数字在传输中发生差错的概率(误码率)是传输准确性的一个主要指标。由于信道中存在干扰,信道的输出会发生差错,如果误码率不能满足要求,就要采取差错控制。差错控制可以分为检错重传法、前向纠错法和混合重传法3种类型。
差错控制
在数字通信中利用编码方法对传输中产生的差错进行控制,以提高数字消息传输准确性的过程。
- 英文名称
- error control
- 所属学科
- 信息与通信工程
接收端在收到的信码中检测出错码时,设法通知发送端重发,直到正确收到为止。所谓检测出错码,是指在若干接收码元中知道有一个或一些是错的,但不一定知道该错码的准确位置。
检错重传法需要在信息码元中增加监督码元(检错码)来识别有无错码,这些监督码元与信息码元之间有一定的关系,在接收端可以利用这些关系由信道译码器来发现和纠正可能的错码。常见的检错码有奇偶监督码、二维奇偶监督码、恒比码和循环冗余校验码等。循环冗余校验码是数据传输中最常用的一种检错码,信息字段和校验字段的长度可以任意选定。
自动请求重发是典型的检错重传实现方法,常见的有3种自动请求重发机制,分别是停止等待模式、回退N步重传模式和选择重传模式。停止等待模式下,发送端发送完一个数据帧,等待接收端的反馈信息,如果收到确认信息则发送下一个数据帧,否则重传该数据帧。回退N步重传模式下,发送端可以连续发送数据帧直到接收到否定的反馈信息,反馈信息标明发生错误的数据帧,发送端从错误的数据帧开始重新发送数据。选择重传模式下,发送端连续发送数据,一旦接收到标明发生错误的反馈信息时,只重新发送错误的数据帧。
接收端不仅能发现而且还能纠正错码的差错控制方法称为前向纠错法。这种方法不需要反馈信道,也不会因反复重发而延误时间,实时性好,但是复杂性较高,需要使用较多的监督码元。
常用的纠错编码可以分为分组码和卷积码两大类。分组码编出的码字只与当前的信息比特组有关,而与之前发送的所有码字无关。卷积码编出的码字与当前码字和之前的多个码字有关。常见的分组码有重复码、汉明码、格雷码、循环码、纠错码(BCH码)和里德-所罗门码(R-S码)等。其中BCH码是循环码的一个大类,而R-S码则是一种多进制的BCH码。卷积编码是常用的一种基础编码,典型编码器结构如图所示。一般可以采用维特比卷积译码算法来译码。此外,还可以将两个或者多个简单短码组合成具有较长距离特性的长码,常见的组合码是乘积码和级联码。
Turbo码、低密度奇偶校验码(low density parity check code,LDPC)、极化码(polar code)和网格编码调制(trellis-coded modulation,TCM)是几种较新型的编码方式。Turbo码是以并行级联编码和迭代译码为特征的编码方式,性能与香农限只差零点几分贝,应用在第三代、第四代移动通信系统中。LDPC码是有特殊校验矩阵的线性分组码,其编码复杂度高,译码复杂度低,在码字足够长时同样可以逼近香农限,可应用于空间通信,并成为第五代移动通信的编码手段之一。极化码则是第一种构造性编码方法,真正实现了香农限信道容量严格可达。网格编码调制是将信道编码与调制进行联合优化的一种方法,无须花费额外的带宽就可以获得显著的增益。
在信道干扰较大时,单用反馈重传会因不断重传而使消息的传输速率下降过多,而单用前向纠错又不能保证足够的准确性,这时两者兼用比较有利,这就是混合自动重传请求(hybrid automatic repeat request,HARQ)。此法所用的信道编码是一种既能纠正部分差错又能发现大部分差错的码。信道译码器首先纠正那些可以纠正的差错,只对那些不能纠正但能发现的差错才要求重传,这会大大降低重传的次数。为了充分地利用重传信息,HARQ技术在接收端对每一次重传的数据帧按照一定的算法进行合并,然后再进行纠错解码,从而利用每一次重传的信息,得到链路传输的时间分集增益。
条目图册
扩展阅读
- 斯克拉 B.数字通信:基础与应用.2版.徐平平,宋铁成,叶芝慧,等译.北京:电子工业出版社,2010.
- 普罗科斯 J G,萨利希 M.数字通信.5版.张力军,张宗橙,宋荣方,等译.北京:电子工业出版社,2011.
- 戈德史密斯 A.无线通信.杨鸿文,李卫东,郭文彬,等译.北京:人民邮电出版社,2007.