В настоящее время действует большое количество устройств, передающих большое количество данных. В процессе переноса информации по проводам и радиоволнам могут появляться шумы, помехи и посторонние коды, приводящие к ошибкам. Для решения этой проблемы ученые применяют теорию кодирования, которая находит искажения и исправляет их в реальном времени.
Алгебраические конструкции, применяемые в теории помехоустойчивого кодирования для защиты информации от ошибок при передаче по каналам связи (коды Бозе-Чоудхури-Хоккенгема (БЧХ) или двоичный код Гоппы), разработанные в XX веке, широко используются по всему миру и остаются отраслевыми стандартами. Тем не менее они сложны в реализации и не так эффективны с точки зрения устойчивости к ошибкам. Кроме того, в России в нынешних реалиях необходимо достижение технологического суверенитета. По этой причине важно заниматься созданием нового отечественного класса кодов коррекции ошибок в передающихся данных по зашумленным каналам.
Актуальным направлением является разработка кодов, основанных на вейвлет-преобразовании, который обеспечивает обмен данными, минимизируя помехи и искажения в процессе передачи. Данный класс кодов был разработан сотрудниками лаборатории фундаментальных основ построения интеллектуальных систем (ФОИС) СПбГЭТУ «ЛЭТИ», но до сегодняшнего времени не проходили проверку в каналах, приближенном к реальным.
Сначала исследователи разработали математическую структуру вейвлет-кодов. Затем они провели математическое моделирование, в рамках которого строились модели каналов и подавался заданный объем сообщений в специализированной среде симуляции с последующим измерением метрик помехоустойчивости.
Оценка производилась для пяти моделей каналов, типы шумов в которых максимально приближены к актуальным сценариям эксплуатации. В их число вошли аддитивный белый гауссовский шум в качестве базового эталона, рэлеевское замирание для передачи на открытой местности и большие расстояния, синусоидальное затухание для периодических помех, мультипликативный гауссовский шум, характерный для устройств Интернета вещей, а также составной канал Рэлея с синусоидальным затуханием, отражающий условия спутниковой связи.
Следующий этап был посвящен сравнению полученных результатов с существующими решениями, в частности с БЧХ-кодами, применяемыми в современных стандартах. Сравнение проводилось по основным характеристикам теории кодирования: количеству исправляемых ошибок, частоте битовых ошибок, частоте ошибок кадров и надежности декодирования в широком диапазоне соотношений сигнал/шум.
Результаты представлены в научном журнале Mathematics (Q1). Исследование профинансировано Министерством науки и высшего образования Российского научного фонда (проект «Госадание» № 075-00003-24-02, FSEE-2024-0003).
Источник: СПбГЭТУ «ЛЭТИ»