几个基本概念
1、多项式与二进制数码
多项式和二进制数有直接对应关系:x的最高幂次对应二进制数的最高位,以下各位对应多项式的各幂次,有此幂次项对应1,无此幂次项对应0。可以看出:x的最高幂次为R,转换成对应的二进制数有R+1位。
多项式包括生成多项式G(x)和信息多项式C(x)。
如生成多项式为G(x)=x4+x3+x+1, 可转换为二进制数码11011。
而发送信息位 1111,可转换为数据多项式为C(x)=x3+x2+x+1。
2、生成多项式
是接受方和发送方的一个约定,也就是一个二进制数,在整个传输过程中,这个数始终保持不变。
在发送方,利用生成多项式对信息多项式做模2除生成校验码。在接受方利用生成多项式对收到的编码多项式做模2除检测和确定错误位置。
应满足以下条件:
a、生成多项式的最高位和最低位必须为1。
b、当被传送信息(CRC码)任何一位发生错误时,被生成多项式做模2除后应该使余数不为0。
c、不同位发生错误时,应该使余数不同。
d、对余数继续做模2除,应使余数循环。
将这些要求反映为数学关系是比较复杂的。但可以从有关资料查到常用的对应于不同码制的生成多项式如图9所示:
N
K
码距d
G(x)多项式
G(x)
7
4
3
x3+x+1
1011
7
4
3
x3+x2+1
1101
7
3
4
x4+x3+x2+1
11101
7
3
4
x4+x2+x+1
10111
15
11
3
x4+x+1
10011
15
7
5
x8+x7+x6+x4+1
111010001
31
26
3
x5+x2+1
100101
31
21
5
x10+x9+x8+x6+x5+x3+1
11101101001
63
57
3
x6+x+1
1000011
63
51
5
x12+x10+x5+x4+x2+1
1010000110101
1041
1024
x16+x15+x2+1
11000000000000101
图9 常用的生成多项式
3、模2除(按位除)
模2除做法与算术除法类似,但每一位除(减)的结果不影响其它位,即不向上一位借位。所以实际上就是异或。然后再移位移位做下一位的模2减。步骤如下:
a、用除数对被除数最高几位做模2减,没有借位。
b、除数右移一位,若余数最高位为1,商为1,并对余数做模2减。若余数最高位为0,商为0,除数继续右移一位。
c、一直做到余数的位数小于除数时,该余数就是最终余数。
【例】1111000除以1101:
1011———商
————
1111000-----被除数
1101———— 除数
————
010000
1101
————
01010
1101
————
111————余数
CRC码的生成步骤
1、将x的最高幂次为R的生成多项式G(x)转换成对应的R+1位二进制数。
2、将信息码左移R位,相当与对应的信息多项式C(x)*2R
3、用生成多项式(二进制数)对信息码做模2除,得到R位的余数。
4、将余数拼到信息码左移后空出的位置,得到完整的CRC码。
【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),要把原始报文C(x)左移3(R)位变成1010000
3、用生成多项式对应的二进制数对左移4位后的原始报文进行模2除:
1001-------商
------------------------
1010000
1011----------除数
------------
1000
1011
------------
011-------余数(校验位)
5、编码后的报文(CRC码):
1010000
+ 011
------------------
1010011
CRC的和纠错
在接收端收到了CRC码后用生成多项式为G(x)去做模2除,若得到余数为0,则码字无误。若如果有一位出错,则余数不为0,而且不同位出错,其余数也不同。可以证明,余数与出错位的对应关系只与码制及生成多项式有关,而与待测碼字(信息位)无关。图10给出了G(x)=1011,C(x)=1010的出错模式,改变C(x)(码字),只会改变表中码字内容,不改变余数与出错位的对应关系。
收到的CRC码字
余数
出错位
码位
A7
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