Wat is kanaalcodering?
Kanaalcodering is een techniek die wordt gebruikt in digitale communicatie om ervoor te zorgen dat een overdracht met minimale of geen fouten wordt ontvangen. De verschillende coderingsmethoden die kunnen worden gebruikt, worden bereikt door extra binaire cijfers in de transmissie te verweven. Wanneer gedecodeerd aan de ontvangende kant, kan de verzending worden gecontroleerd op fouten die zich hebben voorgedaan en in veel gevallen worden gerepareerd. Andere keren vraagt de ontvanger eenvoudig opnieuw om de verzending.
Het idee achter kanaalcodering is ontwikkeld vanwege het onvermijdelijke bestaan van fouten op elk bepaald type communicatiekanaal. Radiogolven, elektrische signalen en zelfs lichtgolven over optische vezelkanalen zullen enige hoeveelheid ruis op het medium hebben, evenals verslechtering van het signaal dat over enige afstand optreedt. Omdat het zo'n veel voorkomend probleem is in de communicatie, hebben verschillende theorieën over hoe ermee om te gaan zich ontwikkeld onder takken van toegepaste wiskunde, zoals informatietheorie en codeertheorie.
Een veelgebruikte methode wordt automatische herhalingsverzoek (ARQ) genoemd, waarbij de ontvanger eenvoudigweg de verzending controleert op fouten en om herverzending vraagt als er iets gebeurt. Dit wordt soms achterwaartse foutcorrectie genoemd. Kanaalcodering is daarentegen een FEC-techniek (Forward Error Correction). De zender bereidt de bits voor op verzending met behulp van een speciaal algoritme dat bekend staat als een foutcorrigerende code, die vervolgens wordt gedecodeerd op het ontvangende uiteinde. Beide methoden worden ook vaak op een hybride manier gebruikt, waardoor kleine fouten in de transmissie met een kanaalcode kunnen worden gerepareerd, waarbij grote fouten een volledige hertransmissie vereisen.
De eerste kanaalcoderingstechniek is gemaakt door een wiskundige genaamd Richard Hamming, die de zogenaamde Hamming-code heeft ontwikkeld. Dit was de eerste voorwaartse foutcorrectiecode, wat de opname van extra binaire cijfers in de transmissie inhoudt die pariteitsbits worden genoemd. Een slimme berekening van de pariteitsbits op het ontvangende uiteinde van de transmissie zal onthullen of er fouten zijn opgetreden in de transmissie, waar ze zich in de reeks bits bevinden en hoe ze kunnen worden gerepareerd om de oorspronkelijke transmissie te herstellen.
De Hamming-code valt in de familie van kanaalcoderingsmethoden die blokcodes worden genoemd, waarvan er in de loop der jaren veel zijn ontwikkeld. Blokcodes omvatten typisch de bits die worden verzameld in blokken van vaste lengte, die dan codewoorden worden genoemd. Elk codewoord krijgt de juiste controlebits voor het decoderen door de ontvanger. Blokcodemethoden neigen ertoe de grootte van de transmissie te vergroten vanwege de toegevoegde bits in het codewoord, wat een effect kan hebben op de bandbreedte van het kanaal.
Een andere kanaalcoderingsmethode staat bekend als een convolutionele code. Deze methoden zijn veel sneller en kunnen een bitstroom van elke lengte coderen. Een veelgebruikte code van dit type wordt de Viterbi-code genoemd, gemaakt door de Italiaanse wiskundige Andrew Viterbi. Het nadeel van deze methode is dat naarmate de lengte van de convolutionele code toeneemt, ook de complexiteit ervan toeneemt bij het decoderen. In veel gevallen worden convolutionele codes gebruikt in combinatie met blokcodes in zogenaamde samengevoegde foutcorrectiecodes.