Введение Описание процесса цифровой связи
Источник выдает сообщение, представляющее в общем случае некоторый электрический сигнал. Этот сигнал преобразуется в цифровую форму, которая является удобной для дальнейшей обработки.
Далее производится сжатие информации (кодирование источника), минимизирующее избыточность сообщения. Кодирование источника снижает затраты на передачу и хранение информации. После этого сообщение должно быть передано по зашумленному каналу. Для того чтобы сообщение дошло до потребителя в неискаженном виде, используется помехоустойчивое кодирование информации (кодирование канала). На стороне потребителя информация декодируется. Декодер канала исправляет ошибки в принятом слове, а декодер источника преобразует исправленное слово в форму, удобную потребителю.
Говоря о кодах, контролирующих ошибки, следует различать две стратегии их использования.
Непосредственное исправление ошибок за счет избыточности (Forward Error Correction — FEC).
Обнаружение ошибок с последующими запросами на повторную передачу ошибочно принятой информации (Automatic Repeat Request — ARQ).
При выборе методов кодирования и декодирования руководствуются многими факторами, взаимосвязь которых представлена на рисунке.
В общую сложность входят аппаратные и программные затраты на реализацию кодера и декодера, стоимость хранения и передачи информации и т. д. Интенсивность потока данных включает в себя передачу полезной информации, проверочных разрядов, а также запросов и повторений по этим запросам отдельных информационных блоков.
Помехоустойчивое кодирование Общие сведения
Реальные системы передачи данных не совершенны. Применяя информационную технику, мы должны учитывать возможность возникновения ошибок при передаче и хранении информации. Это в первую очередь относится к
хранению информации на носителях с высокой плотностью записи (магнитные носители, CD-ROM, DVD);
передаче данных при ограниченной мощности сигнала (спутниковая и мобильная связь);
передаче информации по сильно зашумленным каналам (мобильная связь, высокоскоростные проводные линии связи);
каналам связи с повышенными требованиями к надежности информации (вычислительные сети, линии передачи со сжатием данных).
Во всех вышеперечисленных случаях используются коды, контролирующие ошибки.
Рассмотрим простейшую модель передачи данных с применением помехоустойчивого кодирования.
Пусть кодер источника последовательно выдает информационные слова фиксированной длины. Кодер канала заменяет каждое информационное слово u кодовым словом v. Передатчик генерирует сигналы, соответствующие кодовому слову v и посылает их в канал. Приемник производит обратное преобразование, в результате которого на декодер поступает двоичное принятое слово r. Декодер сравнивает принятое слово r со всеми возможными кодовыми словами используемого кода. Если слово r совпадает с одним из кодовых слов, то соответствующее информационное слово и выдается потребителю. Если r отличается от всех кодовых слов, то в канале произошла обнаруживаемая ошибка. Целью применения кодирования канала является достижение совпадения переданного информационного слова u и принятого информационного слова u′.
Из данного описания можно сделать 2 вывода:
Если в процессе передачи по зашумленному каналу кодовое слово отобразится в другое кодовое слово, не совпадающее с переданным, то происходит необнаруживаемая ошибка. Назовем ее остаточной ошибкой декодирования.
Требуется построить коды, обладающие некоторой математической структурой, которая позволяет эффективно распознать, а в некоторых случаях и исправлять ошибки, возникающие при передаче информации по каналу связи.