Comunicaciones, corrección de errores

Antes de escribir el tercer artículo sobre el modo JT65 quisiera hacer algunos comentarios teóricos sobre teoría de comunicaciones que tiene que ver con correcciones de error ya que el modo JT65 obtiene su rendimiento porque aplica soluciones de corrección de error de acuerdo a las últimas técnicas aplicadas.

Transcribo la definición de “Comunicaciones “ que está en Wikipedia:

La comunicación (del latín communicatĭo, -ōnis1​) es la actividad consciente de intercambiar información entre dos o más participantes con el fin de transmitir o recibir significados a través de un sistema compartido de signos y normas semánticas. Los pasos básicos de la comunicación son la formación de una intención de comunicar, la composición del mensaje, la codificación del mensaje, la transmisión de la señal, la recepción de la señal, la decodificación del mensaje y finalmente, la interpretación del mensaje por parte de un receptor.

Si la distancia entre los dos o más participantes es grande entonces hablamos de Telecomunicaciones.

Las comunicaciones consiste en mensajes que se envía a la distancia utilizando un medio de transporte. Este puede ser el habla o conversación, señales de humo, palomas mensajeras, correo, etc.  En telecomunicaciones se usa las ondas electromagnéticas para llevar los mensajes por ese motivo a la frecuencia que lleva los mensajes se le conoce con el nombre de “Onda Portadora” y en ingles se dice “Carrier” que tiene el mismo significado literal.

Fig 1: La palabra hablada es una forma de comunicaciones. Los mensajes son las frases compuestas de palabras codificadas en sonidos.

Cuando las comunicaciones se hace a distancia el medio portador por lo general se deteriora llegando a afectar la integridad de los mensajes portados. En el caso de radiocomunicaciones decimos que la intensidad de la señal se debilita a la distancia y que tenemos una “señal débil” (en inglés Weak signal).  Cuando la señal es débil entonces el receptor tiene dificultades de distinguir algunos signos contenidos en el mensaje.

También en el caso de radio en la zona de recepción no solo llegan las señales que nos interesan si no otras ondas electromagnéticas generadas  por diferentes fuentes.  Todas las señales que recibimos diferente al mensaje deseado lo llamamos ruido. Como la señal deseada  y el ruido son magnitudes físicas que se pueden medir entonces en tecnología de radio se habla de la relación señal a ruido que es el resultado de dividir la intensidad de la señal por la intensidad del ruido.  Si la señal es mayor que el ruido el resultado será mayor a cero en caso contrario menos. En la práctica esta relación no se mide o expresa en la división sino en función logarítmica y se usa la unidad decibel.  Si la medida en decibel es negativa significa que el intensidad de ruido es mayor que la señal.

Cuando en el ambiente del receptor se combinan señales débiles y mucho ruido, la recepción de mensajes se complica y algunos elementos del mensaje se pierden, entonces decimos que tenemos error en la recepción. Uno que otro error puede ser tolerable pero si el número de errores es importante puede volver nula la recepción o ininteligible. El número de datos perdidos con relación al total de datos transmitidos nos da una magnitud de la frecuencia de errores y se convierte en el factor para calificar la calidad de la transmisión.

Los errores son entonces un problema al cual hay que buscarle soluciones que consiste en encontrar mecanismos para “corregir errores”.  Si se presenta un error pero lo corregimos es como si el error no hubiera existido. Sin darnos cuenta corrección de errores estamos haciendo desde que el hombre empezó a comunicarse por ejemplo con el habla.

Miremos este dialogo:

La persona de la derecha emite un mensaje “Mi teléfono es el 5387”.

La persona de la izquierda no escucho bien el mensaje especialmente en la parte que tiene números y que necesita ser recibido exacto, es decir sin error.  La persona de la derecha dice entonces: “Me repite el número” informando al de la izquierda que ha habido error en la recepción y solicitando repetición del mensaje.

El de la izquierda procede a repetir el mensaje de números y el de la derecha le dice “Ok” como confirmación que el mensaje está completamente recibido, sin error.

Este modo de corrección de errores se conoce con el nombre de “Corrección de Errores hacia Atrás” porque el error es detectado en la recepción y envía de retorno (hacia atrás) una indicación de “recibido con error” lo que provoca que el emisor del mensaje reenvié el mensaje con el deseo que en la segunda recepción se evite el error.  El mecanismo de reenvió puede repetirse varias veces si fuera necesario hasta que el receptor considere que ha recibido el mensaje sin error.

En el caso anterior la comunicación es de doble vía (dúplex) ya que los dos participantes pueden emitir y recibir pero hay casos de comunicaciones en una sola vía el que transmite no puede recibir y el que recibe no puede transmitir.  Este es el caso de una emisora comercial de radio, una estación de radioaficionados llamando CQ (aún no sabemos quién va a ser la estación corresponsal), una sonda espacial enviando las fotos que tomo a Júpiter, etc.

Los radioaficionados, quizás sin darnos cuenta, también tenemos una técnica de correcion de error:

Cuando transmitimos por radio debemos enviar el indicativo de llamada que nos distingue como radioaficionados debidamente licenciados por el gobierno, en este ejemplo “HK3EU” consta de cinco caracteres. Esta información debe ser recibida precisa y sin error .

Si la transmitimos por voz (fonia) deberíamos decir simplemente “H” “K” “3” “E” “U” pero en la práctica se transmite como “Hotel Kilometro tres España Uruguay” o equivalente.  La razón de transmitir así es que a pesar que el mensaje en muchísimo más largo al recibirse se puede garantizar que será recibido más exacto.

Observe que el mensaje correcto es únicamente cinco caracteres “HK3EU” pero es enviado como 5 palabras que contiene información redúndate y que va a ayudar al receptor a encontrar el carácter correcto.

Por ejemplo el receptor escucha la última palabra  como “*RUG*AY”  con dos errores en la recepción del primero y quinto carácter, sin embargo la mente humana por un proceso de selección asocia que la única palabra posible debe ser “URUGUAY” y anota como carácter recibido “U” a pesar que hubo dos errores de recepción.

Este método de enviar mensajes con información redundante para que ayuden a corregir errores en la recepción se denomina “Corrección de Errores hacia Adelante”  y en la literatura en ingles seria “Forward Correction Error” y se abrevia como FCR.

En teoría mientras más información redundante enviemos mejor posibilidad tenemos de corregir errores adelante.

En el ejemplo anterior hemos visto una forma de FCR basado en la capacidad deductiva de la mente humana. Ahora bien en las transmisiones modernas la codificación de los mensajes la realizan máquinas y la información tiene forma digital, entonces el tema de cómo crear código redundante para incluir FCR es un tema de estudio para logra un código eficiente en cuanto a producir código redúndate lo menor posible que garantice la mayor capacidad de corrección.

Lo que se hace en la práctica en someter a la información a transmitir a una serie de procesos matemáticos  predefinidos para crear otro código ampliado con información redúndate  y que será trasmitida. En el lado receptos someten al código recibido a unos procesos matemáticos que realizan operaciones inversas a las usadas en el lado transmisor y así recuperar la información originalmente enviada.

Las operaciones matemáticas a realizar se formulan en algo que se llama “Algoritmo” que son implementados en el software de un computador.  Como la información a transmitir ya tiene forma binaria, resulta muy fácil entregársela a un computador para que realice la operación de agregar el código adicional necesario para tener un método de FCR.

En la actualidad hay varios algoritmos para tener FCE y todos los días aparecen más, puede ser temas de otro artículos. Por ahora este artículo es con el propósito de comentar que existe el FCR (Fordwar Correcion Error) es decir, corrección de error hacia Adelante que permite hacer transmisiones más precisas corrigiendo errores .

El tema es que el modo de transmisión JT65 usado por los radioaficionados recurre a técnicas de FCR para lograr hacer transmisiones casi libre de error en ambientes de señales débiles y mucho ruido, en los cuales otros modos de transmisión fracasan por el elevado número de errores detectados en la recepción.

 

 

 

 

 

 

 

Antes de escribir el tercer artículo sobre el modo JT65 quisiera hacer algunos comentarios teóricos sobre teoría de comunicaciones que tiene que ver con correcciones de error ya que el modo JT65 obtiene su rendimiento porque aplica soluciones de corrección de error de acuerdo a las últimas técnicas aplicadas.

Transcribo la definición de “Comunicaciones “ que está en Wikipedia:

La comunicación (del latín communicatĭo, -ōnis1​) es la actividad consciente de intercambiar información entre dos o más participantes con el fin de transmitir o recibir significados a través de un sistema compartido de signos y normas semánticas. Los pasos básicos de la comunicación son la formación de una intención de comunicar, la composición del mensaje, la codificación del mensaje, la transmisión de la señal, la recepción de la señal, la decodificación del mensaje y finalmente, la interpretación del mensaje por parte de un receptor.

Si la distancia entre los dos o más participantes es grande entonces hablamos de Telecomunicaciones.

Las comunicaciones consiste en mensajes que se envía a la distancia utilizando un medio de transporte. Este puede ser el habla o conversación, señales de humo, palomas mensajeras, correo, etc.  En telecomunicaciones se usa las ondas electromagnéticas para llevar los mensajes por ese motivo a la frecuencia que lleva los mensajes se le conoce con el nombre de “Onda Portadora” y en ingles se dice “Carrier” que tiene el mismo significado literal.

Fig 1: La palabra hablada es una forma de comunicaciones. Los mensajes son las frases compuestas de palabras codificadas en sonidos.

Cuando las comunicaciones se hace a distancia el medio portador por lo general se deteriora llegando a afectar la integridad de los mensajes portados. En el caso de radiocomunicaciones decimos que la intensidad de la señal se debilita a la distancia y que tenemos una “señal débil” (en inglés Weak signal).  Cuando la señal es débil entonces el receptor tiene dificultades de distinguir algunos signos contenidos en el mensaje.

También en el caso de radio en la zona de recepción no solo llegan las señales que nos interesan si no otras ondas electromagnéticas generadas  por diferentes fuentes.  Todas las señales que recibimos diferente al mensaje deseado lo llamamos ruido. Como la señal deseada  y el ruido son magnitudes físicas que se pueden medir entonces en tecnología de radio se habla de la relación señal a ruido que es el resultado de dividir la intensidad de la señal por la intensidad del ruido.  Si la señal es mayor que el ruido el resultado será mayor a cero en caso contrario menos. En la práctica esta relación no se mide o expresa en la división sino en función logarítmica y se usa la unidad decibel.  Si la medida en decibel es negativa significa que el intensidad de ruido es mayor que la señal.

Cuando en el ambiente del receptor se combinan señales débiles y mucho ruido, la recepción de mensajes se complica y algunos elementos del mensaje se pierden, entonces decimos que tenemos error en la recepción. Uno que otro error puede ser tolerable pero si el número de errores es importante puede volver nula la recepción o ininteligible. El número de datos perdidos con relación al total de datos transmitidos nos da una magnitud de la frecuencia de errores y se convierte en el factor para calificar la calidad de la transmisión.

Los errores son entonces un problema al cual hay que buscarle soluciones que consiste en encontrar mecanismos para “corregir errores”.  Si se presenta un error pero lo corregimos es como si el error no hubiera existido. Sin darnos cuenta corrección de errores estamos haciendo desde que el hombre empezó a comunicarse por ejemplo con el habla.

Miremos este dialogo:

La persona de la derecha emite un mensaje “Mi teléfono es el 5387”.

La persona de la izquierda no escucho bien el mensaje especialmente en la parte que tiene números y que necesita ser recibido exacto, es decir sin error.  La persona de la derecha dice entonces: “Me repite el número” informando al de la izquierda que ha habido error en la recepción y solicitando repetición del mensaje.

El de la izquierda procede a repetir el mensaje de números y el de la derecha le dice “Ok” como confirmación que el mensaje está completamente recibido, sin error.

Este modo de corrección de errores se conoce con el nombre de “Corrección de Errores hacia Atrás” porque el error es detectado en la recepción y envía de retorno (hacia atrás) una indicación de “recibido con error” lo que provoca que el emisor del mensaje reenvié el mensaje con el deseo que en la segunda recepción se evite el error.  El mecanismo de reenvió puede repetirse varias veces si fuera necesario hasta que el receptor considere que ha recibido el mensaje sin error.

En el caso anterior la comunicación es de doble vía (dúplex) ya que los dos participantes pueden emitir y recibir pero hay casos de comunicaciones en una sola vía el que transmite no puede recibir y el que recibe no puede transmitir.  Este es el caso de una emisora comercial de radio, una estación de radioaficionados llamando CQ (aún no sabemos quién va a ser la estación corresponsal), una sonda espacial enviando las fotos que tomo a Júpiter, etc.

Los radioaficionados, quizás sin darnos cuenta, también tenemos una técnica de correcion de error:

Cuando transmitimos por radio debemos enviar el indicativo de llamada que nos distingue como radioaficionados debidamente licenciados por el gobierno, en este ejemplo “HK3EU” consta de cinco caracteres. Esta información debe ser recibida precisa y sin error .

Si la transmitimos por voz (fonia) deberíamos decir simplemente “H” “K” “3” “E” “U” pero en la práctica se transmite como “Hotel Kilometro tres España Uruguay” o equivalente.  La razón de transmitir así es que a pesar que el mensaje en muchísimo más largo al recibirse se puede garantizar que será recibido más exacto.

Observe que el mensaje correcto es únicamente cinco caracteres “HK3EU” pero es enviado como 5 palabras que contiene información redúndate y que va a ayudar al receptor a encontrar el carácter correcto.

Por ejemplo el receptor escucha la última palabra  como “*RUG*AY”  con dos errores en la recepción del primero y quinto carácter, sin embargo la mente humana por un proceso de selección asocia que la única palabra posible debe ser “URUGUAY” y anota como carácter recibido “U” a pesar que hubo dos errores de recepción.

Este método de enviar mensajes con información redundante para que ayuden a corregir errores en la recepción se denomina “Corrección de Errores hacia Adelante”  y en la literatura en ingles seria “Forward Correction Error” y se abrevia como FCR.

En teoría mientras más información redundante enviemos mejor posibilidad tenemos de corregir errores adelante.

En el ejemplo anterior hemos visto una forma de FCR basado en la capacidad deductiva de la mente humana. Ahora bien en las transmisiones modernas la codificación de los mensajes la realizan máquinas y la información tiene forma digital, entonces el tema de cómo crear código redundante para incluir FCR es un tema de estudio para logra un código eficiente en cuanto a producir código redúndate lo menor posible que garantice la mayor capacidad de corrección.

Lo que se hace en la práctica en someter a la información a transmitir a una serie de procesos matemáticos  predefinidos para crear otro código ampliado con información redúndate  y que será trasmitida. En el lado receptos someten al código recibido a unos procesos matemáticos que realizan operaciones inversas a las usadas en el lado transmisor y así recuperar la información originalmente enviada.

Las operaciones matemáticas a realizar se formulan en algo que se llama “Algoritmo” que son implementados en el software de un computador.  Como la información a transmitir ya tiene forma binaria, resulta muy fácil entregársela a un computador para que realice la operación de agregar el código adicional necesario para tener un método de FCR.

En la actualidad hay varios algoritmos para tener FCE y todos los días aparecen más, puede ser temas de otro artículos. Por ahora este artículo es con el propósito de comentar que existe el FCR (Fordwar Correcion Error) es decir, corrección de error hacia Adelante que permite hacer transmisiones más precisas corrigiendo errores .

El tema es que el modo de transmisión JT65 usado por los radioaficionados recurre a técnicas de FCR para lograr hacer transmisiones casi libre de error en ambientes de señales débiles y mucho ruido, en los cuales otros modos de transmisión fracasan por el elevado número de errores detectados en la recepción.

 

 

 

 

 

 

 

 

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