1.差錯控制的原理
糾錯編碼之所以具有檢錯和糾錯能力,是因為在信息碼之外附加了監督碼,即碼的檢錯和糾錯能力是用信息量的冗余度來換取的。
加入監督碼越多,碼的檢錯、糾錯能力越強,但信息傳輸效率下降也越多。
在糾錯編碼中將信息傳輸效率也稱為編碼效率,定義為
2.漢明距離與檢錯和糾錯能力的關系
(1)幾個概念
碼長:碼組或碼字中編碼的總位數為碼組的長度。
碼重:碼組中非零碼元的數目為碼組的重量。
例如“11010”的碼長為5,碼重為3。
碼距:兩個等長碼組中對應碼位上具有不同二進制碼的數目稱為碼距。
例如:碼組1 11010
碼組2 01101
碼距:d0=4
漢明距離:在一種編碼中,任意兩個許用碼組間距離的最小值,稱為這一編碼的漢明距離,以dmin表示。
(2)漢明距離與檢錯和糾錯能力的關系
a) 為了檢測e位錯碼,要求最小碼距
b) 為了檢測t位錯碼,要求最小碼距
c) 為了糾正t位錯碼,同時檢測e(e>t) 個錯碼,要求最小碼距
顯然,要想糾錯和檢測,就必須增加碼距,只有保證最小漢明距離符合上面三個公式的要求,才能具有檢測或糾錯能力。如何保證滿足要求呢?一般方法是:按照某種規律對原來的碼組(信息碼組)添加一些新的碼元,這些碼元稱為“監督碼元”。作用是監督該碼組在傳輸過程中是否發生錯誤,以便檢錯或糾錯。添加監督碼元的方法不同,就形成了不同的編碼方法。
3.糾錯編碼的分類
(1)按碼組的功能分,有檢錯碼和糾錯碼兩類。
一般認為,能在譯碼器中發現錯誤的,稱為檢錯碼。如在譯碼器中不僅能發現錯誤,又能確定錯碼位置(即能自動進行糾錯)的,稱為糾錯碼。
(2)按碼組中監督碼元與信息碼元之間的關系分,有線性碼和非線性碼兩類。
線性碼是指監督碼與信息碼之間呈線性關系,可用一組線性代數方程聯系起來;
非線性碼值得是監督碼元與信息碼元之間是非線性關系。
(3)按照信息碼元與監督碼元的約束關系,又可分為分組碼和卷積碼兩類。
分組碼是將 個信息碼元劃分為一組,然后由這k個碼元按照一定的規則產生r個監督碼元,從而組成長度為n=k+r 的碼組。在分組碼中,監督碼元僅監督本碼組中的碼元,或者說監督碼元僅與本碼組的信息碼元有關。分組碼一般用(n,k) 表示,結構如圖所示,圖中前面 k位為信息位,后面附加r個監督位。
圖 分組碼的結構
在卷積碼中,每組的監督碼元不但與本組的信息碼元有關,而且還與前面若干組信息碼元有關,即不是分組監督,而是每個監督碼元對它的前后碼元都實行監督,前后相連,因此有時也稱連環碼。
(4)按照信息碼元在編碼前后是否保持原來的形式不變,可劃分為系統碼和非系統碼。
在差錯控制編碼中,通常信息碼元和監督碼元在分組內有確定的位置;而非系統碼中信息碼元則改變了原來的信號形式。
(5)按糾正差錯的類型可分為糾正隨機錯誤的碼和糾正突發錯誤的碼。
(6)按照每個碼元取值來分,可分為二進制碼與多進制碼。