差错控制

差错控制（errorcontrol）是在数字通信中利用编码方法对传输中产生的差错进行控制，以提高数字消息传输的准确性。

中文名：差错控制

外文名：errorcontrol

释义：保证接收的数据完整、准确的方法

总的方法：前向纠错实时性好，单工通信采用

ARQ：自动重发请求

应用学科：通信

1、简介

差错控制在数字通信中利用编码方法对传输中产生的差错进行控制，以提高传输正确性和有效性的技术。差错控制包括差错检测、前向纠错（FEC）和自动请求重发；（ARQ）。

根据差错性质不同，差错控制分为对随机误码的差错控制和对突发误码的差错控制。随机误码指信道误码较均匀地分布在不同的时间间隔上；而突发误码指信道误码集中在一个很短的时间段内。有时把几种差错控制方法混合使用，并且要求对随机误码和突发误码均有一定差错控制能力。

一种保证接收的数据完整、准确的方法。因为实际电话线总是不完美的。数据在传输过程中可能变得紊乱或丢失。为了捕捉这些错误，发送端调制解调器对即将发送的数据执行一次数学运算，并将运算结果连同数据一起发送出去，接收数据的调制解调器对它接收到的数据执行同样的运算，并将两个结果进行比较。如果数据在传输过程中被破坏，则两个结果就不一致，接收数据的调制解调器就申请发送端重新发送数据。

差错分类

通信过程中的差错大致可分为两类：一类是由热噪声引起的随机错误;另一类是由冲突噪声引起的突发错误。突发性错误影响局部，而随机性错误影响全局。

2、差错控制方式

总的方法

1、前向纠错。实时性好，单工通信采用。

2、自动重发请求（ARQ）。强调检错能力，不要求有纠错能力，双向通道采用。

3、混合纠错。上述两种方式的综合，但传输设备相对复杂。

分类方法

差错检测是差错控制的基础。能纠错的码首先应具有差错检测能力，而只有在能够判定接收到的信号是否出错才谈得上是否要求对方重发出错消息。具有差错检测能力的码不一定具有差错纠正能力。由于差错检测并不能提高信道利用率，所以主要应用于传输条件较好的信道上做为误码统计和质量控制的手段。

自动请示重发ARQ和前向纠错FEC是进行差错控制的两种方法。

在ARQ方式中，接收端检测出有差错时，就设法通知发送端重发，直到正确的码字收到为止。ARQ方式使用检错码，但必须有双向信道才可能将差错信息反馈到发送端。同时，发送方要设置数据缓冲区，用以存放已发出的数据以便于重发出错的数据。

在FEC方式中，接收端不但能发现差错，而且能确定二进制码元发生错误的位置，从而加以纠正。FEC方式使用纠错码，不需要反向信道来传递请示重发的信息，发送端也不需要存放以务重发的数据缓冲区。但编码效率低，纠错设备也比较复杂。

差错控制编码又可分为检错码和纠错码。

检错码只能检查出传输中出现的差错，发送方只有重传数据才能纠正差错；而纠错码不仅能检查出差错而且能自动纠正差错，避免了重传。

演播的检错码有：奇偶校验码、循环冗余码。

在实际通信网中，往往在不同的应用场合采用不同的差错控制技术。前向纠错主要用于信道质量较差、对传输时延要求较严格的有线和无线传输当中；差错检测往往用于传输质量较高或进行了前向纠错后的通路的监测管理之中>自动请求重发则多用于象计算机通信等对时延要求不高但对数据可靠性要求非常高的文件传输之中。

3、差错控制系统的组成及其作用原理

系统组成

差错控制系统的组成及其作用原理如图。图中虚线内的部分就是数字通信中的差错控制系统。当没有差错控制时，信源输出的数字（也称符号或码元）序列将直接送往信道。由于信道中存在干扰，信道的输出将发生差错。数字在传输中发生差错的概率（误码率）是传输准确性的一个主要指标。在数字通信中信道给定以后，如果误码率不能满足要求,就要采取差错控制。按具体实现方法的不同,差错控制可以分为前向纠错法、反馈重传法和混合法三种类型。差错控制

差错控制

前向纠错法　差错控制系统只包含信道编码器和译码器。从信源输出的数字序列在信道编码器中被编码(见信道编码),然后送往信道。由于信道编码器使用的是纠错码，译码器可以纠正传输中带来的大部分差错而使信宿得到比较正确的序列。

前向纠错在接收端检测到接收码元差错后，通过一定的运算，确定差错的具体位置，并自动加以纠正。又称自动纠错，是提高信道利用率的一种有效手段。信息论中的信道编码理论是研究对给定信道的前向纠错能力的极限，而纠错编码理论是研究用于前向纠错的纠错码的具体编译码方法。传统的纠错编码理论认为，为了使一种码具有纠错能力，必须对原码字增加多余的码元以扩大码字间的差别（称为码距离）。一般认为发送时因纠错所增加的多余码元将引起占用带宽的增加而减少单位带宽的传信率。组合编码调制理论是把调制与纠错编码综合起来考虑，通过扩大调制信号集合而能在不增加所需信道带宽的条件下提高编码调制系统的纠错能力。前向纠错已被广泛用于卫星通信、移动通信和频带数据传输之中。

反馈重传法　只利用检错码以发现传输中带来的差错，同时在发现差错以后通过反向信道通知发信端重新传输相应的一组数字，以此来提高传输的准确性。根据重传控制方法的不同，反馈重传法还可以分成若干种实现方式。其中最简单的一种称为等待重传方式。采用这种方式时发信端每送出一组数字就停下来等待收信端的回答。这时信道译码器如未发现差错便通过收信端重传控制器和反向信道向发信端发出表示正确的回答。发信端收到后通过发信端重传控制器控制信源传输下一组数字，否则信源会重新传输原先那组数字。

反馈重传在接收端检测出传输中的差错后，自动通知发送端重发出现差错的消息。与前向纠错不同，自动请求重发能在固定的差错率要求下根据信道传输质量的变化而动态地调整传信率，是一种自适应的差错控制手段，但必须在收发之间有一条反馈信道。自动请求重发在对误码要求严格的端到端差错控制中应用最多。

上述两种方法的主要差别是：①前向纠错不需要反向信道，而反馈重传必须有反向信道。②前向纠错利用纠错码，而反馈重传利用检错码。一般来讲，纠错码的实现比较复杂，可纠正的差错少，而检错码的实现比较容易，可发现的差错也多。③前向纠错带来的消息延迟是固定的，传输消息的速率也是固定的，而反馈重传中的消息延迟和消息的传输速率都会随重传频度的变化而变化。④前向纠错不要求对信源控制，而反馈重传要求信源可控。⑤经前向纠错的被传消息的准确性仍然会随着信道干扰的变化而发生很大变化，而经反馈重传的被传消息的准确性比较稳定，一般不随干扰的变化而变化。因此，两者的适用场合很不相同。

混合法　在信道干扰较大时，单用反馈重传会因不断重传而使消息的传输速率下降过多，而仅用前向纠错又不能保证足够的准确性，这时两者兼用比较有利，这就是混合法。此法所用的信道编码是一种既能纠正部分差错又能发现大部分差错的码。信道译码器首先纠正那些可以纠正的差错，只对那些不能纠正但能发现的差错才要求重传，这会大大降低重传的次数。同时，由于码的检错能力很强，最后得到的数字消息的准确性是比较高的。

作用

差错控制已经成功地应用于卫星通信和数据通信。在卫星通信中一般用卷积码或级连码进行前向纠错，而在数据通信中一般用分组码进行反馈重传。此外，差错控制技术也广泛应用于计算机，其具体实现方法大致有两种：①利用纠错码由硬件自动纠正产生的差错；②利用检错码在发现差错后通过指令的重复执行或程序的部分返回以消除差错。