2023學年完整公開課版差錯控制

一、概述：

差錯控制原理電力系統(tǒng)是一個實時運行的復雜系統(tǒng)，遠動信息的實時性、準確性和可靠性是信息傳輸?shù)幕疽蟆Ｈ绻麤]有及時正確的遙測、遙信信息，電網(wǎng)調度人員或監(jiān)控中心運行人員就不能隨時了解電網(wǎng)的當前運行狀態(tài)；若遙控、遙調命令信息不可靠，不僅不能對電網(wǎng)施加安全、優(yōu)質的控制，甚至還可能導致電網(wǎng)事故的發(fā)生。

差錯控制原理提高信息傳輸質量指標的設計考慮包括：選擇質量較好的信息傳輸通道，改善信道的特性，降低碼間干擾。但是，信息在信道上傳輸?shù)倪^程中，由干擾引起的差錯始終存在，必須采用差錯控制技術。影響信息傳輸準確性、可靠性的主要因素包括：一是信道特性引起信息的碼間干擾；二是信道上的噪聲和干擾。一、概述：差錯控制技術就是采用可靠、有效的編碼，以發(fā)現(xiàn)或糾正信號在傳輸過程中由于噪聲干擾而造成的錯碼的一種方法。也稱抗干擾編碼技術。差錯控制方式：分為檢錯和糾錯兩大類，檢錯即查出信息傳輸過程中的錯碼，但不能確定錯碼的位置；糾錯則是在檢錯的基礎上，判斷錯碼所在位置并加以糾正。

差錯控制原理一、概述：差錯控制方式：

自動要求重傳（ARQ）方式發(fā)送端可檢錯的碼判決信號接收端

差錯控制原理

發(fā)送端發(fā)送能夠檢錯的信息碼。接收端接收該碼后，按編碼規(guī)則檢錯，確定有無誤碼，并將判斷結果通過反饋信道傳送給發(fā)送端。如果判斷結果為誤碼，則發(fā)送端重傳該信息碼，直到接收端無誤碼為止。如果判斷結果為無誤碼，發(fā)送端可繼續(xù)向接收端發(fā)送新的信息碼。要求信息收發(fā)雙方之間應具備雙向通道，并協(xié)調收發(fā)過程。收發(fā)雙方都必須對所發(fā)送或接收的信息進行暫存，以用于重新發(fā)送或無錯碼時采用。ARQ方式按編碼規(guī)則完成檢錯，由重傳完成糾錯，其準確性、可靠性很高，但實時性受影響，效率不高。循環(huán)傳送檢錯方式發(fā)送端可檢錯的碼接收端

差錯控制原理發(fā)送端把信息進行編碼后發(fā)送出去接收端接收到數(shù)據(jù)后經檢錯譯碼器判斷有無誤碼如果沒有誤碼，則該信息碼可用如果有誤碼，則該組數(shù)碼棄之不用同一信源的信息被周期性的循環(huán)傳送，可待下次循環(huán)時再接收該信息，如果無錯就可以采用

不需要反饋信道，具有檢錯方式簡單，易于實現(xiàn)的特點。前向糾錯（FEC）方式混合糾錯（HEC）方式發(fā)送端可糾錯、檢錯的碼判決信號接收端發(fā)送端可糾錯的碼接收端

差錯控制原理發(fā)送端的信息經信道譯碼器進行糾錯編碼，形成可糾錯的碼字發(fā)送出去;在接收端，把接收到的數(shù)碼經信道譯碼器進行糾錯譯碼。其優(yōu)點是不需要反饋信道，缺點是譯碼器比較復雜。是FEC與ARQ兩種方式的綜合發(fā)送端發(fā)送的碼字不僅能夠檢錯，還具有一定的糾錯能力接收端收到數(shù)碼后，首先進行糾錯；如果錯誤太多，超過了糾錯能力，但譯碼器能夠檢測出誤碼時，可通過反饋信道，要求對方重發(fā)。HEC要求有反饋信道，并要求發(fā)送的碼組及接收端的信道譯碼器具有一定的糾錯能力。上述差錯控制中所使用的碼有檢錯碼和糾錯碼之分，實際上兩者之間沒有本質的差別，經常是同一種碼既可作為檢錯碼也可作為糾錯碼。在電力系統(tǒng)循環(huán)式遠動通信中，對于遙測遙信信息的傳送通常采用循環(huán)傳送檢錯方式；問答式遠動通信中的遙測遙信信息的傳送也多采用檢錯譯碼方式；為了提高可靠性，對于遙控都采用返送重傳方式。

差錯控制原理差錯控制的實際應用：

差錯控制編碼：差錯控制就是按照某種規(guī)律編碼，使接收端的檢錯、糾錯能力得以實現(xiàn)。在一組信息碼元的基礎上，增加部分與信息碼元具有某種相關性的校驗碼元，使原來本不相關的信息序列，轉化為具有某種規(guī)律性的碼元序列。編碼過程：設要傳送k位信息，編碼器按一定的規(guī)則在k位信息碼根據(jù)規(guī)則附加r位校驗碼，構成n=k+r位的碼字。附加r位校驗碼的編碼規(guī)則很多，不同的規(guī)則就形成了不同的編碼方式。

差錯控制原理碼的性能要好，能檢出或糾正最可能出現(xiàn)的錯碼類型；編碼效率要高，即所加的校驗位要少；實現(xiàn)編碼譯碼的方法要簡便。

差錯控制原理編碼規(guī)則的選擇標準：二、部頒CDT規(guī)約中的循環(huán)碼同步字控制字信息字1……信息字n圖6-12循環(huán)遠動規(guī)約的幀結構字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)3字節(jié)4字節(jié)5校驗碼圖6－13循環(huán)遠動規(guī)約的字結構

差錯控制原理1991年11月原電力工業(yè)部頒布了循環(huán)式遠動傳送規(guī)約DL451-1991。該規(guī)約規(guī)定的數(shù)據(jù)幀結構如下圖6-12所示。每個字均為6個字節(jié)。除同步字外，控制字和信息字的第6個字節(jié)為校驗碼字節(jié)。(k=40位)信息碼+(r=8位)校驗碼構成(n=k+r=48位)碼字。CDT規(guī)約的校驗碼：

差錯控制原理對長度為k位的信息碼，按一定規(guī)則添加r位校驗碼（CRC校驗碼），組成長度為n=k+r的二進制序列Cn－1,Cn－2,……,C1,C0的碼字。1·x6+1·x5+0·x4+0·x3+1·x2+0·x+1=x6+x5+x2+1在CRC編碼理論中，利用碼多項式進行碼組的描述和運算。一個n位的碼組可用一個最高冪次為(n-1)的碼多項式進行描述，碼組中各碼元作為碼多項式的系數(shù)。例如7位碼組1100101可表示表示為：CDT規(guī)約利用CRC(CyclicRedundancyCheck)進行校驗。CRC編碼及校驗原理：

差錯控制原理采用CRC進行編碼和校驗時，發(fā)送方和接收方事先約定一個生成多項式g(x)

，并且g(x)的最高項和最低項的系數(shù)必須為1。發(fā)送方先為原始數(shù)據(jù)塊生成帶CRC校驗碼的碼字，并使該碼字的碼多項式能被g(x)除盡；發(fā)送此碼字，接收方用收到的碼字也除以g(x)，如果能除盡，表明傳輸正確，否則，表示傳輸有錯，請求重發(fā)。根據(jù)要傳送的k位二進制信息碼，按照一定的規(guī)則產生一個r位CRC校驗碼，附在原始信息后邊，構成一個新的n=k+r位二進制碼序列（碼字）。CRC校驗碼如何生成？滿足什么樣的規(guī)則？這個規(guī)則，在差錯控制理論中稱為“生成多項式”。編碼和檢錯過程：首先將原信息碼(k位)左移r位(k+r=n)，即相當于將信息碼多項式m(x)乘以xr，得到新的多項式xrm(x)用生成多項式g(x)用模2除該多項式，其所得余式設為r(x)。CRC校驗碼生成方法：

差錯控制原理T(x)=xrm(x)-r(x)T(x)：編碼后的帶CRC校驗位的碼多項式r(x)：CRC校驗碼多項式，且多項式次數(shù)為(r-1)次當使用CRC校驗碼進行差錯控制時，除了為g(x)的整數(shù)倍的差錯多項式不能被檢測外，其它差錯均能被查出。CRC校驗碼的差錯控制效果取決于g(x)的階數(shù)，階數(shù)越高，效果越好。設原始k位信息碼多項式為為(k-1)次多項式m(x)

；設生成多項式g(x)的次數(shù)為r且比m(x)的階數(shù)低。

差錯控制原理目前，常用的生成多項式g(x)有兩種，分別是：

CRC-16

x16+x15+x2+1

CCITT

x16+x12+x5+1CDT規(guī)約采用：CRC-8

x8+x2+x1+1模2運算：

差錯控制原理模2運算是一種二進制算法，是CRC校驗技術中的核心部分。與四則運算相同，模2運算也包括模2加、模2減、模2乘、模2除四種二進制運算。而且，模2運算也使用與四則運算相同的運算符。與四則運算不同的是模2運算不考慮進位和借位，即模2加法是不帶進位的二進制加法運算，模2減法是不帶借位的二進制減法運算。因此，這種加減運算實際上就是邏輯上的異或運算，加法和減法等價。CRC校驗例程：

差錯控制原理例如，要發(fā)送的數(shù)據(jù)信息碼為1101011011，生成多項式為g(x)=x4+x+1首先在發(fā)送數(shù)據(jù)塊的末尾加4個0（左移4位），得到1101011011