Современные методы повышения достоверности передачи данных в системах ДЗЗ

Одним из основных требованием в современных системах ДЗЗ является обеспечение высокой достоверности и наряду с этим высокой скорости передаваемых данных. Для обеспечения таких требований возможны различные варианты, одним из которых является применение методов помехоустойчивого кодирования/декодирования в составе систем передачи цифровой информации, которые входит в состав системы ДЗЗ. В докладе пойдет речь о сравнении наиболее современных и эффективных методах.
Важный этап в развитии теории кодирования связан с открытием турбо кодов (Turbo Code), принцип построения которых состоит в параллельном или последовательном соединении кодов, разделенных перемежителем. Для декодирования турбо кодов используются итеративные алгоритмы с мягкими решениями (Log-MAP, Max-Log-MAP), позволяющие получить очень близкие к пропускной способности канала характеристики. В процессе декодирования выполняются несколько итераций работы алгоритма, на каждой из которых сначала происходит декодирование одного из составляющих кодов, результат которого используется декодером другого составляющего кода для получения более точных решений.
Проведенные с момента открытия турбо кодов исследования показали, что эффективность использования данных кодов очень высока. Они способны работать при энергетике всего на 0,5 дБ выше пропускной способности канала.
В последнее время особое внимание уделяется так же классу кодов с малой плотностью проверок на четность (Low-Density Parity-Check – LDPC) которые представляют собой линейные блоковые коды, задаваемые с помощью проверочной матрицы, имеющей относительно малое (<10) число единиц в строках и столбцах. Применение методов итеративного декодирования (например, min-sum) к данным кодам позволяет практически вплотную приблизиться к пропускной способности канала. В связи с этим во многих новых стандартах передачи данных LDPC коды рекомендованы для исправления ошибок.
Еще одним методом помехоустойчивого кодирования является многопороговое декодирование (МПД) самоортогональных кодов (СОК). МПД декодер состоит из регистров сдвига, сумматоров по модулю 2, пороговых элементов и выполняет лишь простейшие операции суммирования и сравнения небольших целых чисел, что позволяет обеспечить высокую скорость его работы. Например, реализованные на ПЛИС в ИКИ РАН МПД могут обеспечить декодирование со скоростью до нескольких Гбит/с за счет того, что авторами метода решена задача как бы «мгновенного» формирования решения порогового элемента в МПД. Это техническое решение превращает МПД в теоретически самое быстродействующее устройство для декодирования данных, так как при этом регистры сдвига декодера перемещают данные с максимально возможной для них скоростью, поскольку оценки порогового элемента декодера всегда появляются прямо в момент сдвига данных по регистру. Еще одним достоинством многопороговых методов декодирования является гибкость настройки его параметров, которая позволяет оптимизировать работу МПД для конкретных (реальных) условий работы и, тем самым, добиться наибольшего энергетического выигрыша кодирования (ЭВК).
Практические результаты упомянутых выше методов будут подробно представлены в докладе. Работа выполнена при поддержке РФФИ.