4.3.5. Каскадное кодирование

В системах наземного цифрового телевизионного вещания, как правило, используется каскадное кодирование, которое может быть как последовательным, так и параллельным.

Современные системы цифрового телевизионного вещания, передающие потоки данных с высокой степенью сжатия, обладают повышенной чувствительностью к ошибкам, поэтому они предъявляют очень высокие требования к надежности кодовой защиты. Кодовое расстояние зависит от избыточности кода. Поэтому для исправления пакетов ошибок (ошибок большой степени кратности) потребовалось бы значительно увеличить избыточность кода Рида-Соломона и тем самым загрузить канал передачи избыточной информацией в ущерб основной. Наиболее высокая исправляющая способность по отношению к одиночным и пакетированным ошибкам достигается при использовании каскадного кодирования, впервые предложенного Форни [35].

Т

Рис. 4.8. Схема каскадного кодирования

ермин каскадное кодирование последовательного типа характеризует случай использования двух последовательно включенных кодеков, как правило, различного типа, оптимизированных для исправления ошибок различной структуры (рис. 4.8). В этом случае кодер и декодер, сопряженные соответственно с модулятором и демодулятором, то есть находящиеся внутри цепи кодирования, называются внутренним кодеком. Первый кодер и последний декодер в цепи каскадного кодирования называются внешним кодеком. Его задача – исправление одиночных и пакетированных ошибок на уровне символов передаваемых данных. Предположим, что внешний кодек работает с кодовой скоростью r = k/п, а внутренний – с R = K/N. Тогда с учетом того, что длина каскадного кода составляет N* = nN символов, из которых К* = kК символов являются информационными, кодовая скорость каскадного кода R* = kK/nN = rR. Следовательно, величину nN можно считать как общую длину кода каскадного кодера. Известно, что чем длиннее код, тем большей исправляющей способности можно достигнуть, но одновременно тем выше будет сложность аппаратуры. Для каскадных кодов длина кода пропорциональна произведению nN, но сложность аппаратуры пропорциональна сумме этих чисел. Преимущество каскадного кодирования в том, что высокая исправляющая способность обеспечивается установкой двух сравнительно простых кодеков с длинами кодов n и N.

В системах цифрового телевизионного вещания кодеки блокового RS-кода используют в качестве внешнего кодека, так как они имеют хорошие характеристики как для независимых, так и для пакетированных ошибок, и хорошо устраняют ошибки на уровне транспортного пакета, выдаваемого потребителю. Для внутреннего кодирования обычно используют сверточные коды. Внутренний сверточный кодек исправляет ошибки на уровне физической передачи модулированного сигнала, поэтому его часто называют модуляционным кодеком. Такое построение каскадного кодека имеет свои особенности. Поскольку сверточный кодек работает при умеренно высоких вероятностях ошибки, то для него используют коды с малой длиной кодового ограничения и декодирование по алгоритму Витерби с мягким решением демодулятора. На выходе декодера Витерби ошибки имеют тенденцию к группированию в пакеты. Поэтому для облегчения работы внешнего декодера Рида-Соломона в состав каскадного кодека вводят устройства перемежения-восстановления структуры передаваемых данных. В случае идеального перемежения ошибки на входе декодера Рида-Соломона будут независимыми, и он реализует свою максимальную исправляющую способность.

Каскадное кодирование с внешним кодом Рида-Соломона и внутренним сверточным кодом при относительной скорости R = 1/2 (с декодером Витерби) позволяет работать в радиоканале с отношением сигнал/шум 3 дБ, обеспечивая вероятность ошибки декодирования P = 10^–10.