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  • 本资源为基于卷积码的差错控制系统仿真,从卷积码传输性能matlab仿真结果可知,接收端误码率随着信道信噪比的提高迅速降低。
  • 本资源为基于循环冗余码的差错控制系统仿真。循环冗余码是最常见的校验码,有信息位和校验位两个部分组成。
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  • 差错控制系统与纠错编码分类

    千次阅读 2018-09-10 22:11:48
    重传反馈方式(ARQ) 发送端发送能够发现(检测)错误的码,接收端收到通过信道传...优点:译码的设备比较简单,在一定的多余度码元下,检错码的检错能力比纠错码的纠错能力要高得很多,因而整个系统的纠错能力极强...

    重传反馈方式(ARQ)

    发送端发送能够发现(检测)错误的码,接收端收到通过信道传来的码后,根据改码的译码规则,判决收到的码序列中有无错误产生,并通过反馈信道把判决结果用判决信号告诉发送端。发送端根据这些判决信号,把接收端认为有错的消息再次传送,直到接收端认为正确接收到为止。
    优点:译码的设备比较简单,在一定的多余度码元下,检错码的检错能力比纠错码的纠错能力要高得很多,因而整个系统的纠错能力极强。
    缺点:若信道干扰很频繁,则系统重发的次数较多,因此整个系统的实时性和连贯性不太好。
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    前向纠错方式(FEC)

    发送端发送能够被纠错的码,接收端收到这些码后,通过纠错译码器不仅能够自动地发现错误,而且能够自动地纠正接受码字传输中的错误。
    这种方式的优点:是不需要反馈信道,能进行一个用户对多个用户的同播通信,译码的实时性比较好。
    缺点:译码的设备比较复杂,信道的适应性比较差。
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    混合纠错方式(HEC)

    发送端发送的码不仅能够被检测出错误,而且还具有一定的纠错能力。接收端收到码序列以后,首先检验错误情况,如果在纠错范围以内,则自动进行纠错。如果错误太多,但能检测出来,则接收端通过反馈信道,要求发送端重新传送有错的息。这种方式在一定程度上避免了FEC方式要求用复杂的译码设备和ARQ方式信息连贯性差的缺点,并能达到较低的误码率,因此在实际应用中越来越广。
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    CRC-RS级联编码

    如下图,即是一个基本的HEC实现原理图,利用了CRC以及RS的检错和纠错能力,设计了一个简单的HEC混合纠错方式。
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  • 在研究差错控制技术的基础上,使用查找表方法实现RS(里德2索洛蒙) 纠错码的编码和解码,并且模拟实现了FEC(前向纠错) 和FEC/ ARQ(重传反馈) 两种实时差错控制系统. 基于查找表方法的RS 编解码方法能够提高编码/ 解码...
  • 通信系统差错控制仿真试验,数字通信系统的仿真, matlab
  • 基于FPGA的差错控制编译码系统设计.pdf
  • 差错控制

    千次阅读 2018-11-28 22:28:26
    无论通信系统如何可靠,都不能做到完美无缺。因此,必须考虑怎样发现和纠正信号传输中的差错。通信过程中出现的差错可大致分为两类:一类是由热噪声引起的随机错误;另一类是由冲击噪声引起的突发错误。通信线路中的热...

          无论通信系统如何可靠,都不能做到完美无缺。因此,必须考虑怎样发现和纠正信号传输中的差错。通信过程中出现的差错可大致分为两类:一类是由热噪声引起的随机错误;另一类是由冲击噪声引起的突发错误。通信线路中的热噪声是由电子的热运动产生的,香农关于噪声信道传输速率的结论就是针对这种噪声的。热噪声时刻存在,具有很宽的频谱,且幅度较小。通信线路的信噪比越高,热噪声引起的差错越少。这种差错具有随机性,影响个别位。
          冲击噪声源是外界的电磁干扰,例如打雷闪电时产生的电磁干扰,电焊机引起的电压波动等。冲击噪声持续的时间短而幅度大,往往引起一个位串出错。根据它的特点,称其为突发性差错。
          此外,由于信号幅度和传播速率与相位、频率有关而引起的信号失真,以及相邻线路之间发生串音等都会产生差错,这些差错也具有突发性的特点。
    突发性差错影响局部,而随机性差错总是断续存在,影响全局。所以要尽量提高通信设备的信噪比,以满足要求的差错率。此外,要进一步提高传输质量,就需要采用有效的差错控制办法。

    检错码

          奇偶校验是最常用的检错方法,其原理是在7位的ASCII码后增加一位,使码字中1的个数成奇数(奇校验)或偶数(偶校验)。经过传输后,如果其中一位(甚至奇数个位)出错,则接收端按同样的规则就能发现错误。这种方法简单实用,但只能对付少量的随机性错误。
          为了能检测突发性的位串出错,可以使用校验和的方法。这种方法把数据块中的每个字节当作一个二进制整数,在发送过程中按模256相加。数据块发送完后,把得到的和作为校验字节发送出去。接收端在接收过程中进行同样的加法,数据块加完后用自己得到的校验和与接收到的校验和比较,从而实现数据校验。实现时可以用更简单的办法,例如在校验字节发送前,对累加器中的数取2的补码。这样,如果不出错,接收端在加完整个数据块以及校验和后累加器中是0。这种方法的好处是由于进位的关系,一个错误可以影响到更高的位,从而使出错位对校验字节的影响扩大了。可以粗略地认为,随机的突发性错误对校验和的影响也是随机的。出现突发错误而得到正确的校验字节的概率是1/256,于是就有255:1的机会能检查出任何错误。

    海明码

    海明距离:一个码字变成另一个码字必须改变的最小位数,如7位的ASCII码加上一个奇偶校验位成8位,只要改变两位就可以从一个码字变成另一个码字,校验位也就不起作用了,即海明距离为2。
          用码位的增加(通信量的增加)来换取正确率的提高,如果任意两个码字之间的海明距离是d则所有小于等于d-1位的错误都可以检查出来,所有小于d/2位的错误都可以被纠正。
          如果对于m位的数据增加k位冗余位,则组成n=m+k位的纠错码。对于2^m个有效码字中的每一个,都有n个无效但可以纠错的码字。这些可纠错的码字与有效码字的距离是1,含单个错误位。这样,对于一个有效的消息总共有n+1个可识别的码字。这n+1个码字相对于其他2^m-1个有效消息的距离都大于1。这意味着总共有2^m(n+1)个有效的或者可纠错的码字。显然这个数应小于等于码字的所有可能的个数,即2^n。于是,有2^m(n+1)<2^n因为n=m+k得m+k+1<2^k
          对于给定的数据位m,上式给出了k的下界,即要纠正单个错误,k必须取的最小值。海明建议了一种方案可以达到这个下界,并能直接指出错在哪一位。首先把码字的位从1到n编号,并把这个编号表示成二进制数,即2的幂之和。然后对2的每一个幂设置一个奇偶位。例如,对于6号位,由于6=110b(1,2,4),所以6号位参加第2位和第4位的奇偶校验,而不参加第1位的奇偶校验。类似地,(9=1001b(1,2,4,8))9号位参加第1位和第8位的校验而不参加第2位或第4位的校验。海明把奇偶校验分配在1、2、4、8等位置上,其他位放置数据。
    例:
    原数据:                    1    0 0 1    0 1 1
    加入校验位:       1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1
    若传输出错:       1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1

    当接收端按照同样的规则计算奇偶位时,发现1和8号奇偶性正确,2和4号奇偶性错误,2+4=6,即确认6号位数据错误。

    循环冗余校验码CRC

    利用除法及余数的原理来作错误侦测的。实际应用时,发送装置计算出CRC值并随数据一同发送给接收装置,接收装置对收到的数据重新计算CRC并与收到的CRC相比较,若两个CRC值不同,则说明数据通讯出现错误。
    CRC有多种,比如CRC16、CRC32 ,为什么叫16、32呢。是由所确定的多项式最高次幂确定的。如下所示。理论上讲幂次越高校验效果越好。

    • CRC-12 =X12+X11+X3+X2+X+1
    • CRC-16 = X16+X15+X2+1
    • CRC-CCITT = X16+X12 +X5+1
    • CRC-32 = X32+X26+X23+X16+X12+X11+X10+ X8+X7+X5+X4+X2+X+1

    其中CRC-32被用在许多局域网中。
    基本原理:
          在K位信息码后再拼接R位的校验码,整个编码长度为N位,因此,这种编码又叫(N,K)码。对于一个给定的(N,K)码,可以证明存在一个最高次幂为N-K=R的多项式G(x)。根据G(x)可以生成K位信息的校验码,而G(x)叫做这个CRC码的生成多项式。
          校验码的具体生成过程为:假设发送信息用信息多项式C(X)表示,将C(x)左移R位,则可表示成C(x)*2R,这样C(x)的右边就会空出R位,这就是校验码的位置。通过C(x)*2R除以生成多项式G(x)得到的余数就是校验码。
    常用的CRC:
          在数据通信与网络中,通常k相当大,由一千甚至数千数据位构成一帧,而后采用CRC码产生r位的校验位。它只能检测出错误,而不能纠正错误。一般取r=16,标准的16位生成多项式有CRC-16=x16+x15+x2+1 和 CRC-CCITT=x16+x15+x2+1。
          一般情况下,r位生成多项式产生的CRC码可检测出所有的双错、奇数位错和突发长度小于等于r的突发错以及(1-2^-(r-1))的突发长度为r+1的突发错和(1-2-r)的突发长度大于r+1的突发错。例如,对上述r=16的情况,就能检测出所有突发长度小于等于16的突发错以及99.997%的突发长度为17的突发错和99.998%的突发长度大于17的突发错。所以CRC码的检错能力还是很强的。这里,突发错误是指几乎是连续发生的一串错,突发长度就是指从出错的第一位到出错的最后一位的长度(但是,中间并不一定每一位都错)。
    算法实现:
    任意一个由二进制位串组成的代码都可以和一个系数仅为‘0’和‘1’取值的多项式一一对应。
    例如:
    多项式:x6+x4+x2+x+1
                      6 5 4 3 2 1 0
    对应的代码1 0 1 0 1 1 0 + 1=1010111
    多项式为x5+x3+x2+x+1对应的代码101111。
    例:
    假设使用的生成多项式是G(X)=X3+X+1。4位的原始报文为1010,求编码后的报文。
    解:
    1、将生成多项式G(X)=X3+X+1转换成对应的二进制除数1011。
    2、此题生成多项式有4位(R+1)(注意:4位的生成多项式计算所得的校验码为3位,R为校验码位数),要把原始报文C(X)左移3(R)位变成1010 000
    3、用生成多项式对应的二进制数对左移3位后的原始报文进行模2除(高位对齐),相当于按位异或得到的余位011,所以最终编码为:1010 011

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  • 差错控制编码技术

    2015-06-30 13:32:01
    所以通过差错控制编码(又称信道编码)这一环节,对数码流进行相应的处理,使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力,可极大地避免码流传送中误码的发生。 DMR协议中使用到的信道编码有Hamming (7,4,3)、Hamming (15,11...
  • 该方案从4个角度对跳频通信进行优化:(1)采用码率为1/2的可逆缩短BCH码做前向纠错,利用该码的可逆特性降低重传概率,同时利用信道的软信息做差错控制处理以提高系统增益;<2)新系统对重传数据包做等增益包...
  • 数字通信系统差错控制编码性能研究,冀常鹏,韩星美,目前数字通信系统和我们日常的生活联系越来越紧密,但是由于数字信号在信道中的传输不可避免地会受到噪声带来的影响,使得信号中
  • 介绍了一种用于传真加密系统控制措,并对其性能进行了理论分析,最后给出了实验结果。信道实验证明,在允许的传输效率下,该差错控制结果,能有效地保证报文的传输质量。
  • IP 差错控制

    千次阅读 2016-11-25 00:57:06
    绝大多数TCP/IP协议采用的差错检测方法称为检验和(checksum)。检验和能够防止分组在传输期间出现的损坏。检验和是附加在分组上的冗余信息。  发送端计算出检验和,并把得到的结果与分组一起发送出去。接收端对...

            绝大多数TCP/IP协议采用的差错检测方法称为检验和(checksum)。检验和能够防止分组在传输期间出现的损坏。检验和是附加在分组上的冗余信息。

            发送端计算出检验和,并把得到的结果与分组一起发送出去。接收端对包括检验和在内的整个分组重复同样的计算。若得到了满意的结果则接收这个分组,否则就把它丢弃。

            

     

    发送端计算检验和

         在发送端,分组首部被划分为n位的段(n通常取值为16),把这些段用反码算术运算想家,得到的和的长度也是n位。再把这个和取反码(把所有的0变为1以及把所有的1变为0),就得出了校验和。

    发送端按以下步骤产生校验和:

    • 把分组划分为k段,每段的长度都是n位
    • 用反码算术运算把所有这些字段相加
    • 把最终结果取反码就得出检验和

     

     

    接收端计算检验和

           在接收端把收到的分组划分为k段,并把所有这些段相加,然后把得到的和取反码。如果最后结果为0,则接受这个分组,否则就拒绝这个分组。

     

           当接收端把所有段相加并把结果取反码,如果在传输或处理过程中未出现差错,则得到的结果必定为0.根据反码算术运算的规则,这个说法是正确的。

          假设我们在发送端将所有段相加后得到的数为T,当我们用反码算术晕眩把这个数取反是,我们就得到这个数的负值。这就表明,若所有段之和是T,则检验和就是-T,当接收端收到这个分组时,所有的段相加。实际上就是把T和-T相加,在二进制反码中得出-0.

     

    IP分组中的检验和

          在IP分组中,检验和的实现与上面所讨论的原理一样,首先,把检验和字段值置为0.然后把整个首部划分为16位的段,再将各段相加。把结果取反码,并插入检验和字段中。

         IP分组中的检验和仅覆盖首部,而不管数据。这有两个原因,首先将数据封装在IP数据报中的所有高层协议,都有一个设计整个分组的检验和字段。因此,IP数据报的检验和就不必再 检验所封装的数据部分。其次没经过一个路由器,IP数据报的首部就要有锁变化,但数据部分保持不变。因此检验和只对发生变化部分进行检验和。若检验包括数据部分,则每一个路由器必须重新计算整个分组的检验和,这也就意味着花费更多的处理时间。

     

         下图描述了一个没有选项的IP首部计算检验和的例子。首部被划分为16位的段。把所有的这些段相加,再把得到的和取反码,最后把结果插入到检验和字段中。

     

     

          下图描述接收端(或中间路由器)对检验和计算,假设首部没有出现差错。首部被划分为16位的段。把所有这些段相加,再把得到的和取反码,因此得到的结果是16个0,所以此分组被接受。

     

     

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  • 差错控制技术

    千次阅读 2018-07-31 23:41:25
    现实环境中,数据的传输很有可能受到干扰而出现错误,为了确保数据传递的正确,就需要有差错控制技术。要实现差错控制,就要具备两种能力,其一是发现错误,其二是纠正错误。 在数据链路层里常用的数据校验方法有 ...

    概述

    现实环境中,数据的传输很有可能受到干扰而出现错误,为了确保数据传递的正确,就需要有差错控制技术。要实现差错控制,就要具备两种能力,其一是发现错误,其二是纠正错误。

    在数据链路层里常用的数据校验方法有奇偶校验码(PCC, Parity Check Code)循环冗余校验(CRC, Cyclic Redundancy Check),这些都统称为检错码(Error-detecting code)

    而差错纠正方面针对不同类型的传输有不同实现,如字符的异步传输一般采用反馈检测法,即接收一帧往源发回一帧,发送端如果判断出错则重发一帧,对应的还有自动重发法等等。

    也有一些具有纠错功能的编码,它们又称为纠错码(Error-Correcting Code)前向纠错码(Forward Error Correction),**海明码(Hamming Code)**就是纠错码。

    下面详细看看各种差错控制方法。


    检错码(Error-detecting Code)

    奇偶校验码(Parity Check Code)

    奇偶校验码是非常广泛使用的一种检错方法,它具有实现简单的优势。它有效用于检测单个错误,基本思想就是在原信息码最后加一位校验位,使得整个编码始终为奇数位或者偶数位(一般为编码中1的个数),这就是奇校验和偶校验。

    从这个原理也可以看出来,奇偶校验无法判断大于一个的错误,所以就校验码一般用于错误率低的环境。

    假设要传输7位二进制码1011010,要做偶校验,那么其最终传输的编码就是10110100。如果目的地收到的编码最终不为偶数,那么就知道里面一定出现了错误,注意,不能说最终编码是偶数就一定没有错误,这也就是奇偶校验的局限所在。


    循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check)

    再考虑CRC之前得先简单了解一下模2运算和多项式表示二进制码串。

    模2运算

    模2运算和普通算术运算最主要的不同在于模2无进位,也无借位。

    加法规则为:1+1=0、1+0=1、0+1=1、0+0=0

    减法规则为:1-1=0、1-0=1、0-1=1、0-0=0

    很容易可以看出来实际上就是异或运算。

    但乘法和一般运算一致,不同的是,多位数乘法中间结果相加用的是模2加法。

    乘法和除法示例如下:

    Mod2Calc

    图片来自《深入理解计算机网络》


    码多项式(多项方式)

    其表达方式和二进制转十进制是类似的,如有二进制串10011100,那么它的码多项式表述如下:
    x 7 + x 4 + x 3 + x 2 x^7+x^4+x^3+x^2 x7+x4+x3+x2
    注意发现它与二进制转十进制的规律,不再赘述。


    CRC流程

    CRC的原理看起来有点复杂,但实际上就是在待发送数据后面加一段校验码,接收方通过模2除法来发现是否出现了位变动(因为基于模2运算的特性,任一位变动都会影响结果),它的具体实现有如下步骤:

    1. 选择一个用于进行模2除法的除数供接收方使用,一般使用码多项式表达,所以CRC又称多项式编码法。
    2. 设选定除数的二进制位数为k,待发送的数据帧位数为m。在m后面加上k-1位0为新的帧,然后将该新帧模2除选定的除数,所得的余数就是该帧的CRC校验码,又称FCS(帧校验序列)。要注意的是,余数的位数也一定为k-1位,0也不能忽略。
    3. 将该FCS附加在原数据帧后面,构建成一个新帧发送到接收端。
    4. 接收端将附加了FCS的帧模2除之前定出的除数,无余数则表明无差错。

    从该流程就可以看出,CRC的关键有二:预先确定双方用于CRC的除数、通过原始帧与除数计算出FCS。其中前者可以随机选择,也可以使用国际上通行的标准。但要注意,除数的最高位和最低位必须为1

    国际上的标准有如:

    IBM的SDLC规程使用CRC-16,它规定除数为:
    x 16 + x 15 + x 2 + 1 它 所 对 应 的 二 进 制 串 为 : 11000000000000101 x^{16}+x^{15}+x^2+1 \\它所对应的二进制串为:11000000000000101 x16+x15+x2+111000000000000101
    ISO的HDLC、ITU的SDLC、X.25等等规程中使用CCITT-CRC-16,它规定除数为:
    x 16 + x 15 + x 5 + 1 它 所 对 应 的 二 进 制 串 为 : 11000000000100001 x^{16}+x^{15}+x^5+1 \\ 它所对应的二进制串为:11000000000100001 x16+x15+x5+111000000000100001

    计算示例

    设CRC除数码多项式(又叫生成多项式)为 G ( x ) = x 4 + x 3 + 1 G(x) = x^4+x^3+1 G(x)=x4+x3+1,要求出二进制序列10110011的FCS,下面是计算过程:

    1. 生成多项式转换为二进制串:11001
    2. 给原数据帧加上k-1个0,这里生成多项式为5位,因此加4位0,得到数据帧10110011 0000
    3. 对得到的数据帧使用模2除法除以生成多项式,得到余数0100(注意,余数一定是k-1位,0也不能忽略)Mod2Div
    4. 用第3步的结果和原数据帧组合成新的数据帧10110011 0100发送给接收方。
    5. 接收到数据帧后用模2除法除以选定的生成多项式,如余数为0则无差错,否则则有差错。

    纠错(Error-correcting)

    纠错有编码纠错以及方法纠错两种,编码纠错常见的有海明码,这类有纠错能力的编码又叫做纠错码(Error-correcting Code)。纠错方法有反馈检测法等。下面详细讲讲这两种方式。

    反馈检测法

    这是一种实施容易,但不常用的差错控制法,这种方法的信道利用率低。它的基本原理是,接收端收到的所有内容都回传至发送端,如果发送端收到后发现错误则重传错误的帧。

    这种基础的方式也会遇到问题,如整个帧全都丢失了,这样发送方自然就无法接收到任何反馈,因为对方根本没有收到。为了避免这种情况,通常引入一个计时器来为每个帧限定反馈信息的时间,如果超时仍然没有收到,则认为传输出了差错,直接重传该帧。有时候因为网络延迟导致接收端可能收到多次同一数据帧,为了防止这种现象,数据链路层有一种帧序列号的方法来对每个帧编号,接收端可以通过判断帧编号来甄别这种现象。

    海明码(Hamming Code)

    海明码是一个有多个校验位,具有检测并纠正一位错误的纠错码,因为它只能纠正一位错误,所以一般只能用于信道条件比较好的环境中。

    它的基本思想是将有效信息按规律分组,使的校验码不仅可以发现错误,还能知道错误发生的位,最终将错误的位取反即纠正成功。

    基本上是通过对不一样的分组进行奇偶校验,最终比对多组的结果即可锁定出错的位,因为这个原理导致海明码只能发现并纠错一位。

    它的原理有点类似于一个数学游戏叫做国王与毒酒。

    细节比较繁琐,在这篇文章中详细说明了:计算机系统基础知识_校验码

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  • 行业资料-交通装置-一种汽车轮胎压力监测系统差错控制方法.zip
  • 针对无线视频通信中现有的差错控制方法的缺点和局限性,根据无线信道高误码率和高时变性的特点, 提出一种基于反馈的信道自适应差错控制策略.根据反馈信号预测未来信道的状态, 自适应地调整冗余信息值, 优化无线视频...
  • 差错控制(检错编码)
  • 差错控制编码

    千次阅读 2009-12-31 00:25:00
    差错控制编码也称为纠错编码。在实际信道上传输数字信号时,由于信道传输特性不理想及加性噪声的影响,接收端所收到的数字信号不可避免地会发生错误。为了在已知信噪比情况下达到一定的比特误码率指标,首先应该...
  • 分析了数据传输差错产生的原因,比较了几种差错控制编码,最后指出了差错控制未来的研究方向.
  • 分析了以RTP包传输视频数据,并以RTCP包进行控制的传输机制。根据3GPP规范和相关协议,设计实现了针对AVSM码流的负载包、...建立了一个包传输和控制系统。在立即反馈的基础上提出了一种基于分层重传的差错控制机制。
  • 差错控制一股分为检错法和纠错法。检错法是指在传输中仅仅发送足以使接收端检测出差错的附加位,接收端检测到一个荐错就要求重新发送数据。纠错法是指在传输中发送足够的附加位,使接收端能以很高的概率检测并纠正...
  • 信道编码之差错控制方式

    千次阅读 2018-06-22 15:37:27
    在通信系统中,差错控制方法有自动重发请求法(ARQ)(Automatic Repeat-reQuest,ARQ)、前向纠错法(FEC),还有混合检错方式——信头差错校验法(HEC),它们和信道编码之间有什么关系?自动重发请求法(ARQ)...
  • 很不错的simulink仿真实验,对初学差错编码的人士很有用!!
  • 进一步研究了EDA技术的发展对电路设计方法的影响,深入探讨了用VHDL语言和复杂系统可编程逻辑器件(CPLD)开发的基本方法,作为应用对象,进一步研制、开发了循环冗余差错校验编码(CRC)、RS(255,239)编码和MD5编码
  • 信道编码之差错控制原理

    千次阅读 2018-06-22 21:28:02
    在前面讲差错控制方式时,有的编码只能检错,却不能纠错;有的码既能检错,又能纠错。这个到底是由什么决定的呢?通过一个简单的例子来说明这个问题。我们知道,一个由3位二进制数字构成的码组,总共由8种不同的组合...
  • 行业资料-电子功用-为测试或改进现有设备的数字化无线电系统中对差错控制解码器的有效旁路

空空如也

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差错控制系统