Тема №5. КОДИРОВАНИЕ В ЦСПИ

Тема лекции. Основные понятия кодирования в цспи Введение

Большинство современных систем связи используют различные методы кодирования. Кодирование наиболее часто применяется для борьбы с ошибками, возникающими при передаче сообщений по каналам связи, т. е. для повышения помехоустойчивости систем связи. Кроме того, кодирование позволяет получить идейно новые решения многих задач, возникающих при передаче информации. Так, с помощью кодирования устраняют негативные последствия глубоких замираний сигнала и многолучевого распространения, а также повышают эффективность ЦСПИ за счет устранения значительной избыточности реальных сообщений.

Прежде чем перейти непосредственно к помехоустойчивому кодированию рассмотрим основные понятия кодирования дискретных сообщений и первичное кодирование различными кодами.

5.1. Кодирование и декодирование дискретных сообщений

Для передачи по каналу связи любое сообщение должно быть преобразовано в первичный электрический сигнал. Между сообщением и сигналом должно быть однозначное соответствие, чтобы при обратном преобразовании на приемной стороне можно было получить переданное сообщение.

Первичные электрические сигналы, соответствующие дискретным сообщениям, называют цифровыми (дискретными). Систему соответствия символов дискретного сообщения и комбинаций элементов первичного цифрового сигнала называют кодом. Процесс преобразования символов дискретных сообщений в комбинации первичного цифрового сигнала определяют как кодирование. При кодировании каждому возможному символу сообщения из некоторого, заранее известного, множества однозначно определяется кодовая комбинация единичных элементов цифрового сигнала (например, «0» и «1»).

Процесс воспроизведения при приеме символов сообщения по принятым комбинациям элементов цифрового сигнала называется декодированием. Очевидно, что для реализации процедуры декодирования на приемной стороне получателю сообщения должен быть точно известен код, который использовался в процессе кодирования сообщения на передающей стороне. Т. е. между процедурами кодирования и декодирования должно быть однозначное соответствие, устанавливаемое используемым кодом.

Кодирование и декодирование дискретных сообщений в зависимости от вида и назначения используемого кода могут выполнять различные функции.

При выдаче сообщения от источника желательно привести объем содержащейся в нем информации в соответствие с пропускной способностью канала связи. В данном случае имеет место кодирование источника сообщения. При передаче сообщения по каналу связи необходимо обеспечить максимальную достоверность его приема на фоне имеющих место в канале помех и искажений сигнала, т. е. надо максимально адаптировать передачу под особенности канала связи. В этом случае реализуется кодирование канала.

Ниже будет показано, что кодирование источника и кодирование канала во многом соответствуют первичному и помехоустойчивому кодированию.

5.2. Кодирование канала и кодирование источника

На рис. 5.1 представлена структурная схема системы передачи информации. Источник выдает последовательность знаков дискретного сообщения, которая должна быть передана получателю по каналу связи. Знаками сообщения могут быть, например, буквы русского алфавита, двоичные символы и т. п.

Как уже отмечалось выше кодер, в данном случае, должен выполнять две основные функции: кодирование источника и кодирование канала, т. е. он должен состоять из кодера источника и кодера канала.

Кодер источника – осуществляет кодирование знаков дискретного сообщения (представляет их в виде кодовых комбинаций) и преобразует кодовые комбинации в первичный электрический сигнал (например, в последовательность импульсов постоянного тока, соответствующих передаче символов «0» и «1»). Задачей кодера источника является: во-первых, представить символы сообщения в виде кодовых комбинаций удобных для приведения к сигнальному виду; во-вторых, сокращение избыточности сообщений. Здесь в первом случае реализуется так называемое первичное кодирование, принципы которого боле детально будут рассмотрены ниже, а во втором - экономное кодирование.

Экономное кодирование позволяет сократить информационную избыточность передаваемых сообщений (сжать данные). Такой метод кодирования учитывает статистические характеристики источника сообщений и дает возможность представить знаки сообщения в среднем меньшим числом кодовых символов. Например, значительно сократить избыточность передаваемых сообщений можно, если наиболее часто встречающимся символам сообщений ставить в соответствие более короткие кодовые комбинации, а менее вероятным символам – более длинные. Экономное кодирование широко используется в ЦСПИ для сжатия речевых, факсимильных и телевизионных сообщений, которые обладают большой информационной избыточностью. Экономное кодирование часто называют также кодированием источника.

Кодер канала – добавляет в первичный цифровой сигнал, получаемый с выхода кодера источника, дополнительную (избыточную) информацию, предназначенную для защиты от ошибок передаваемого по каналу связи сигнала. Поскольку ошибки при приеме обычно являются следствием воздействия помех в канале связи, то реализуемое здесь канальное кодирование называют также помехоустойчивым кодированием. Данный вид кодирования будет детально рассмотрен ниже.

В соответствии с решаемыми задачами можно выделить три основных типа кодирования используемых в современных ЦСПИ: первичное, экономное и помехоустойчивое (рис.5.2).

Наиболее значимыми с точки зрения качества передачи информации для ЦСПИ являются первичное и помехоустойчивое кодирование.