?1.差錯產(chǎn)生的原因與差錯類型

??我們把通過通信信道后接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象稱為傳輸差錯，通常簡稱為差錯。差錯的產(chǎn)生是不可避免的，我們的任務(wù)是分析差錯產(chǎn)生的原因，研究有效的差錯控制方法。

??l)差錯產(chǎn)生的原因

??差錯產(chǎn)生的過程示意圖如圖6-13所示。其中，圖6-13(a)是數(shù)據(jù)通過通信信道的過程，圖6-13(b)是數(shù)據(jù)傳輸過程中噪聲的影響。

??當(dāng)數(shù)據(jù)從信源出發(fā)，經(jīng)過通信信道時，由于通信信道總是有一定的噪聲存在，在到達(dá)信宿時，接收信號是信號與噪聲的疊加。在接收端，接收電路在取樣時判斷信號電平。如果噪聲對信號疊加的結(jié)果在電平判決時出現(xiàn)錯誤，就會引起傳輸數(shù)據(jù)的錯誤。

??2)差錯的類型

??通信信道的噪聲分為兩類:熱噪聲與沖擊噪聲。

??(1)熱噪聲熱噪聲是由傳輸介質(zhì)導(dǎo)體的電子熱運(yùn)動產(chǎn)生的。熱噪聲的特點(diǎn):時刻存在，幅度較小，強(qiáng)度與頻率無關(guān)；但頻譜很寬，是一類隨機(jī)的噪聲。由熱噪聲引起的差錯是一類隨機(jī)差錯。

??(2)沖擊噪聲沖擊噪聲是由外界電磁干擾引起的。與熱噪聲相比，沖擊噪聲幅度較大，是引起傳輸差錯的主要原因。沖擊噪聲持續(xù)時間與每比特數(shù)據(jù)的發(fā)送時間相比可能較長，沖擊噪聲引起的相鄰多個數(shù)據(jù)位出錯呈突發(fā)性。沖擊噪聲引起的傳輸差錯為突發(fā)差錯。

??在通信過程中產(chǎn)生的傳輸差錯，是由隨機(jī)差錯與突發(fā)差錯共同構(gòu)成的。

??2.誤碼率的定義

??誤碼率是指二進(jìn)制碼元在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率，它在數(shù)值上近似表示為

??P. = N./N (6-10)

??式中N傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元總數(shù)；

??N；被傳錯的碼元數(shù)。

??在理解誤碼率定義時，應(yīng)注意以下幾個問題:

??(1)誤碼率應(yīng)該是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的參數(shù)。

??(2)對于一個實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，不能籠統(tǒng)地說誤碼率越低越好，要根據(jù)實(shí)際傳輸要求提出誤碼率要求；在數(shù)據(jù)傳輸速率確定后，誤碼率越低，傳輸系統(tǒng)設(shè)備越復(fù)雜，造價越高。

??(3)對于實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如果傳輸?shù)牟皇嵌M(jìn)制碼元，要折算成二進(jìn)制碼元來計算。

??在實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，人們需要對通信信道進(jìn)行大量、重復(fù)地測試，求出該信道的平均誤碼率，或者給出某些特殊情況下的平均誤碼率。根據(jù)測試，目前線路在300b/s~2400b/s 的傳輸速率時，平均誤碼率為 10-4~10°；在 4800b/s~9600b/s 的傳輸速率時，平均誤碼率為10-2~10?。因?yàn)橛嬎銠C(jī)通信的平均誤碼率要求低于109，普通線路如不采取差錯控制技術(shù)，是不能滿足計算機(jī)的通信要求的。

??3.循環(huán)冗余編碼工作原理

??1)檢錯碼的類型

??目前，常用的檢錯碼主要有以下兩類:奇偶校驗(yàn)碼與循環(huán)冗余編碼(CyclicRedundancy Code, CRC)。

??奇偶校驗(yàn)碼是一種最常見的檢錯碼，它分為垂直奇(偶)校驗(yàn)、水平奇(偶)校驗(yàn)與水平垂直奇(偶)校驗(yàn)(即方陣碼)。奇偶校驗(yàn)方法簡單，但檢錯能力差，一般只用于通信要求較低的環(huán)境。

??CRC的檢錯能力很強(qiáng)，并且實(shí)現(xiàn)起來容易，是目前應(yīng)用最廣的檢錯碼編碼方法之一。

??2)CRC的工作原理

??CRC的工作原理如圖 6-14所示。CRC方法的工作原理:將要發(fā)送的數(shù)據(jù)比特序列當(dāng)作一個多項(xiàng)式f(x)的系數(shù)，在發(fā)送端用收發(fā)雙方預(yù)先約定的生成多項(xiàng)式G(x)去除，求得一個余數(shù)多項(xiàng)式，將余數(shù)多項(xiàng)式加到數(shù)據(jù)多項(xiàng)式之后發(fā)送到接收端。在接收端用同樣的生成多項(xiàng)式G(x)去除接收數(shù)據(jù)多項(xiàng)式f(x)，得到計算余數(shù)多項(xiàng)式。如果計算余數(shù)多項(xiàng)式與接收余數(shù)多項(xiàng)式相同，則表示傳輸無差錯；如果計算余數(shù)多項(xiàng)式與接收余數(shù)多項(xiàng)式不相同，則表示傳輸有差錯；由發(fā)送方來重發(fā)數(shù)據(jù)，直至正確為止。

??在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，CRC的生成與校驗(yàn)過程可以用軟件或硬件方法實(shí)現(xiàn)。目前，很多通信超大規(guī)模集成電路芯片的內(nèi)部硬件，就可以非常方便、快速地實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)CRC的生成與校驗(yàn)功能。

??CRC校驗(yàn)碼的檢錯能力很強(qiáng)，除了能檢查出離散錯外，還能檢查出突發(fā)錯。它具有以下檢錯能力:

??(1)CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部單個錯；

??(2)CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部離散的 2位錯；

??(3)CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部奇數(shù)個錯:

??(4)CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部長度小于或等于k位的突發(fā)錯；

??(5)CRC校驗(yàn)碼能以[1-(1/2)k]的概率檢查出長度為(k 1)位的突發(fā)錯。

??4.差錯控制機(jī)制

??接收端可以通過檢錯碼檢查傳送一幀數(shù)據(jù)是否出錯，一旦發(fā)現(xiàn)傳輸錯誤，則通常采用反饋重發(fā)(Automatic Request for Repeat，ARQ)方法來糾正。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的 ARQ機(jī)制如圖6-15所示。ARQ糾錯實(shí)現(xiàn)方法有兩種:停止等待方式與連續(xù)工作方式。

??1)停止等待方式

??停止等待方式中數(shù)據(jù)幀與應(yīng)答幀的發(fā)送時間關(guān)系如圖 6-16所示。在停止等待方式中，發(fā)送方在發(fā)送完一數(shù)據(jù)幀后，要等待接收方的應(yīng)答幀的到來。應(yīng)答幀表示上一幀已正確接收，發(fā)送方就可以發(fā)送下一數(shù)據(jù)幀，否則將重發(fā)出錯數(shù)據(jù)幀。停止等待 ARQ協(xié)議比較簡單，但系統(tǒng)通信效率較低。

??2)連續(xù)工作方式

??為了克服停止等待ARQ協(xié)議的缺點(diǎn)，人們提出了連續(xù)ARQ協(xié)議。實(shí)現(xiàn)連續(xù)ARQ協(xié)議的方法主要有以下兩種:

??(1)拉回方式拉回方式的工作原理如圖6-17(a)所示。發(fā)送方可以連續(xù)向接收方發(fā)送數(shù)據(jù)幀，接收方對接收的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行校驗(yàn)，向發(fā)送方發(fā)回應(yīng)答幀。如果發(fā)送方在連續(xù)發(fā)送了編號為0~5的數(shù)據(jù)幀后，從應(yīng)答幀得知2號數(shù)據(jù)幀傳輸錯誤，那么發(fā)送方將停止當(dāng)前數(shù)據(jù)幀的發(fā)送，重發(fā)2、3、4、5號數(shù)據(jù)幀。拉回狀態(tài)結(jié)束后，再接著發(fā)送6號數(shù)據(jù)幀。

??(2)選擇重發(fā)方式選擇重發(fā)方式的工作原理如圖6-17(b)所示。選擇重發(fā)方式與拉回方式的區(qū)別:如果在發(fā)送完編號為5的數(shù)據(jù)幀時，接收到編號為2的數(shù)據(jù)幀傳輸出錯的應(yīng)答幀，那么發(fā)送方在發(fā)送完編號為5的數(shù)據(jù)幀后，只重發(fā)出錯的2號數(shù)據(jù)幀。選擇重發(fā)完后，接著發(fā)送編號為6的數(shù)據(jù)幀。顯然，選擇重發(fā)方式的效率將高于拉回方式。