差錯控制在數據通信過程中能發現或糾正差錯,把差錯限制在盡可能小的允許范圍內的技術和方法。
信號在物理信道中傳輸時,線路本身電器特性造成的隨機噪聲、信號幅度的衰減、頻率和相位的畸變、電器信號在線路上產生反射造成的回音效應、相鄰線路間的串擾以及各種外界因素(如大氣中的閃電、開關的跳火、外界強電流磁場的變化、電源的波動等)都會造成信號的失真。在數據通信中,將會使接受端收到的二進制數位和發送端實際發送的二進制數位不一致,從而造成由“0”變成“1”或由“1”變成“0”的差錯。
(1)熱噪聲和沖擊噪聲
傳輸中的差錯都是由噪聲引起的。噪聲有兩大類,一類是信道固有的、持續存在的隨機熱噪聲;另一類是由外界特定的短暫原因所造成的沖擊噪聲。
熱噪聲引起的差錯稱為隨機差錯所引起的某位碼元的差錯是孤立的,與前后碼元沒有關系。它導致的隨機錯通常較少。
沖擊噪聲呈突發狀,由其引起的差錯稱為突發錯。沖擊噪聲幅度可能相當大,無法靠提高幅度來避免沖擊噪聲造成的差錯,它是傳輸中產生差錯的主要原因。沖擊噪聲雖然持續時間較短,但在一定的數據速率條件下,仍然會影響到一串碼元。
(2)差錯的控制方法
最常用的差錯控制方法是差錯控制編碼。數據信息位在向信道發送之前,先按照某種關系附加上一定的冗余位,構成一個碼字后再發送,這個過程稱為差錯控制編碼過程。接收端收到該碼字后,檢查信息位和附加的冗余位之間的關系,以檢查傳輸過程中是否有差錯發生,這個過程稱為檢驗過程。
差錯控制編碼可分為檢錯碼和糾錯碼。
①檢錯碼--能自動發現差錯的編碼;
②糾錯碼--不僅能發現差錯而且能自動糾正差錯的編碼。
差錯控制方法分兩類,一類是自動請求重發ARQ,另一類是前向糾錯FEC。
在ARQ方式中,當接收端發現差錯時,就設法通知發送端重發,直到收到正確的碼字為止。ARQ方式只使用檢錯碼。
在FEC方式中,接收端不但能發現差錯,而且能確定二進制碼元發生錯誤的位置,從而加以糾正。FEC方式必須使用糾錯碼。
(3)編碼效率
衡量編碼性能好壞的一個重要參數是編碼效率R,它是碼字中信息位所占的比例。編碼效率越高,即R越大,信道中用來傳送信息碼元的有效利用率就越高。編碼效率計算公式為:
R=k/n=k/(k+r)
式中 k為碼字中的信息位位數
r為編碼時外加冗余位位數
n為編碼后的碼字長度
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