Разработанные коды снижают частоту неточностей при передаче информации до 48% и демонстрируют результат на 37,5% лучше справляются с кадровыми ошибками относительно существующих решений. Это позволит построить новые надежные системы связи в России.
05.09.2026
В современном мире существует огромное количество устройств (роутеров, свичей, оптоволоконных модемов и проч.), передающих большое количество данных. Однако в процессе переноса информации по проводам и радиоволнам возникают шумы, помехи и посторонние коды, из-за которых происходят ошибки. Для решения этой проблемы используется теория кодирования, которая делает процесс переноса, хранения и обработки информации быстрой и защищенной от неточностей: ищет 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.
«Мы разработали новый класс кодов, а именно линейные блочные коды на основе вейвлетов, позволяющие корректировать ошибки в данных, которые передаются по зашумленным каналам. Мы сравнили их существующими зарубежными кодами Бозе-Чоудхури-Хоккенгема на способность к коррекции ошибок и общую производительность в реалистичных условиях беспроводного канала. Результаты показали, что разработанные нами коды не только не уступают аналогам, но и по многим характеристикам превосходят их. Созданные нами вейвлет-коды готовы к практическому применению. Например, их можно интегрировать при построении новых каналов связи».
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.
«Разработанные коды снижают количество битовых ошибок до 48% и количество кадровых ошибок на 37,5%, делая связь значительно надежнее. В дальнейшем мы планируем встроить разработанный класс кодов коррекции ошибок уже на аппаратном уровне, а также интегрировать их в системы адаптивного кодирования и модуляции, где вместо одного фиксированного кода динамически подбирается оптимальный – в зависимости от текущего качества сигнала и состояния канала».
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). Оно ведется в русле научно-исследовательской политики программы развития СПбГЭТУ «ЛЭТИ» «Приоритет-2030», национального проекта «Молодежь и дети» и инициативы Десятилетия науки и технологий.
