Was ist Kanalcodierung?
Kanalcodierung ist eine Technik, die in der digitalen Kommunikation verwendet wird, um sicherzustellen, dass eine Übertragung mit minimalen oder gar keine Fehler empfangen wird. Die verschiedenen Codierungsmethoden, die angewendet werden können, werden erreicht, indem zusätzliche binäre Ziffern in die Übertragung eingebaut werden. Bei der Dekodierung am empfangenden Ende kann das Getriebe auf Fehler aufgetreten und in vielen Fällen repariert werden. In anderen Fällen fragt der Empfänger einfach wieder nach dem Getriebe.
Die Idee hinter der Kanalcodierung wurde aufgrund der unvermeidlichen Existenz von Fehlern auf einem bestimmten Art von Kommunikationskanal entwickelt. Funkwellen, elektrische Signale und sogar Lichtwellen über Glasfaserkanälen haben eine gewisse Rauschmenge im Medium sowie eine Verschlechterung des Signals, das über einen bestimmten Abstand auftritt. Da ein so häufiges Problem in der Kommunikation ist, haben sich zahlreiche Theorien für die Umgang mit ITs unter Zweigen der angewandten Mathematik wie Informationstheorie und Codierungstheorie entwickelt.
Eine häufig verwendete Methode wird als automatische Wiederholungsanforderung (ARQ) bezeichnet, bei der lediglich der Empfänger die Übertragung auf Fehler überprüft und nach einer Übermittlung eintreten sollte. Dies wird manchmal als Rückwärtsfehlerkorrektur bezeichnet. Die Kanalcodierung hingegen ist eine FEC -Technik (Vorwärtsfehlerkorrektur). Der Absender bereitet die Bits für die Übertragung mit einem speziellen Algorithmus vor, der als fehlerkorrigierender Code bekannt ist, der dann am empfangenden Ende dekodiert wird. Beide Methoden werden auch häufig hybride verwendet, sodass kleine Fehler im Getriebe mit einem Kanalcode repariert werden können, wobei große Fehler eine vollständige Wiedergabe erfordern.
Die erste Kanal -Codierungstechnik wurde von einem Mathematiker namens Richard Hamming erstellt, der sogenannte Hamming -Code entwickelte. Dies war der erste Vorwärtsfehlerkorrekturcode, der die Einbeziehung zusätzlicher binärer Digi beinhalteteTs in der Übertragung, die als Paritätsbits bezeichnet werden. Eine clevere Berechnung der Paritätsbits am empfangenden Ende der Übertragung zeigt, ob bei der Übertragung Fehler aufgetreten sind, wo sie sich in der Reihe von Bits befinden, und wie sie repariert werden, um die ursprüngliche Übertragung wiederherzustellen.
Der Hamming -Code fällt in die Familie der Kanalcodierungsmethoden, die als Blockcodes bezeichnet werden und von denen im Laufe der Jahre viele entwickelt wurden. Blockcodes umfassen typischerweise die Bits, die in Blöcke fester Längen gesammelt werden, die dann als Codewörter bezeichnet werden. Jedes Codewort erhält die entsprechenden Überprüfungsbits für die Dekodierung durch den Empfänger. Blockcode -Methoden erhöhen in der Regel die Größe der Übertragung aufgrund der zusätzlichen Bits im Codewort, die sich auf die Bandbreite des Kanals auswirken können.
Eine andere Kanal -Codierungsmethode ist als Faltungscode bekannt. Diese Methoden sind viel schneller und können einen Bitstrom jeder Länge codieren. Ein häufig verwendeter Code vonDieser Typ wird als Viterbi -Code bezeichnet, der vom italienischen Mathematiker Andrew Viterbi erstellt wurde. Der Nachteil dieser Methode ist, dass mit zunehmender Länge des Faltungscodes auch seine Komplexität bei der Dekodierung zunimmt. In vielen Fällen werden Faltungscodes in Kombination mit Blockcodes in den sogenannten verketteten Fehlerkorrekturcodes verwendet.