РАЗДЕЛ III. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОЕ КОДИРОВАНИЕ

ГЛАВА 4. МЕТОДЫ КОДИРОВАНИЯ

4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Помехоустойчивое кодирование является эффективным средством повышения верности передаваемой информации. При постоянной информационной скорости введение избыточности при кодировании повышает скорость модуляции и расширяет полосу используемых частот. Возрастает и вероятность ошибки в канале, поскольку энергия кодового символа уменьшается. Применение кода оправдано, если при декодировании исправляется значительная часть канальных ошибок, в том числе и дополнительные ошибки, обусловленные избыточностью.

Помехоустойчивое кодирование понижает требуемое отношение сигнал-шум в канале и дает энергетический выигрыш. Помимо расширения полосы частот при введении кодирования усложняется оборудование. Выбор кода и алгоритма его декодирования, обеспечивающих заданный энергетический выигрыш при небольшом расширении полосы частот и приемлемой сложности, считают одной из важнейших задач прикладной теории кодирования.

Помехоустойчивое кодирование часто используют для оптимизации параметров спутниковой системы в целом. В системах с ограниченной энергетикой кодирование позволяет уменьшить необходимое отношение сигнал-шум, оптимальным образом распределить мощность ретранслятора между каналами и увеличить число каналов.

Большая задержка сигнала на трассе распространения в ЦССС не позволяет использовать для повышения верности системы с автозапросом, в которых коды служат для обнаружения ошибок. Поэтому ниже рассмотрены в основном методы кодирования, предназначенные для исправления ошибок.

Выбор кода в значительной мере определяется статистикой помех в канале. В спутниковых каналах с постоянными параметрами наряду с флуктуационными помехами действуют помехи от соседних каналов и стволов. Однако наибольший вклад дают флуктуационные помехи. Поэтому при рассмотрении вопросов кодирования будут использованы две модели каналов. Модель двоичного симметричного канала хорошо аппроксимирует системы с ФМ-2 и ФМ-4 с независимыми ошибками в каналах. Модель дискретно-непрерывного канала, когда выход демодулятора представлен в квантованном виде, будет использована для описания методов декодирования с мягким решением. Особенности помехоустойчивого кодирования в других каналах рассмотрены в обзорах [79, 80].

Известно большое число кодов, различных по структуре, принципам построения и корректирующей способности. Ниже рассмотрены классы кодов, для которых разработаны достаточно простые и эффективные алгоритмы декодирования и которые наиболее перспективны для использования в спутниковых каналах. Коды можно разбить на две группы: блоковые коды, в которых кодирование и декодирование производится в пределах кодовой комбинации (блока), и сверточные коды, в которых обработка символов производится непрерывно, без разделения на блоки. Алгебраическая теория блоковых кодов хорошо разработана [74—76]. Сверточные коды исследованы в меньшей мере [77, 78]. В систематических кодах передаваемые информационные символы содержатся в явном виде. Это удобно при декодировании, прежде всего, алгебраическими методами. Вместе с тем, характеристики несистематических кодов оказываются лучше.

Значительная часть кодов относится к разряду линейных, когда формирование и обработка производятся с использованием линейных операций над кодовыми символами и блоками. Многие блоковые коды обладают циклическими свойствами. Это позволяет использовать при кодировании и декодировании многотактные регистры сдвигов и существенно упрощает построение кодеков. По характеру использования информации, поступающей на вход декодера, алгоритмы делятся на несколько групп. К алгебраическим относятся алгоритмы, работа которых основана на использовании алгебраических свойств кодовых слов. При этом в демодуляторе производится жесткое решение о принятых сигналах и на вход декодера поступают дискретные символы, алфавит которых совпадает с алфавитом на передаче. При вероятностном декодировании существенным является более полное использование информации с выхода канала. В этом случае в демодуляторе производится мягкое решение, содержащее информацию об апостериорной

вероятности принимаемых символов. Возможны различные промежуточные варианты построения алгоритмов.

Выбор кода и алгоритма его декодирования определяется целым рядом требований. К ним относятся выигрыш от применения кодирования (энергетический выигрыш либо выигрыш по вероятности ошибки в символах, поступающих к получателю), допустимая избыточность кода, сложность и быстродействие кодека и т. д. Важны также вопросы согласования кодека и модема.