Эффект в результате использования помехоустойчивого кодирование достигается за счет внесения в передаваемый цифровой сигнал дополнительной (избыточной ) информации.
Избыточность кода — это количество проверочной информации в сообщении.
Рассчитывается по формуле:
k/(i+k), где k — количество проверочных бит, i — количество информационных бит.
Например, мы передаем 3 бита и к ним добавляем 1 проверочный бит , то избыточность составит 1/(3+1) = 1/4 (25%).
Методы обнаружения и исправления ошибок.
Код с проверкой на четность
Проверка четности – очень простой метод для обнаружения ошибок в передаваемом пакете данных. С помощью данного кода мы не можем восстановить данные, но можем обнаружить только лишь одиночную ошибку. В каждом пакет данных есть один бит четности, или, так называемый, паритетный бит. Этот бит устанавливается во время отправки (записи) данных, и затем рассчитывается и сравнивается во время чтения (получения) данных. Он равен сумме по модулю 2 всех бит данных в пакете.
Изменение этого бита (например с 0 на 1) сообщает о возникшей ошибке. Пример: Начальные данные: 1111 Данные после кодирования: 11110 (1 + 1 + 1 + 1 = 0 (mod 2) )
Принятые данные: 10110 (изменился второй бит)
Количество единиц в принятом пакете нечетно, следовательно, при передаче произошла ошибка!
Этот метод служит только для определения одиночной ошибки.
В случае изменения состояния двух битов, возможна ситуация, когда вычисление контрольного бита совпадет с записанным. В этом случае система не определит ошибку!
Пример: Начальные данные: 1111 Данные после кодирования: 11110 (1 + 1 + 1 + 1 = 0 (mod 2) ) Принятые данные: 10010 (изменились 2 и 3 биты)
В принятых данных число единиц четно, и, следовательно, декодер не обнаружит ошибку!
Так как около 90% всех нерегулярных ошибок происходит именно с одиночным разрядом, проверки четности часто бывает достаточно для фиксации наличия ошибки ( посылается запрос на повторную отправку пакета или приятый пакет игнорируется).
Расстояние Хэмминга
Характеризует исправляющую способность помехоустойчивого кода.
Пусть А и Б две двоичные кодовые последовательности равной длины.
Расстояние Хэмминга между двумя этими кодовыми последовательностями равно числу символов, которыми они отличаются.
Пример: расстояние Хэмминга между последовательностями
00111 И 10101 равно 2.
Для определения ошибок в N битах, необходимо применения кодовых слов с расстоянием Хэмминга не менее N+1.
Для исправления ошибок в N битах необходимо применение кодовых слов с расстоянием Хэмминга между кодами не менее 2N+1.
Уплотнение каналов связи.
Цель – повышение эффективности использования каналов, сетей связи.
Должна быть решена задача объединения, передачи и потом разделения нескольких сигналов (сообщений), которые были переданы по каналу.
Частотное уплотнение
(спектральное уплотнение - применительно к волоконным системам связи).
Еще одно название - техника частотного мультиплексирования - Frequency Division Multiplexing, FDM.
Временное уплотнение – Time Division Multiplexing, TDM.
Техника синхронного режима передачи (Synchronous Transfer Mode, STM).
Принцип:
Каждому соединению (сообщению, каналу) выделяется один квант времени цикла работы аппаратуры, называемый также тайм-слотом для связи с мультиплексором.
Период определяется свойствами сигнала. Стандартизованное значение – 125 мсек (или частота – 64 кГц)
В каждом цикле мультиплексор выполняет следующие действия:
прием от каждого канала очередного данных;
составление из принятых данных уплотненного кадра,
передача уплотненного кадра на выходной канал
Демультиплексор выполняет обратную задачу - он разбирает байты уплотненного кадра и распределяет их по своим нескольким выходным каналам, при этом он считает, что порядковый номер байта в обойме соответствует номеру выходного канала.
Кодовое уплотнение (разделение) сигналов – Code Division Multiplexing
Канальное (линейное) кодирование
Цель увеличение объемов, скорости, надежности (помехоустойчивости) передачи информации по каналу связи, путем согласования параметров цифрового сигнала с «физическими» характеристиками среды распространения.
Требования к методам канального цифрового кодирования (канальным кодам)
Желателен код, который одновременно позволял бы достигнуть нескольких целей:
имел при одной и той же битовой скорости наименьшую ширину спектра результирующего сигнала (или максимальную скорость передачи при заданной ширине спектра);
позволял обнаруживать ошибки уже на физическом уровне;
обеспечивал синхронизацию между передатчиком и приемником (самосинхронизирующиеся коды);
не имел постоянной составляющей в спектре сигнала.
обладал низкой стоимостью реализации.
Требования, предъявляемые к методам канального кодирования, являются взаимно противоречивыми.