Co to jest kodowanie kanałów?

Kodowanie kanału to technika stosowana w komunikacji cyfrowej w celu zapewnienia odbierania transmisji przy minimalnych błędach lub bez błędów.Różne metody kodowania, które można zastosować, są osiągane poprzez przeplatanie dodatkowych cyfr binarnych w transmisję.Po dekodowaniu na końcu odbierania transmisji można sprawdzić pod kątem błędów, które mogły wystąpić, aw wielu przypadkach naprawione.Innym razem odbiorca po prostu prosi o przekładnię ponownie.

Pomysł kodowania kanałów został opracowany ze względu na nieuniknione istnienie błędów w danym rodzaju kanale komunikacyjnym.Fale radiowe, sygnały elektryczne, a nawet fale światła nad kanałami światłowodowymi będą miały pewną ilość szumu na medium, a także degradację sygnału, który występuje w pewnej odległości.Będąc tak powszechnym problemem w komunikacji, liczne teorie dotyczące radzenia sobie z nią rozwinęły się w ramach oddziałów matematyki stosowanej, takie jak teoria informacji i teoria kodowania.

Jedna powszechnie stosowana metoda nazywa się automatycznym żądaniem powtórzenia (ARQ), które po prostu obejmuje odbiorcę sprawdzającego transmisję błędów i proszenie o retransmisję, gdyby coś się pojawi.Jest to czasami określane jako korekta błędu wstecznego.Z drugiej strony kodowanie kanału jest techniką korekcji błędów do przodu (FEC).Nadawca przygotowuje bity do transmisji za pomocą specjalnego algorytmu znanego jako kod korygujący błąd, który jest następnie dekodowany na końcu odbiorczym.Obie metody są również często stosowane w sposób hybrydowy, umożliwiając naprawę małych błędów w transmisji za pomocą kodu kanału, z głównymi błędami wymagającymi pełnej retransmisji.

Pierwsza technika kodowania kanału została stworzona przez matematyka o nazwie Richard Hamming,który rozwinął to, co znane jako kod Hamming.Był to pierwszy kod korekcji błędu do przodu, który pociąga za sobą włączenie dodatkowych cyfr binarnych do transmisji nazywanych bitami parzystości.Sprytne obliczenie bitów parzystości na końcu odbierania transmisji ujawni, czy wystąpiły jakieś błędy w transmisji, gdzie znajdują się w ciągu bitów, i jak je naprawić w celu odzyskania oryginalnej transmisji.

Kodeks Hamming należy do rodziny metod kodowania kanałów określanych jako kody blokowe, z których wiele zostało opracowanych na przestrzeni lat.Kody blokowe zazwyczaj obejmują bity gromadzone w blokach stałych długości, które są następnie określane jako słowa kodowe.Każde słowo kodowe otrzymuje odpowiednie bity sprawdzania do dekodowania przez odbiorcę.Metody kodu blokowego mają tendencję do zwiększania wielkości transmisji ze względu na dodane bity w słowie kodowym, co może mieć wpływ na przepustowość kanałów.

Inna metoda kodowania kanału jest znana jako kod splotowy.Metody te są znacznie szybsze i mogą kodować nieco strumienia o dowolnej długości.Jeden powszechnie używany kod tego typu nazywa się kodem Viterbi, stworzonym przez włoskiego matematyka Andrew Viterbi.Wadą tej metody jest to, że wraz ze wzrostem długości kodu splotowego jest również jego złożoność podczas dekodowania.W wielu przypadkach kody konwlokacji są używane w połączeniu z kodami blokowymi w tym, co znane jako połączone kody korekcji błędów.