Антифединговое кодирование

Известно, что применение простых по реализации корректи­рующих кодов (типа Слепяна, Хемминга) эффективно в каналах связи со случайными ошибками, возникающими независимо друг от друга. Большинство же реальных каналов радиосвязи харак­теризуется тенденцией ошибок к группированию.

При передаче дискретной информации по канатам связи с замираниями группирование ошибок обусловливается тем, что обычно средняя продолжительность замираний значительно пре­восходит длительность элементарного символа. Группирование ошибок проявляется в выпадании элементарных символов, при­надлежащих одной или нескольким кодовым комбинациям, рас­положенным рядом, т. е. в ошибочном приеме одной или не­скольких кодовых комбинаций в целом. Понятно, что даже при передаче словесного текста погрешности в приеме нескольких букв (кодовых комбинаций) подряд могут привести к утере смыс­ла принятого слова. Группирование ошибок тем более опасно в случае приема формализованной информации. В связи с этим большой интерес представляют специальные коды, позволяющие исправлять пачки ошибок некоторой определенной длины b. Такой код исправляет любое сочетание ошибок, если между первым и последним ошибочно принятыми символами находится не более b— 2 разрядов, среди которых может быть сколь угодно ошибоч­ных. При этом величина b может быть значительно большей, чем число независимых ошибок, которые мог бы поправить код при той же избыточности [2]. Практическое применение их затруд­няется тем, что при очень большой избыточности, как правило, значность кода п >> b. Так, например, код Файра, содержащий 265 информационных и 14 проверочных разрядов способен ис­править только одну пачку ошибок глиной b < 5. Поскольку в реальных каналах часто наблюдаются пачки ошибок длиной в несколько десятков и даже сотен символов, для их исправления требуется код с длиной кодовой комбинации, измеряемой тысяча­ми и даже десятками тысяч разрядов, что в настоящее время технически почти неосуществимо. Вот почему большое практиче­ское значение имеет предложенный отечественными учеными спе­циальный метод передачи и обработки кодограмм в каналах связи с замираниями (федингами), позволяющий использовать для борьбы с группирующимися ошибками обычные корректиру­ющие коды с относительно короткими комбинациями в сочетании с декорреляцией последовательности ошибок. Суть этого метода, называемого антифединговым кодированием, состоит в следую­щем.

Передаваемое сообщение кодируется n- значными комбинация­ми некоторого корректирующего кода, эффективного в каналах с независимыми ошибками (например, кода Слепяна, Хэмминга). Параметры кода выбираются, исходя из условия получения тре­буемой достоверности при вероятности независимых ошибок, рав­ной средней вероятности ошибок в канале с замираниями. Для того, чтобы такой корректирующий код обеспечил повышение по­мехоустойчивости системы связи в условиях замираний, необхо­димо перераспределить возможные группы ошибок в отдельных кодовых комбинациях по всем m передаваемым комбинациям сообщения, т. е. произвести декорреляцию ошибок. С этой целью всё сообщение записывается в виде матрицы (рис. 5.1). Каждая строка матрицы представляет собой одну n -разрядную комбина­цию корректирующего кода. Количество строк определяется чис­лом т кодовых комбинаций в сообщении. Передача символов производится не по строкам, а по столбцам, т. е. сначала
пере­даются первые разряды всех т комбинаций, затем все вторые разряды и т. д. Принимаемый сигнал записывается по столб­цам, а воспроизводится по строкам, т. е. все символы расставля­ются по своим местам, после чего производится декодирование.

Если количество комбинаций т достаточно велико, время пе­редачи т. символов одного столбца матрицы превышает среднюю продолжительность замираний. Пачки ошибок при этом распре­деляются между всеми n -разрядными кодовыми комбинациями и не будут сосредоточены в отдельных кодовых комбинациях, как это имело бы место при последовательной передаче символов по строкам матрицы. В случае размещения в каждой строке матри­цы нескольких кодовых комбинаций, представляющих некоторый отрезок сообщений, ошибки можно считать независимыми не толь­ко внутри данной кодовой комбинации, но и в пределах отрезка сообщения.

При антифединговом кодировании устройства кодирования и декодирования оказываются не более сложными, чем в каналах с постоянными параметрами, но требуются дополнительные за­поминающие устройства значительной емкости на передающем и приемном концах для формирования и воспроизведения матри­цы-кодограммы.

В [2] приведены выражения, позволяющие выбирать пара­метры корректирующих кодов, эффективных при независимых ошибках, для использования их в каналах с группированием ошибок по описанному методу.

В заключение следует отметить, что рассмотренный метод антифедингового кодирования неэкономичен, поскольку он не ре­ализует пропускную способность канала с замираниями (по сравнению с каналом с постоянными параметрами, имеющим ту же среднюю вероятность ошибки ). Поэтому, в принципе, должны существовать более экономные коды, обеспечивающие в канале с замираниями такую же достоверность при меньшей из­быточности.