1.4 Truyền tin qua kênh có nhiễu

Làm thế nào chúng ta có thể đạt được truyền thông hoàn hảo thông qua một kênh truyền thông không hoàn hảo và có nhiễu?

Dưới đây là một số ví dụ về các kênh truyền thông không hoàn hảo và có nhiễu:

1. An analogue telephone line (Đường dây điện thoại tương tự): Trong trường hợp này, điện thoại truyền thông qua đường dây điện thoại tương tự, nhưng thông tin được truyền là tín hiệu số (digital). Sự biến đổi từ tín hiệu analog sang số và ngược lại có thể dẫn đến lỗi hoặc nhiễu trong quá trình truyền thông.
2. Radio communication link from Galileo (Liên kết truyền thông không dây từ tàu vũ trụ Galileo đang quay quanh sao Mộc đến Trái Đất): Khi tàu vũ trụ Galileo gửi thông tin về Trái Đất thông qua sóng radio, tín hiệu này có thể bị nhiễu hoặc mất sóng trên đường đi từ không gian về Trái Đất. Điều này là một ví dụ về truyền thông từ xa qua không gian ngoài trời, nơi nhiễu có thể là một vấn đề lớn.
3. Reproducing cells (Tế bào tái sinh): Trong quá trình tái tạo, DNA của tế bào con có thể chứa thông tin bị nhiễu hoặc bất thường so với DNA của tế bào cha mẹ. Điều này có thể gây ra sự biến đổi gen hoặc lỗi trong việc truyền thông di truyền.
4. Computer memory disk drive (Ổ đĩa nhớ máy tính): Trong máy tính, thông tin được lưu trữ trên các ổ đĩa nhớ (disk drive). Trong quá trình đọc và ghi thông tin, có thể xảy ra lỗi hoặc hỏng hóc trên đĩa, dẫn đến sự mất mát hoặc biến đổi của dữ liệu.

Tất cả các ví dụ này nêu lên rằng trong thế giới thực, truyền thông thường xuyên xảy ra thông qua các kênh có nhiễu và không hoàn hảo. Để đạt được truyền thông hoàn hảo trong những tình huống như vậy, chúng ta cần sử dụng các kỹ thuật và giao thức để kiểm soát và sửa lỗi trong quá trình truyền thông và tái tạo thông tin một cách chính xác hoặc gần đúng.

Các giải pháp để đạt được truyền thông hoàn hảo

• Giải pháp vật lý (physical solutions): Là những cải tiến về đặc tính vật lý của kênh truyền thông để giảm thiểu xác suất lỗi, như việc sử dụng linh kiện đáng tin cậy hơn, làm mát mạch điện, hoặc thay đổi cách lưu trữ dữ liệu trên ổ đĩa cứng. Tuy nhiên, những cải tiến này thường đi kèm với chi phí gia tăng liên tục.
• Giải pháp hệ thống (system solutions): Là việc sử dụng hệ thống truyền thông với bộ mã hóa và bộ giải mã để phát hiện và sửa lỗi trên kênh truyền thông nhiễu. Thay vì cố gắng cải thiện kênh truyền vật lý, chúng ta thừa nhận rằng kênh truyền thông có nhiễu và xử lý nó thông qua hệ thống. Cải thiện được đạt được với giải pháp này chủ yếu là yêu cầu tính toán tại bộ mã hóa và bộ giải mã.
• Information theory (Lý thuyết thông tin): Liên quan đến nghiên cứu về giới hạn và tiềm năng lý thuyết của những hệ thống truyền thông như vậy. Nó đặt câu hỏi “Chúng ta có thể đạt được hiệu suất sửa lỗi tốt nhất nào?”
• Coding theory (Lý thuyết mã hóa): Tập trung vào việc tạo ra các hệ thống mã hóa và giải mã cụ thể, thực tế để triển khai trên các kênh truyền thông. Mục tiêu của nó là tạo ra các mã hoặc hệ thống mã hóa để cải thiện khả năng sửa lỗi của thông điệp trong quá trình truyền qua kênh nhiễu.
• Bản phân tích trên giải thích rằng giải pháp hệ thống có khả năng biến những kênh truyền thông có nhiễu thành các kênh truyền thông đáng tin cậy, với chi phí chủ yếu là yêu cầu tính toán ở bộ mã hóa và bộ giải mã. Điều này có nghĩa là thay vì tăng cường vật lý của kênh (với chi phí gia tăng), chúng ta sử dụng hệ thống thông qua mã hóa và giải mã để đảm bảo tính đáng tin cậy của thông điệp. Lý thuyết thông tin và lý thuyết mã hóa nghiên cứu về cách tối ưu hóa và triển khai các hệ thống như vậy.