?1.差錯產生的原因與差錯類型

??我們把通過通信信道后接收的數據與發送數據不一致的現象稱為傳輸差錯，通常簡稱為差錯。差錯的產生是不可避免的，我們的任務是分析差錯產生的原因，研究有效的差錯控制方法。

??l)差錯產生的原因

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

??當數據從信源出發，經過通信信道時，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果在電平判決時出現錯誤，就會引起傳輸數據的錯誤。

??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導體的電子熱運動產生的。熱噪聲的特點:時刻存在，幅度較小，強度與頻率無關；但頻譜很寬，是一類隨機的噪聲。由熱噪聲引起的差錯是一類隨機差錯。

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

??在通信過程中產生的傳輸差錯，是由隨機差錯與突發差錯共同構成的。

??2.誤碼率的定義

??誤碼率是指二進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傳輸的二進制碼元總數；

??N；被傳錯的碼元數。

??在理解誤碼率定義時，應注意以下幾個問題:

??(1)誤碼率應該是衡量數據傳輸系統正常工作狀態下傳輸可靠性的參數。

??(2)對于一個實際的數據傳輸系統，不能籠統地說誤碼率越低越好，要根據實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，造價越高。

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

??在實際的數據傳輸系統中，人們需要對通信信道進行大量、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?。因為計算機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，是不能滿足計算機的通信要求的。

??3.循環冗余編碼工作原理

??1)檢錯碼的類型

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

??奇偶校驗碼是一種最常見的檢錯碼，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)。奇偶校驗方法簡單，但檢錯能力差，一般只用于通信要求較低的環境。

??CRC的檢錯能力很強，并且實現起來容易，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:將要發送的數據比特序列當作一個多項式f(x)的系數，在發送端用收發雙方預先約定的生成多項式G(x)去除，求得一個余數多項式，將余數多項式加到數據多項式之后發送到接收端。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；由發送方來重發數據，直至正確為止。

??在實際網絡應用中，CRC的生成與校驗過程可以用軟件或硬件方法實現。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，還能檢查出突發錯。它具有以下檢錯能力:

??(1)CRC校驗碼能檢查出全部單個錯；

??(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錯:

??(4)CRC校驗碼能檢查出全部長度小于或等于k位的突發錯；

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

??4.差錯控制機制

??接收端可以通過檢錯碼檢查傳送一幀數據是否出錯，一旦發現傳輸錯誤，則通常采用反饋重發(Automatic Request for Repeat，ARQ)方法來糾正。數據通信系統中的 ARQ機制如圖6-15所示。ARQ糾錯實現方法有兩種: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送時間關系如圖 6-16所示。在停止等待方式中，發送方在發送完一數據幀后，要等待接收方的應答幀的到來。應答幀表示上一幀已正確接收，發送方就可以發送下一數據幀，否則將重發出錯數據幀。停止等待 ARQ協議比較簡單，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協議的缺點，人們提出了連續ARQ協議。實現連續ARQ協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。發送方可以連續向接收方發送數據幀，接收方對接收的數據幀進行校驗，向發送方發回應答幀。如果發送方在連續發送了編號為0~5的數據幀后，從應答幀得知2號數據幀傳輸錯誤，那么發送方將停止當前數據幀的發送，重發2、3、4、5號數據幀。拉回狀態結束后，再接著發送6號數據幀。

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