8.1.9. Перемежение кодовых символов в каналах с пакетами ошибок

Большинство хорошо известных кодов, которые были разработаны для увеличения надёжности при передачи информации, являются эффективными, когда ошибки, вызванные каналом, статистически независимы. Это случай канала с АБГШ. Однако, имеются каналы, в которых появляются пакеты ошибок. Один пример — это класс каналов, характеризуемых многопутёвостью и замираниями, которые в подробностях описаны в главе 14. Замирания сигнала, обусловленные меняющимся во времени многопутевым распространением волн, часто вызывают снижение уровня сигнала ниже уровня шума, что приводит к большому числу ошибок. Второй пример – это класс каналов магнитной записи (ленточной или дисковой), в которых дефекты в записывающей среде приводят к пачкам ошибок. Такие группы ошибок обычно не исправляются кодами, оптимально рассчитанными для статистически независимых ошибок.

Значительные работы были выполнены по синтезу кодов, которые способны исправить пакеты ошибок. Вероятно, наиболее известными кодами, исправляющими пакеты ошибок, является подкласс циклических кодов, называемых кодами Файра, в честь П.Файра (1959), который их открыл. Другой класс циклических кодов для исправления пакетов ошибок был позднее открыт Буртоном (1969).

Пакет ошибок длины  определяется как последовательность из  символов (бит) ошибок, первым и последним из которых является «1». Способность кода исправить пачки ошибок определяется длиной наиболее короткой пачки ошибок, которую он не может исправить. Относительно просто можно показать, что систематический  код, который имеет  проверочных символов, может корректировать пачки ошибок длиной .

Эффективный метод работы в каналах с пачками ошибок заключается в перемежении кодовых посылок таким путём, что канал с пачками ошибок трансформируется в канал, имеющий независимые ошибки. Затем используется код, рассчитанный на независимые ошибки в канале (короткие пакеты).

Блок-схема системы связи, которая использует перемежение символов, показана на рис. 8.1.20.

Рис. 8.1.20. Блок-схема системы связи, использующей перемежение в канале с группированием ошибок

Кодированные данные перегруппируются перемежителем и передаются по каналу. На приёме, после (жёстких или мягких решений) демодулятора деперемежитель восстанавливает символы в нужной последовательности и направляет их к декодеру. Как результат перемежения-деперемежения, пачки ошибок рассеиваются во времени так, что ошибки внутри кодовых слов становятся независимыми.

Перемежитель может принять одну из двух форм: блоковая структура или свёрточная структура. Блоковый перемежитель формирует кодированные данные в прямоугольный массив из  строк и  столбцов. Обычно, каждая строка массива состоит из кодового слова длин . Перемежитель степени  состоит из  столбцов ( кодовых слов), как показано на рис. 8.1.21.

Рис. 8.1.21. Перемежитель кодированных бит

Биты считываются по столбцам и передаются по каналу. В приёмнике деперемежитель располагает данные в тот же прямоугольный формат, но теперь они считываются по строкам, одно кодовое слово за раз. Результат такой перегруппировки данных при передаче по каналу сводится к тому, что пачка ошибок длины  разбивается на  пачек длиной  каждая. Таким образом, код , который может справляться с пачкой ошибок длины  можно соединить с перемежителем степени  для того, чтобы образовывать блоковый код , который может справляться с пачками ошибок длиной .

Свёрточный перемежителъ можно использовать вместо блокового перемежителя таким же путём. Свёрточные перемежители лучше согласованы к использованию совместно со свёрточными кодами, которые описываются в следующем разделе. Структура свёрточного перемежителя была описана Рамсеем (1970) и Форни (1971).