В СПбПУ разработали простой и надежный метод помехозащиты цифровых данных

8 июня 2017, 20:41 🇷🇺 2 мин

Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого предложили новую систему помехоустойчивого кодирования для пятого поколения мобильной связи (5G).

Помехоустойчивое кодирование — наука о методах внесения избыточности в информацию с целью ее защиты от ошибок, возникающих при передаче или хранении. Например, человеческая речь обладает избыточностью — далеко не каждая комбинация звуков или букв является допустимым словом. Это дает возможность людям общаться даже в очень шумных помещениях. Задачей разработчиков систем хранения и передачи информации, которые являются неотъемлемой частью гаджетов, телефонов, компьютеров, является разработка простых и надежных методов помехозащиты цифровых данных.

На сегодняшний день во многих университетах мира ведутся работы над совершенствованием полярных кодов — методов помехоустойчивого кодирования, разработанных турецким ученым Э. Ариканом. Значительных успехов в данной области добился Политех. «Нам удалось построить коды, которые по корректирующей способности и простоте декодирования превосходят конкурентов, — делится доцент Высшей школы программной инженерии СПбПУ Петр Трифонов. — Мы обобщили конструкции полярных кодов, предложенных Ариканом, и получили полярные подкоды. Для этого мы исключили из полярных кодов Арикана часть кодовых слов, которые могут быть легко спутаны между собой приемником, а также ввели дополнительные ограничения на символы этих слов, что упрощает исправление ошибок принимающим устройством».

Кроме того, ученые СПбПУ предложили вычислительно простой алгоритм декодирования для полярных кодов и подкодов. Сам процесс декодирования можно интерпретировать как поиск кратчайшего пути в лабиринте. За счет использования сведений о среднем числе ошибок, проявляющихся на различных фазах декодирования (то есть в коридорах лабиринта), удалось значительно снизить сложность декодирования. В результате ученые Политеха одновременно получили большую корректирующую способность, чем у широко применяемых в настоящее время низкоплотностных (LDPC) кодов, и на порядок меньшую сложность декодирования.

Чем больше корректирующая способность используемого кода, тем в более сложных условиях способна функционировать система передачи информации, больше радиус ее действия, большее число пользователей она способна поддерживать. А благодаря тому, что ученые СПбПУ снизили сложность используемых алгоритмов декодирования, устройства связи смогут потреблять меньше энергии и дольше работать на одном заряде батареи.

Полярные коды еще не нашли применения в реальных устройствах, но в настоящее время различные обобщения полярных кодов рассматриваются крупнейшими международными организациями для внедрения в стандарт мобильной связи пятого поколения.

На сегодняшний день уже проработана теоретическая база, описывающая принцип построения полярных подкодов и алгоритмы их декодирования. Сейчас ученые работают над тем, чтобы довести их до состояния, пригодного для стандартизации, и после приступить к разработке конкретных устройств.
Результаты исследования были продемонстрированы в рамках конференций 11th International ITG Conference on Systems, Communications and Coding (Гамбург, февраль 2017), IEEE Wireless Communications and Networking Conference (Сан-Франциско, март 2017), IEEE International Symposium on Information Theory (июнь 2017).