Каскадные коды: определение, принцип построения, основные характеристики

Реальные каналы связи, особенно каналы связи на основе стандартных каналов тональной частоты, являются каналами связи с группированием ошибок, причем длина пакетов ошибок может находиться в пределах от десятков двоичных символов до нескольких сотен двоичных символов. Кроме того, в защитных интервалах между пакетами ошибок имеются случайные ошибки. Для коррекции ошибок такой структуры требуются мощные помехоустойчивые коды, а это значит, необходимо использовать помехоустойчивые коды с очень большой длиной кодовых последовательностей и с высокой, избыточностью. Такие коды обладают высокой сложностью реализации и большой задержкой информации при декодировании.

Для коррекции ошибок данной структуры был разработан способ кодирования информации, который обеспечивает требуе­мую верность передачи информации при меньшей сложности реализации кодека и задержки информации при декодировании. Сущность данного способа кодирования информации состоит в каскадировании двух или более кодов, т.е. в использовании нескольких уровней или ступеней кодирования и декодирования информации. При этом на каждом уровне кодирования могут использоваться либо одинаковые по типу и корректирующей способности коды, либо разные.

Наиболее распространенной схемой построения каскадных кодов является двухкаскадная или двухступенчатая схема:

В качестве внешнего кода чаще всего используются коды Рида-Соломона, корректирующие пакетные ошибки, а внутрен­ним кодом могут быть различные циклические и сверточные коды, корректирующие случайные ошибки. В реальных систе­мах связи в качестве внутреннего кода используются сверточные коды с алгоритмом декодирования Витерби.

Кодирование и декодирование информации производится следующим образом. Во внешнем кодере передаваемая информация кодируется кодом, рассчитанным для коррекции пакетных ошибок. Чаще всего используются недвоичные коды Рида-Соломона. Далее символы кодовых последовательностей внешнего кода кодируются внутренним кодом. С выхода внутреннего кодера кодовые символы каскадного кода поступают на вход модулятора и далее передаются в канал связи. На приемной стороне первоначально производится обработка информации внутренним декодером, а затем внешним декодером. С целью повышения корректирую­щей способности внутреннего кода к выходу внутреннего кодера подключается перемежитель кодовых символов. Сущность перемежения кодов состоит в рассредоточении ошибок, входящих в пакет по различным кодовым словам кодов, исправляющих случайные ошибки.

Достоинством каскадных кодов является высокая коррек­тирующая способность, а недостатком является высокая избыточность информации. С целью уменьшения избыточности каскадного кода в качестве внутреннего кода используются высокоскоростные (малоизбыточные) сверточные коды.