?1.差錯產(chǎn)生的原因與差錯類(lèi)型

??我們把通過(guò)通信信道后接收的數據與發(fā)送數據不一致的現象稱(chēng)為傳輸差錯，通常簡(jiǎn)稱(chēng)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(guò)程示意圖如圖6-13所示。其中，圖6-13(a)是數據通過(guò)通信信道的過(guò)程，圖6-13(b)是數據傳輸過(guò)程中噪聲的影響。

??當數據從信源出發(fā)，經(jīng)過(guò)通信信道時(shí)，由于通信信道總是有一定的噪聲存在，在到達信宿時(shí)，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(shí)判斷信號電平。如果噪聲對信號疊加的結果在電平判決時(shí)出現錯誤，就會(huì )引起傳輸數據的錯誤。

??2)差錯的類(lèi)型

??通信信道的噪聲分為兩類(lèi):熱噪聲與沖擊噪聲。

??(1)熱噪聲熱噪聲是由傳輸介質(zhì)導體的電子熱運動(dòng)產(chǎn)生的。熱噪聲的特點(diǎn):時(shí)刻存在，幅度較小，強度與頻率無(wú)關(guān)；但頻譜很寬，是一類(lèi)隨機的噪聲。由熱噪聲引起的差錯是一類(lèi)隨機差錯。

??(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。沖擊噪聲持續時(shí)間與每比特數據的發(fā)送時(shí)間相比可能較長(cháng)，沖擊噪聲引起的相鄰多個(gè)數據位出錯呈突發(fā)性。沖擊噪聲引起的傳輸差錯為突發(fā)差錯。

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

??2.誤碼率的定義

??誤碼率是指二進(jìn)制碼元在數據傳輸系統中被傳錯的概率，它在數值上近似表示為

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

??式中N傳輸的二進(jìn)制碼元總數；

??N；被傳錯的碼元數。

??在理解誤碼率定義時(shí)，應注意以下幾個(gè)問(wèn)題:

??(1)誤碼率應該是衡量數據傳輸系統正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的參數。

??(2)對于一個(gè)實(shí)際的數據傳輸系統，不能籠統地說(shuō)誤碼率越低越好，要根據實(shí)際傳輸要求提出誤碼率要求；在數據傳輸速率確定后，誤碼率越低，傳輸系統設備越復雜，造價(jià)越高。

??(3)對于實(shí)際數據傳輸系統，如果傳輸的不是二進(jìn)制碼元，要折算成二進(jìn)制碼元來(lái)計算。

??在實(shí)際的數據傳輸系統中，人們需要對通信信道進(jìn)行大量、重復地測試，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。根據測試，目前線(xiàn)路在300b/s~2400b/s 的傳輸速率時(shí)，平均誤碼率為 10-4~10°；在 4800b/s~9600b/s 的傳輸速率時(shí)，平均誤碼率為10-2~10?。因為計算機通信的平均誤碼率要求低于109，普通線(xiàn)路如不采取差錯控制技術(shù)，是不能滿(mǎn)足計算機的通信要求的。

??3.循環(huán)冗余編碼工作原理

??1)檢錯碼的類(lèi)型

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

??奇偶校驗碼是一種最常見(jiàn)的檢錯碼，它分為垂直奇(偶)校驗、水平奇(偶)校驗與水平垂直奇(偶)校驗(即方陣碼)。奇偶校驗方法簡(jiǎn)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，并且實(shí)現起來(lái)容易，是目前應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)送的數據比特序列當作一個(gè)多項式f(x)的系數，在發(fā)送端用收發(fā)雙方預先約定的生成多項式G(x)去除，求得一個(gè)余數多項式，將余數多項式加到數據多項式之后發(fā)送到接收端。在接收端用同樣的生成多項式G(x)去除接收數據多項式f(x)，得到計算余數多項式。如果計算余數多項式與接收余數多項式相同，則表示傳輸無(wú)差錯；如果計算余數多項式與接收余數多項式不相同，則表示傳輸有差錯；由發(fā)送方來(lái)重發(fā)數據，直至正確為止。

??在實(shí)際網(wǎng)絡(luò )應用中，CRC的生成與校驗過(guò)程可以用軟件或硬件方法實(shí)現。目前，很多通信超大規模集成電路芯片的內部硬件，就可以非常方便、快速地實(shí)現標準CRC的生成與校驗功能。

??CRC校驗碼的檢錯能力很強，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校驗碼能檢查出全部單個(gè)錯；

??(2)CRC校驗碼能檢查出全部離散的 2位錯；

??(3)CRC校驗碼能檢查出全部奇數個(gè)錯:

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

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

??4.差錯控制機制

??接收端可以通過(guò)檢錯碼檢查傳送一幀數據是否出錯，一旦發(fā)現傳輸錯誤，則通常采用反饋重發(fā)(Automatic Request for Repeat，ARQ)方法來(lái)糾正。數據通信系統中的 ARQ機制如圖6-15所示。ARQ糾錯實(shí)現方法有兩種:停止等待方式與連續工作方式。

??1)停止等待方式

??停止等待方式中數據幀與應答幀的發(fā)送時(shí)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)送完一數據幀后，要等待接收方的應答幀的到來(lái)。應答幀表示上一幀已正確接收，發(fā)送方就可以發(fā)送下一數據幀，否則將重發(fā)出錯數據幀。停止等待 ARQ協(xié)議比較簡(jiǎn)單，但系統通信效率較低。

??2)連續工作方式

??為了克服停止等待ARQ協(xié)議的缺點(diǎn)，人們提出了連續ARQ協(xié)議。實(shí)現連續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)送方可以連續向接收方發(fā)送數據幀，接收方對接收的數據幀進(jìn)行校驗，向發(fā)送方發(fā)回應答幀。如果發(fā)送方在連續發(fā)送了編號為0~5的數據幀后，從應答幀得知2號數據幀傳輸錯誤，那么發(fā)送方將停止當前數據幀的發(fā)送，重發(fā)2、3、4、5號數據幀。拉回狀態(tài)結束后，再接著(zhù)發(fā)送6號數據幀。

??(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別:如果在發(fā)送完編號為5的數據幀時(shí)，接收到編號為2的數據幀傳輸出錯的應答幀，那么發(fā)送方在發(fā)送完編號為5的數據幀后，只重發(fā)出錯的2號數據幀。選擇重發(fā)完后，接著(zhù)發(fā)送編號為6的數據幀。顯然，選擇重發(fā)方式的效率將高于拉回方式。