Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого предложили новую систему помехоустойчивого кодирования для пятого поколения мобильной связи (5G). Результаты работы представлены в материалах конференции Wireless Communications and Networking Conference.

Помехоустойчивое кодирование — наука о том, как вносить в информацию избыточность для 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. Разработчики систем хранения и передачи информации, которые являются неотъемлемой частью гаджетов, телефонов, компьютеров, должны создавать простые и надежные методы помехозащиты цифровых данных.

В 2008 году турецкий ученый Эрдал Арикан предложил концепцию полярных кодов, которая, на первый взгляд, сочетала в себе вычислительную простоту и хорошую помехозащиту данных при высокой скорости передачи. Однако при практической реализации полярных кодов выяснилось, что их характеристики хуже существующих аналогов. На сегодняшний день во многих университетах мира пытаются их усовершенствовать.

«Нам удалось построить коды, которые по корректирующей способности и простоте декодирования превосходят конкурентов, — рассказывает доцент Высшей школы программной инженерии Петр Трифонов. — Мы обобщили конструкции полярных кодов, предложенных Ариканом, и получили полярные подкоды. Для этого мы исключили из полярных кодов 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. Используя сведения о среднем числе ошибок, проявляющихся на различных фазах декодирования (то есть в коридорах лабиринта), ученые смогли значительно снизить сложность декодирования. В результате специалисты одновременно получили бо́льшую 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 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 их обобщения рассматривают крупнейшие международные организации для внедрения в стандарт мобильной связи пятого поколения.