Kodning och avkodning i trådlös kommunikation är avgörande för att pålitligt överföra information över en bullrig och ofta oförutsägbar kanal. De involverar omvandling av data till ett lämpligt format för överföring och sedan vänder den processen vid mottagaren. Här är en uppdelning av processen med fokus på de viktigaste aspekterna:
1. Källkodning:
* datakomprimering: Detta steg minskar storleken på de data som ska överföras, vilket förbättrar effektiviteten och bandbreddanvändningen. Vanliga tekniker inkluderar Huffman-kodning, kodning av körlängd och mer sofistikerade metoder som JPEG och MPEG för bilder och videor. Målet är att representera informationen med färre bitar samtidigt som informationsförlust minimeras.
* Dataformatering: Detta förbereder de komprimerade data för kanalkodning. Det kan involvera strukturering av data i paket eller ramar med rubriker som innehåller adressering och kontrollinformation.
2. Kanalkodning:
Detta är kärnan i felkorrigering och skydd i trådlös kommunikation. Det lägger till redundans till data för att möjliggöra detektion och korrigering av fel som införts under överföring. Vanliga tekniker inkluderar:
* Framåt felkorrigering (FEC): Lägger till extra bitar i dataströmmen som gör det möjligt för mottagaren att upptäcka och korrigera fel utan att kräva vidarebefordran. Populära FEC -koder inkluderar:
* Convolutional Codes: Använd ett skjutfönster för att generera paritetsbitar baserat på en sekvens av ingångsbitar.
* turbobomkoder: Kraftfulla koder som uppnår prestanda i närheten av Shannon-limit (den teoretiska bästa möjliga prestanda).
* Low-Density Parity-Check (LDPC) Koder: En annan klass av kraftfulla koder som ofta används i moderna trådlösa system.
* Reed-Solomon-koder: Effektivt vid korrigering av sprängfel (flera på varandra följande bitar är skadade).
* Interleaving: Denna teknik sprider de kodade bitarna över tid eller frekvens. Om en spräng av brus förstör flera på varandra följande bitar, säkerställer Interleaving att de är utspridda i de mottagna uppgifterna, vilket gör det enklare för FEC -avkodaren att korrigera dem.
3. Modulering:
Detta steg konverterar de kodade digitala data till en analog signal som är lämplig för överföring över den trådlösa kanalen. Olika moduleringsscheman finns, var och en med avvägningar mellan datahastighet, robusthet mot brus och effekteffektivitet:
* Amplitud Shift Keying (Ask): Representerar bitar genom att ändra amplituden för en bärarvåg.
* Frequency Shift Keying (FSK): Representerar bitar genom att ändra frekvensen för en bärvåg.
* Fasskiftnyckel (PSK): Representerar bitar genom att ändra fasen för en bärarvåg. Kvadraturfasskiftnyckling (QPSK) och PSSK-variationer med högre ordning är vanliga.
* kvadraturamplitudmodulering (QAM): Kombinerar både amplitud och fasförskjutning, vilket möjliggör högre datahastigheter.
* ortogonal frekvensavdelning multiplexering (OFDM): Dela upp överföringsbandbredden i många ortogonala underbärare, var och en bär en del av data. Detta är mycket robust att flervägs blekning (signaler som återspeglar föremål och anländer till olika tidpunkter). Används allmänt i Wi-Fi, LTE och 5G.
4. Sändningar:
Den modulerade signalen överförs sedan över den trådlösa kanalen med hjälp av en antenn.
5. Mottagning:
Mottagaren plockar upp den överförda signalen, som troligen försämras av brus och störningar.
6. Demodulering:
Detta steg vänder moduleringsprocessen och konverterar den mottagna analoga signalen tillbaka till en digital dataström.
7. Kanalavkodning:
Detta är motsatsen till kanalkodning. Mottagaren använder FEC -koden för att upptäcka och korrigera fel i den mottagna dataströmmen. Sofistikerade algoritmer används för att uppskatta de mest troliga ursprungliga överförda bitarna.
8. Källa avkodning:
Detta vänder källkodningen och rekonstruerar originaldata. Om komprimering användes, dekomprimerar detta steg data och återställer dem till sin ursprungliga form.
Sammanfattningsvis:
Hela processen involverar ett skiktat tillvägagångssätt, där varje lager bidrar till tillförlitlig och effektiv överföring av data. De specifika kodnings- och avkodningsteknikerna som används beror på applikationen, egenskaperna hos den trådlösa kanalen och den önskade prestandanivån. Moderna trådlösa system använder ofta komplexa kombinationer av dessa tekniker för att uppnå höga datahastigheter och robusthet i utmanande miljöer.
