现代通信原理、技术与仿真第9章差错控制编码

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1、第9章差错控制编码9.1差错控制编码原理9.2常用简单差错控制编码9.3线性分组码9.4循环码9.5卷积码本章仿真实验举例习题9.1差错控制编码原理9.1.1引起误码的原因与降低误码的常用方法数字信号在实际通信过程中不可避免地会发生错误。这是因为，一方面通信系统的特性并非完全理想，数字信号波形通过这样的通信系统时会产生波形失真，因而在接收端判决时会产生判决错误，这种干扰称为乘性干扰；另一方面，信道中的噪声也会产生干扰，这种干扰随机地与信号叠加，使信号波形产生失真，也会引起判决错误，这种干扰称为加性干扰。对于乘性干扰，可以通过均衡器来消除码间串扰的影响。随机加性干扰通常由信道产生。根据随机加性干

2、扰的不同特点，从差错控制角度看，相应的信道可以分为三类：随机信道、突发信道、混合信道。　　随机信道：这种信道中错码的出现是互不相关、统计独立的。比如，当信道中的随机加性干扰主要是高斯分布的白噪声时，引起的错码就具有这种性质。突发信道：错码的出现是前后相关的。当错码出现时，会在短时间内有一连串的大量错码，而该时间过后又有较长的时间无错码。造成突发错码的原因是信道中存在随机的强突发脉冲干扰，比如，闪电、电焊、电火花干扰等。当信道中的随机加性干扰主要是随机的强突发脉冲干扰时，称为突发信道。　　混合信道：以上两种随机干扰都存在，产生的错码既有随机错码又有突发错码，这种信道称为混合信道。在介绍差错控

3、制方式之前，下面先了解一下降低误码、提高数字通信可靠性的几种途径。根据实际通信系统对其可靠性的要求，可以用不同的方法提高通信的可靠性。(1)适当增加发送信号功率。增大信号的功率，即提高输入端的信噪比，可以减少信道中随机加性干扰对信号的影响，降低误码率，提高数字通信的可靠性。但是发送信号功率由于受到设备和环境条件的影响而不能无限增大。比如，空间探测器上的发射机由于其体积和重量受到限制，其发射功率不可能无限增大。所以，此种方法在实际中受到了一定限制。(2)选择抗噪声性能好的调制解调方式。比如，在数字调制中移相键控PSK比幅度键控ASK的误码率要小得多。所以在实际中多采用移相键控PSK，而很少采用

4、幅度键控ASK。(3)采用最佳接收。最佳接收可以使数字通信的误码率达到最小。接收机中的滤波器可以是带通滤波器，也可以是匹配滤波器。在数字通信中可以采用匹配滤波接收，最大限度地抑制白噪声，在判决时刻达到最大输出信噪比，从而降低误码率。(4)采用差错控制编码。通过一定的编码和译码方法，采用前向纠错或检错重传技术，可以自动纠正传输错误。对于不同类型的信道，应采用不同的差错控制方式。这是本章的主要内容。9.1.2差错控制编码的基本方法与差错控制方式对于不同类型的信道，要采用不同的差错控制方式。不同的差错控制编码也要与相应的差错控制方式配合使用。　　常用的差错控制方式可分为以下四类：检错重发(ARQ)

5、、前向纠错(FEC)、混合纠错检错(HEC)、信息反馈(IRQ，也称反馈校验)。图9.1所示为差错类型和差错控制方式。图9.1差错类型和差错控制方式1.检错重发(ARQ)方式检错重发方式又称为自动请求重发方式。这种差错控制方式在发送端对数据序列进行分组编码，加入一定多余码元使之具有一定的检错能力，成为能够发现错误的码组。接收端收到码组后，按一定规则对其进行有无错误的判别，并把判决结果(应答信号)通过反向信道送回发送端。如果有错误，则发送端把前面发出的信息重新传送一次，直到接收端认为已正确收到信息为止。在具体实现检错重发系统时，通常有3种形式，即停发等候重发、返回重发和选择重发。ARQ方式的组

6、成如图9.2所示。图9.2ARQ方式1)停止等待ARQ停止等待ARQ是最简单的ARQ系统，也称为空闲RQ(idleRQ)。这种系统每发送一个分组就停止发送等待接收端的应答信号。收到接收端的确认应答后，再发送下一个分组。如果收到的是否认应答，则重发原分组。图9.3所示为停止等待ARQ发送端和接收端信号的传递过程示意图。图9.3停止等待ARQ2)连续ARQ连续ARQ工作在全双工方式，需要有一定的缓冲器容量。这种系统两端同时发送信息，发送端连续发送数据，并接收应答信号，接收端连续接收数据并发送应答信号。连续ARQ的工作原理如图9.4所示。与停止等待ARQ不同，其发送端无停顿地送出一个个连续码组，不

7、再等候接收端返回的ACK信号，但一旦接收端发现错误并发回NAK信号，则发送端从下一个码组开始重发前一段N组信号，N的大小取决于信号传递及处理所带来的延时，图9.4中N=5。图9.4连续ARQ的工作原理3)选择重发ARQ选择重发ARQ是由连续ARQ发展而来的，工作在全双工方式，需要有较大的缓冲器容量，其工作过程类似于连续ARQ。但在发送端重发时，不是将错误码组及其以后的码组全部重发，而是仅重发出错