计算机网络原理 误码控制基本原理

计算机网络原理 误码控制基本原理

我们先举一个日常生活中的实例。如果你发出一个通知:“明天14:00~16:00开会”,但在通知过程中由于某种原因产生了错误,变成“明天10:00~16:00开会”。别人收到这个错误通知后由于无法判断其正确与否,就会按这个错误时间去行动。为了使收者能判断正误,可以在发通知内容中增加“下午”两个字,即改为:“明天下午14:00~16:00开会”,这时,如果仍错为:“明天下午10:00~16:00开会”,则收到此通知后根据“下午”两字即可判断出其中“10:00”发生了错误。但仍不能纠正其错误,因为无法判断“10:00”错在何处,即无法判断原来到底是几点钟。这时,收者可以告诉发端再发一次通知,这就是检错重发。为了实现不但能判断正误(检错) ,同时还能改正错误(纠错) ,可以把发的通知内容再增加“两个小时”四个字,即改为:“明天下14:00~16:00两个小时开会”。这样,如果其中“14:00”错为“10:00”,不但能判断出错误,同时还能纠正错误,因为其中增加的“两个小时”四个字可以判断出正确的时间为14:00~16:00。

通过上例可以说明,为了能判断传送的信息是否有误,可以在传送时增加必要的附加判断数 据;如果又能纠正错误,则需要增加更多的附加判断数据。这些附加数据在不发生误码的情况之下是完全多余的,但如果发生误码,即可利用被传信息数据与附加数 据之间的特定关系来实现检出错误和纠正错误,这就是误码控制编码的基本原理。具体地说就是:为了使信源代码具有检错和纠错能力,应当按一定的规则在信源编码的基础上增加一些冗余码元(又称监督码) ,使这些冗余码元与被传送信息码元之间建立一定的关系,发信端完成这个任务的过程就称为误码控制编码;在收信端,根据信息码元与监督码元的特定关系,实现检错或纠错,输出原信息码元,完成这个任务的过程就称误码控制译码(或解码) 。另外,无论检错和纠错,都有一定的误别范围,如上例中,若开会时间错为“16:00~18:00”,则无法实现检错与纠错,因为这个时间也同样满足附加数据的约束条件,这就应当增 加更多的附加数据(即冗余) 。我们已知,信源编码的中心任务是消去冗余,实现码率压缩,可是为了检错与纠错,又不得不增加冗余,这又必然导致码率增加,传输效率降低;显然这是个矛盾。我们分析误码控制编码的目的,正是为了寻求较好的编码方式,能在增加冗余不太多的前提下来实现检错和纠错。再者,经过信源编码,如果传送信道容量与信源码率相匹配,而且信道内引入的噪声较小,则误码率一般是很低的。例如,当信道的信杂比超过20dB 时,二元单极性码的误码率低于10-8,即误码率只10-8分之一,故通过信道编码实现检错 和纠错是可以做到的。

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我们先举一个日常生活中的实例。如果你发出一个通知:“明天14:00~16:00开会”,但在通知过程中由于某种原因产生了错误,变成“明天10:00~16:00开会”。别人收到这个错误通知后由于无法判断其正确与否,就会按这个错误时间去行动。为了使收者能判断正误,可以在发通知内容中增加“下午”两个字,即改为:“明天下午14:00~16:00开会”,这时,如果仍错为:“明天下午10:00~16:00开会”,则收到此通知后根据“下午”两字即可判断出其中“10:00”发生了错误。但仍不能纠正其错误,因为无法判断“10:00”错在何处,即无法判断原来到底是几点钟。这时,收者可以告诉发端再发一次通知,这就是检错重发。为了实现不但能判断正误(检错) ,同时还能改正错误(纠错) ,可以把发的通知内容再增加“两个小时”四个字,即改为:“明天下14:00~16:00两个小时开会”。这样,如果其中“14:00”错为“10:00”,不但能判断出错误,同时还能纠正错误,因为其中增加的“两个小时”四个字可以判断出正确的时间为14:00~16:00。

通过上例可以说明,为了能判断传送的信息是否有误,可以在传送时增加必要的附加判断数 据;如果又能纠正错误,则需要增加更多的附加判断数据。这些附加数据在不发生误码的情况之下是完全多余的,但如果发生误码,即可利用被传信息数据与附加数 据之间的特定关系来实现检出错误和纠正错误,这就是误码控制编码的基本原理。具体地说就是:为了使信源代码具有检错和纠错能力,应当按一定的规则在信源编码的基础上增加一些冗余码元(又称监督码) ,使这些冗余码元与被传送信息码元之间建立一定的关系,发信端完成这个任务的过程就称为误码控制编码;在收信端,根据信息码元与监督码元的特定关系,实现检错或纠错,输出原信息码元,完成这个任务的过程就称误码控制译码(或解码) 。另外,无论检错和纠错,都有一定的误别范围,如上例中,若开会时间错为“16:00~18:00”,则无法实现检错与纠错,因为这个时间也同样满足附加数据的约束条件,这就应当增 加更多的附加数据(即冗余) 。我们已知,信源编码的中心任务是消去冗余,实现码率压缩,可是为了检错与纠错,又不得不增加冗余,这又必然导致码率增加,传输效率降低;显然这是个矛盾。我们分析误码控制编码的目的,正是为了寻求较好的编码方式,能在增加冗余不太多的前提下来实现检错和纠错。再者,经过信源编码,如果传送信道容量与信源码率相匹配,而且信道内引入的噪声较小,则误码率一般是很低的。例如,当信道的信杂比超过20dB 时,二元单极性码的误码率低于10-8,即误码率只10-8分之一,故通过信道编码实现检错 和纠错是可以做到的。


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