基于差错控制编码的应用
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作者: 潘毓
【摘要】 随着电子技术的发展，人们对通信数据传输的要求越来越高，如何进行有效的数据传输，直接关系到此通信传输系统的性能。差错控制就是研究在数据传输的过程中，如何发现这些错误，甚至要求纠正这些错误。
【关键词】 差错控制 检错重发 奇偶监督码 汉明码
数字信号在传输过程中，由于各种各样的原因，例如噪声干扰和信道的不理想，这些常常是客观存在并且无法消除的，这就使得信号在传输过程中发生失真，数据发生错误。
一、概念
所谓差错，就是误码，数据在信道中传输，由于受到干扰的影响，使得接收到的数据不可能与信源发送的数据完全相同，也就是说数据在传输过程中出现了差错，差错的多少常用误码率来衡量。同时，差错的出现可以分为随机错码和突发错码。随机错码是由于随机性噪声引起的错码，这样的错码之间都是统计独立的，彼此之间不产生影响。突发错码往往是在一段很短的时间内出现大量的成串的错码，引起这种错码的原因：一是由于信道中的衰落现象；二是由于电脉冲干扰。有时随机错码与突发错码往往同时存在，两种错码同时存在的信道称为混合信道。要实现差错控制，最根本的就是实现检错与纠错。检错解决发现错误的问题，纠错解决改正错误的问题。其实只需要对发送的数据做一些处理，使数据符合一定的规律，如果收到的数据不符合这一规律，那么就可以断定数据出现了差错。这就是差错控制编码的基本思想。
二、几种分类
在现代通信系统中，差错控制可以分为四类：检错重发、前向纠错、混合纠错检错和信息反馈。检错重发：就是接收方在收到发送方发送到的数据后，如果检测出错误，便通过反向信道通知发送方，要求其重发出现差错的数据。根据其重发方式的不同，又可将检错重发分为停发等候重发、选择重发和返回重发。前向纠错：与检错重发方式相比，前向纠错方式不需要反馈信道，也就是说发送方不需要接收方发来的确认信号。接收方能够根据编码规律自动发现错误并纠正错误。混合纠错检错：它是前两种纠错检错方式的结合，发送方先发送出数据码元，这种码元具有纠错和检错能力，接收方在收到码元时，先进行检错，如果错误较少，则自动纠错，如果错误较多，超过了纠错能力，那么就通过反馈信道要求发送方重新发送。信息反馈：这是一种简单的差错校验方式，它不需要在发送数据中加入监督码元，接收方在收到发送方发送的数据后，要将数据原封不动的通过反向信道送到发送方，发送方将收到的数据与自己已发送的数据进行比较，如果比较的数据不同，则重传数据。
三、典型码组
下面介绍几种简单的实用编码：（1）奇偶监督码。奇偶监督码分奇监督码和偶监督码，奇监督码就是加入一位监督位后使码组中1的个数为奇数，即要求所有的码元模二相加和为1；同理，偶监督码要求码组中1的个数为偶数，即码组中的数模二相加和为0。奇偶监督码中无论信息码元有多少位，其监督位只有一位，这是因为只需一位就能改变码组的奇偶性。奇偶监督码是一种比较简单的差错校验码。（2）二维奇偶监督码。又称方正码，先将每一行用上述奇偶监督码表示，再在每一列加上监督位，使每一列也组成奇偶监督码。即成为二维奇偶监督码。二维奇偶监督码常常用于上面提到的检测突发错码。（3）恒比码。线性分组码是一种比较典型的差错控制码，线性分组码就是监督位和信息位满足一定的线性方程的码。而汉明码是一种典型的线性分组码。要想得到线性分组码，首先要根据一定的约束关系得到监督矩阵，然后经过变形得到生成矩阵。并由信息码组与生成矩阵相乘得到发送端要发送的线性分组码。在接收端译码时，需要经过一定的计算得到校正子，再根据得到的校正子即可以找到错误的位置并实现纠错的功能。因此，线性分组码能够得到广泛运用，也与其具有的一些重要性质有关，感兴趣的读者可自行翻阅有关资料。
对于非分组码，比较典型的是卷积码，它是由伊利亚斯在1955年首先提出的。一般情况下，卷积码的实现并不比分组码复杂。在线性分组码中，编码器产生的码组，完全由它的信息位唯一决定。但是对于卷积码，编码器产生的码组，不仅取决于当前时间段的信息，而且取决于前一段时间的信息位。所以，卷积码的监督位是对当前时间的信息位以及前一段时间的信息位起监督作用。
综上所诉，主要探讨了差错控制编码的一些技术，通信数据的传输离不开差错控制。如果数据的传输没有差错控制，那么传输的数据就失去了可靠性的保证，这样的数据完全是没有意义的，因为无法知道收到的数据正确与否，为了实现差错控制，需要在发送的信息位中加入监督位，通过编码器得到发送码组。如何加入有效的监督位是差错控制的关键，由于监督位并不包涵数据信息，它是实现差错控制的额外开销，如果监督位过多，将会导致传输效率下降，所以需要在有效的差错控制和较高的传输效率之间找到平衡，既要有较高的传输效率，又要求有有效的差错控制能力
参考文献
[1]樊昌信，曹可娜．通信原理．国防工业出版社
[2]毛京丽，常勇宇，张丽，李文海．数据通信原理．北京邮电大学出版社
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