1x3 xn 1
C0 x2
Cn1x
Cn1x
Cn2
Cn3 xn1
...
C1x3 C0 x2 xn 1
Cn1x
Cn2
显然，余式为对应码组Cn-1Cn-2…C1C0左循环两位之后的得到的码 组。
一般地xxi，Tn (对x1)任 Q意(ix有) ：Cni1xn1
1
R(x) xn 1
其中R(x)的幂小于n。由定理1，R(x)是码多项式，又由定理3，有
R(x)=I(x)g(x)，即有
xk g(x) xn 1 R(x) xn 1 I (x)g(x)
移项整理得：
xn 1 xk g(x) I (x)g(x) xk I (x) g(x) h(x)g(x)
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