La importancia y aspectos de los sistemas de comunicación y la codificación

La transmisión confiable de información a través de canales ruidosos es uno de los requisitos básicos de los sistemas digitales de información y comunicación.

La transmisión se entiende tanto como transmisión en el espacio, por ejemplo, a través de canales de radio móviles, como en la transmisión en el tiempo mediante el almacenamiento de información en medios de almacenamiento adecuados.

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Debido a este requisito, los sistemas de comunicación actuales (modernos) dependen en gran medida de potentes metodologías de codificación de canales. Para las aplicaciones prácticas, estos esquemas de codificación no sólo tienen que tener buenas características de codificación con respecto a la capacidad de detectar o corregir errores introducidos en el canal, también deben ser eficientemente implementados, por ejemplo, en hardware digital dentro de circuitos integrados.

Las aplicaciones prácticas de los códigos de canal incluyen:

• las comunicaciones espaciales y por satélite,
• la transmisión de datos,
• la radiodifusión digital de audio y vídeo y
• las comunicaciones móviles,

así como los sistemas de almacenamiento, como las memorias de las computadoras, el disco compacto, las memorias stick o USB , entre otros.

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La estructura básica de un sistema de comunicación digital que representa la arquitectura de los sistemas de comunicación que se utilizan hoy en día, es como la que se muestra a continuación.

_{Diagrama de un sistema de comuncación digital. Elaborado por @abdulmath con Inkscape.}

donde tenemos que:

• La secuencia de símbolos de información u se codifica en la secuencia de símbolos de código b que se transmiten a través del canal después de la modulación.
• La secuencia de símbolos recibidos r se decodifica en la secuencia de símbolos de información w que son estimaciones de los símbolos de información transmitidos originalmente.

Dentro del transmisor de dicho sistema de comunicación se realizan las siguientes tareas:

• codificación de la fuente,
• codificación del canal,
• modulación.

En el receptor se implementan las correspondientes operaciones inversas:

• desmodulación,
• canla decodificado, y
• fuente decodificada.

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Como podemos apreciar en el diagrama, el modulador genera la señal que se utiliza para transmitir la secuencia de símbolos b a través del canal, y debido a la naturaleza ruidosa del canal, la señal transmitida está perturbada. La señal recibida con ruido es desmodulada por el desmodulador en el receptor, dando lugar a la secuencia de símbolos recibidos r. Dado que la secuencia de símbolos recibidos r suele diferir de la secuencia de símbolos transmitida b, se utiliza un código de canal para que el receptor pueda detectar o incluso corregir errores, para ello, el codificador del canal introduce redundancia en la secuencia de información u. Está redundancia puede ser explotada por el decodificador del canal para la detección o corrección de errores estimando la secuencia de símbolos transmitida w.

En ese sentido se ha logrado demostrado que es teóricamente posible realizar un sistema de transmisión de información con una probabilidad de error tan pequeña como sea necesaria. El requisito previo para ello es que la tasa de información de la fuente de información sea menor que la llamada capacidad del canal. Para reducir la tasa de información se utilizan esquemas de codificación de la fuente que son implementados por el codificador de la fuente en el transmisor y el decodificador de la fuente en el receptor.

Para comprender mejor los fundamentos teóricos de la transmisión de la información y de la codificación de los canales, ves necesario estudiar un poco de teoría de la información, en ese orden de ideas es bueno también conocer los modelos de canales simples.

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Si quedastes fascinado con este apasionante tema la teoría de la codificación, te invito a seguir atento a más publicaciones como esta, y quizas te interese leer las siguientes referencias:

• Benedetto, S. and Biglieri, E. (1999) Principles of Digital Transmission with Wireless Applications, Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York.
• Berlekamp, E. (1984) Algebraic Coding Theory, revised 1984, Aegean Park Press, Laguna Hills, CA, USA.