8.3. АДАПТИВНЫЕ КОРРЕКТИРУЮЩИЕ КОДЫ

Существенным недостатком многих корректирующих кодов является их слабая приспособленность к изменяющимся условиям передачи информации. Избыточность таких кодов постоянна и выбирается обычно из соображений обеспечения требуемой верности при наихудших условиях передачи. Если избыточность кода привести в соответствие с реальным состоянием канала в контролируемом интервале времени (по результатам анализа группирования ошибок), можно существенно повысить эффективность использования каналов без снижения верности. Эта идея лежит в основе построения адаптивных корректирующих кодов.

Различают методы адаптивного декодирования, когда в зависимости от числа ошибок в принимаемых кодовых комбинациях изменяют структуру или параметры алгоритмов декодирования и функции схем декодеров, и методы адаптивного кодирования, когда наряду с этим изменяют и структуру или параметры кодов, алгоритмов кодирования и схем кодеров. Функции адаптивных декодеров в значительной степени зависят от возможностей организации обратного канала, характера искажений сигналов и помех в канале, показателя группирования ошибок и других факторов. Для построения систем адаптивного кодирования требуется канал обратной связи, по которому на передающую сторону направляют информацию о качестве канала и об условиях приема.

Обнаружение ошибок адаптивными кодами систем без обратной связи позволяет обеспечить практически любую заданную верность при относительно невысокой сложности оборудования, но часть информации теряется, так как комбинации с обнаруженными ошибками потребителю не выдаются. Исправление ошибок также позволяет обеспечить требуемую верность передачи, но при отсутствии потерь информации. Платой за это является значительное увеличение длины кодовых комбинаций, до десятков тысяч разрядов, а также существенное усложнение аппаратуры. Недостатком систем без обратной связи является и то, что передатчик не получает никаких подтверждений о том, как принята информация приемником. Поэтому предъявляют очень высокие требования К надежности систем. Системы без обратной связи находят применение в случаях, когда канал обратной связи невозможно организовать или когда недопустимы задержки при передаче информации. К таким системам относятся, например, некоторые системы спутниковой связи.

Наиболее широкое применение получили системы с обратной связью (см. § 10.2), в которых повышение верности достигается обнаружением ошибок на приемном конце и повторением только неправильно принятых комбинаций. Адаптивное управление повторением информации существенно приближает избыточность кода к информационному пределу. Избыточность минимальна при отсутствии ошибок и растет с увеличением числа ошибок.

Рис. 8.7. Структурная схема адаптивного приемника

Основными задачами, которые решают при построении систем с адаптивными алгоритмами кодирования и декодирования, являются: разработка методов и аппаратуры контроля состояния каналов; оптимизация использования полученной информации о состоянии канала для изменения способа кодирования, параметров элементов сигналов кода, процедуры принятия решения и т. п.; разработка стратегий принятия оптимальных решений в приемнике в зависимости от состояния канала и характера группирования ошибок; отыскание таких алгоритмов кодирования и декодирования, при которых системы становятся инвариантными относительно статистических особенностей реальных каналов и позволяют добиться оптимальной избыточности; построение методов и аппаратуры контроля состояния канала, которые не зависят от того, какие сигналы передают в моменты контроля.

Для иллюстрации особенностей адаптивных корректирующих кодов рассмотрим простейшую структурную схему адаптивного приемника систем без канала обратной связи (рис. 8.7). Схема включает демодулятор корректирующий декодер и устройство контроля состояния канала. На вход приемника поступают высокочастотные сигналы с выхода демодулятора снимается видеопоследовательность искаженных элементарных сигналов кода а с выхода адаптивного декодера последовательность информационных символов в соответствии с решениями, принимаемыми декодером. Процесс адаптивного декодирования заключается в следующем. Последовательность обрабатывается с двойной целью: для определения состояния канала и для принятия решения (для обнаружения и исправления ошибок). Если при неадаптивном декодировании решение принималось однозначно, так как каждому синдрому приписывалось одно наиболее вероятное сочетание ошибок, то при адаптивном декодировании каждому синдрому соответствует несколько вариантов сочетания ошибок в зависимости от состояния канала.

Решения о принимаемых комбинациях для одного и того же синдрома могут быть разные — они определяются состояниями канала. Если канал находится в состоянии, то синдрому приписывают 1-е решение. Так как состояние канала оценивают по случайному сигналу и случайной последовательности то принимаемое решение носит случайный характер. Поэтому оптимальное решение можно принять лишь с определенной вероятностью, которая в значительной мере определяется качеством работы устройства контроля канала. Если качество работы этого устройства высокое, то системы адаптивного кодирования могут обеспечить высокую эффективность передачи информации.

Теория адаптивного корректирующего кодирования интенсивно развивается, так как позволяет более полно учесть реальные условия передачи информации.

Контрольные вопросы

(см. скан)