2.3. Защита от ошибок

При передаче данных по коммуникационным каналам существует вероятность появления ошибок. Это связано с тем, что канал передачи данных обычно подвергается воздействию различных искажений, вызванных шумом, который может иметь как естественную природу, так и создаваться используемым оборудованием. Например, в телефонной линии искажения могут возникнуть из-за воздействия природных электрических разрядов, перекрестных наводок от других линий, теплового шума, работы коммутирующих устройств и др. Процесс защиты от ошибок включает в себя обнаружение и исправление ошибок. Обнаружение ошибок осуществляется, как правило, путем анализа последовательности символов на принадлежность ее к определенному классу структур. Существуют два основных подхода к исправлению ошибок. Первый подход базируется на использовании различных методов локализации и исправления ошибок в принимающем устройстве. Во втором случае используются методы определения лишь факта появления ошибок, исправление которых осуществляется за счет повторной передачи сообщения. Выбор того или иного способа защиты от ошибок зависит от ряда факторов, таких как тип используемого канала, скорость передачи данных, вероятность появления ошибки и др.

Как уже отмечалось, к передаче данных по каналам связи предъявляются достаточно высокие требования по надежности и достоверности, которые значительно выше тех, которые предъявляются к аналоговым каналам связи. Поэтому при использовании в системах телеобработки каналов данного типа вопросы защиты от ошибок приобретают особое значение, решение которых обычно связано с использованием специальных методов представления (кодирования) информации. В работах Шеннона показано, что при соответствующем кодировании информации количество ошибок может быть снижено до любого требуемого уровня. Для этого предполагается использовать избыточное кодирование, суть которого заключается в том, что исходная последовательность символов, называемая информационной последовательностью, в соответствии с некоторыми правилами преобразуется в двоичную последовательность большей длины. Сформированная таким образом последовательность символов получила название кодового слова. Например, за счет добавления r проверочных символов к исходной последовательности, состоящей из k символов, образуется кодовое слово длиной n=k+r. В общем случае число разрядов n позволяет представить 2ⁿ различных комбинаций двоичных последовательностей. В свою очередь для представления множества слов исходной информационной последовательности достаточно 2^k комбинаций кодовых слов, оставшаяся часть кодовых слов (2^r) является избыточной, появление которой при передаче информации рассматривается как ошибка. Выявление и получение по каналам связи искаженных (запрещенных) последовательностей символов и лежит в основе методов обнаружения и коррекции ошибок. Успешное решение этой задачи во многом зависит от правил представления исходной информационной последовательности в виде кодового слова, т.е. кодирования информации. Устройство, осуществляющее кодирование информации, получило название – кодер, соответственно, декодирующее устройство называется декодером. Кодек является основным элементом устройства защиты от ошибок, который в современных условиях реализуется в одной интегральной микросхеме и совмещается с устройствами преобразования сигналов, в частности с модемами.