8.4. Кодирование для каналов с пакетами ошибок

Задачи, возникающие при наличии шума, вызывающего пакеты ошибок, делятся на две основные группы. В течение многих лет наибольшее внимание привлекала задача о том, как

преодолеть трудности в получении мягких решений на выходе демодулятора. В этом случае отсутствует какая бы то ни было информация об отдельных недостоверных символах. Если, однако, механизм возникновения пакетов ошибок является известным, то полученные на основе этого статистические данные об ошибках можно использовать для их исправления. Задача второго типа возникает в случаях, когда демодулятор может давать мягкие решения, позволяющие выделить недостоверные символы. Если при передаче этих символов уровень шума особенно велик, то они иногда просто стираются. В этом случае характеристики можно существенно улучшить, поскольку имеются эффективные методы исправления случайных ошибок и пакетов.

Задачи первого типа естественно возникают в некоторых средах связи, которые являются, по существу, цифровыми. Примерами могут служить системы хранения информации на пленке, магнитной ленте, магнитном диске или в магнитных запоминающих устройствах. Пакеты ошибок в таких системах могут вызываться царапинами, дефектами и т. д. Механизм возникновения ошибок в этих случаях делает получение информации о достоверности каждого двоичного символа очень трудным или вообще невозможным.

Типичный подход состоит в решении этой задачи методами, которые позволяют исправлять длинные пакеты ошибок за счет необнаружения некоторых комбинаций случайных ошибок. При этом могут применяться циклические коды, такие как коды Файра [98], и декодеры типа декодера Меггитта. Для исправления нескольких коротких пакетов можно использовать коды Рида — Соломона; при посимвольном перемежении можно применять эти же коды для исправления нескольких длинных пакетов. Вместе с подходящим перемежением можно также использовать блоковые или сверточные коды, исправляющие случайные ошибки. Кроме того, существуют найденные Тонгом [99] и Галлагером [3] методы, которые позволяют исправлять длинные пакеты в предположении, что между двумя пакетами имеется достаточно длинная зона, свободная от ошибок.

Другой подход состоит в использовании диффузных сверточных кодов и порогового декодирования, что позволяет исправлять длинные пакеты при наличии промежуточных зон, содержащих мало ошибок. Основная проблема применения всех этих методов состоит в получении точной статистической информации о пакетах в канале. Часто получение такой информации весьма затруднительно. Наличие большого числа методов кодирования в подобных задачах заставляет не обсуждать их в деталях.

Задачи второго типа являются более интересными, и их решение с помощью кодирования может оказаться более эффективным. Канал часто можно представить как канал с белым гауссовским шумом, в котором время от времени возникают большие шумовые или интерференциальные всплески, связанные, например, с замираниями или организованными помехами. Предположим, что

используется фазовая модуляция. Близкая к оптимальной стратегия получения информации о правдоподобии символов при наличии пакетов, вызванных интерференцией, состоит в вычеркивании затронутых интерференцией символов и объявлении их стертыми [101].

Далее будем рассматривать именно такую стратегию, предполагая, что длина пакета больше продолжительности одного символа и что вычеркиваются только полные символы (целиком). Если, кроме того, используется перемежение, то нет необходимости точно знать статистическую информацию о пакетах (нужно знать лишь максимальную их длину). Будет рассмотрено несколько процессов, приводящих к пакетам стиоаний. Основные результаты будут относиться к использованию в каналах с гауссовским шумом и пакетами стираний сверточных кодов с декодированием Витерби. Кроме того, будут приведены некоторые результаты сравнения с блоковыми кодами. Наконец, будут сделаны интересные выводы, касающиеся применения в таких каналах перемежения. Характеристики реальных систем оказываются несколько хуже приводимых здесь теоретических. Это обусловлено трудностями построения идеальных устройств стирания или использованием вместо них простых ограничителей.