Comments 33
Спасибо за статью. Хотелось бы услышать про практическое применение. Может что из наработок есть в" железе" и можно поэкспериментировать?
Спасибо за отзыв. Все наработки (на Хабре несколько статей) программные, в Матлабе. Ищу, кто бы заинтересовался реализацией.
Беглый обзор показывает, что в мире использования таких штук в радиосистемах нет. Значит это либо действительно новое применение, либо заведомо неудачный концепт. Нашёл только копипасту с журнала радиоэлектроники, cplire который. Как туда пропустили - не знаю, видимо действительно интересный концерт.
Весьма интересно, но есть непонятки. К примеру вот:
Для этого виртуального оптического объекта вычисляется одномерная голограмма – одномерный массив H(i), i = 1,…, n – как результат интерференции волнового фронта на виртуальном экране.
Интерференция может быть между двумя волновыми потоками, или от одного пропущенного через две щели. Как её получить от одного волнового фронта - не представляю.
Теоретический аспект можно понять из теории линейных антенных решеток. В каждом элементе решётки формируется комплексная амплитуда поля, равная сумме полей от точечного источника с учётом разностей фаз. Учёт делается в приближении Френеля. Видимо сумму автор трактует как интерференцию.
В простом случае, когда виртуальный источник один (одна светящаяся точка), интерференции на этапе создания голограммы нет, получается простейшая голограмма - зонная пластинка Френеля. Если использовать несколько точек для повышения скорости передачи, интерференция уже будет. Но интерференционная картина возникает в любом случае при восстановлении сигнала в приемнике и именно она позволяет восстановить (декодировать) информацию.
Строго говоря, от одной точки сферическая волна интерференции не создает, а создает зонную пластинку Френеля. Интерференция возникает на этапе восстановления информации в приемнике
Прекрасная статья, однако очень не хватает хорошо оформленных формул той же вероятности ошибки, помехоустойчивости и так далее
Надо было назвать штрих-кодированием.
Судя по всему, проделана большая работа и достигнуты реально значимые результаты. Я попробовал подготовить сравнительный анализ предложенного подхода с известными стандартами передачи данных:
https://gemini.google.com/share/577fef9c03df
Если вкратце, то это больше всего похоже на LoRa (CSS) (Standard).
Список использованных источников:
A.L. Timofeev's research works | Ufa State Aviation Technical University and other places, accessed December 1, 2025, https://www.researchgate.net/scientific-contributions/AL-Timofeev-2187345133
Absolute phase modulation with holographic encoding - SPIE Digital Library, accessed December 1, 2025, https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/13738/3066948/Absolute-phase-modulation-with-holographic-encoding/10.1117/12.3066948.full
Albert K. Sultanov's research works | Ufa State Aviation Technical University and other places - ResearchGate, accessed December 1, 2025, https://www.researchgate.net/scientific-contributions/Albert-K-Sultanov-2026446582
Fresnel diffraction, accessed December 1, 2025, https://grokipedia.com/page/Fresnel_diffraction
Temporal zone plate - Optica Publishing Group, accessed December 1, 2025, https://opg.optica.org/josaa/upcoming_pdf.cfm?id=99064
Experimental Demonstration of an Optimized 16-ary Four-Dimensional Modulation Format Using Optical OFDM, accessed December 1, 2025, https://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/175738/local_175738.pdf
Derivation of the Shannon Spectral Efficiency Limit - Digital Signal Labs, accessed December 1, 2025, http://www.digitalsignallabs.com/downloads/shannonlimit.pdf
Rapid Prototyping of Fresnel Zone Plates via Direct Ga+ Ion Beam Lithography for High-Resolution X-ray Imaging | ACS Nano - ACS Publications, accessed December 1, 2025, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/nn403295k
Numerical techniques for Fresnel diffraction in computational holography - LSU Scholarly Repository, accessed December 1, 2025, https://repository.lsu.edu/context/gradschool_dissertations/article/3126/viewcontent/uc.pdf
Holographic Compensation of Motion Blur by Shutter Modulation* - Optica Publishing Group, accessed December 1, 2025, https://opg.optica.org/abstract.cfm?uri=josa-59-9-1175
Radar with holographic coding of probing signal. Abstract., accessed December 1, 2025, http://jre.cplire.ru/jre/mar24/11/abstract_e.html
Using a multimode fiber to improve data transfer rates - ResearchGate, accessed December 1, 2025, https://www.researchgate.net/publication/385989520_Using_a_multimode_fiber_to_improve_data_transfer_rates
Suppressing Alignment: Joint PAPR and Out-of-Band Power Leakage Reduction for OFDM-Based Systems | Request PDF - ResearchGate, accessed December 1, 2025, https://www.researchgate.net/publication/269935480_Suppressing_Alignment_Joint_PAPR_and_Out-of-Band_Power_Leakage_Reduction_for_OFDM-Based_Systems
Optical Technologies for Telecommunications 2021 | (2022) | Publications - SPIE, accessed December 1, 2025, https://spie.org/Publications/Proceedings/Volume/12295
Using a multimode fiber to improve data transfer rates AL Timofeev 1 , AK Sultanov 1 , IK Meshkov 1 , AR Gizatulin 1 , VK Bagmanov 1, accessed December 1, 2025, https://computeroptics.ru/eng/KO/Annot/KO48-5/480506e.html
Повышение точности позиционирования системы ГЛОНАСС Increasing the positioning ac - ResearchGate, accessed December 1, 2025, https://www.researchgate.net/publication/388331029_Increasing_the_positioning_accuracy_of_the_GLONASS_system/fulltext/6793335a4c479b26c9b19103/Increasing-the-positioning-accuracy-of-the-GLONASS-system.pdf?origin=scientificContributions
The Effect of Spreading Factor Value on the Number of Gateways in the LoRaWAN Network at Bandung City - Journal of Communications, accessed December 1, 2025, https://www.jocm.us/2023/JCM-V18N12-768.pdf
LoRa® and LoRaWAN® - Semtech, accessed December 1, 2025, https://www.semtech.com/uploads/technology/LoRa/lora-and-lorawan.pdf
Back to Basics: The Shannon-Hartley Theorem - Ingenu, accessed December 1, 2025, https://www.ingenu.com/2016/07/back-to-basics-the-shannon-hartley-theorem/
Shannon limit on power efficiency – demystified - GaussianWaves, accessed December 1, 2025, https://www.gaussianwaves.com/2019/11/shannons-limit-on-power-efficiency/
Radar with holographic coding of probing signal - ResearchGate, accessed December 1, 2025, https://www.researchgate.net/publication/379490733_Radar_with_holographic_coding_of_probing_signal
At 4.8 Kbit/s does LORA and FSK have the same sensitivity - Reddit, accessed December 1, 2025, https://www.reddit.com/r/Lora/comments/1g5zy2b/at_48kbits_does_lora_and_fsk_have_the_same/
Denoising Method for Injected Geoelectric Current Field Signals Based on CEEMDAN-IWT, accessed December 1, 2025, https://www.mdpi.com/2079-9292/14/23/4677 Application of holographic coding to increase the reliability of information transmission in noise communication channels. Abstract., accessed December 1, 2025, http://jre.cplire.ru/jre/jun24/8/abstract_e.html
Спасибо за попытку, но этот анализ уводит в сторону. Он содержит много фактических ошибок и неправильных сопоставлений. Один только пример: утверждается, что в голографическом кодировании используется расширение спектра, но в цифровом канале при замене одного кодового слова другим это никакого влияния на спектр оказать не может. Кстати, одно из применений этого кодирования - повышение скорости передачи полезной информации протоколом TCP (никакого спектра), другое - повышение надежности хранения информации в модулях памяти компьютера (вообще нет передачи информации).
С LoRa это тоже никак не пересекается.
Я параллельно работаю и по другим направлениям, не имеющим отношения к голографическому кодированию, и включение в анализ моих статей на эти темы только запутывает анализатора.
Возможно дело в том, что ваш код декодируется в мягком режиме, а те с которыми было сравнение - в жёстком.
Статья интересная, как и тема FEC в целом. Спасибо.
А можно поделиться списоком базовой литературы по вопросу? Хотя бы материалы рекомендованные к начальному рассмотрению?
Не совсем понимаю использованную метрологию в первом рисунке. Обычно кодеки соревнуются в кривой BER/FER vs EbN0(EsN0). Вот такое "выворачивание" характеристики вносит сумятицу в анализ результатов, особенно для тех кто не в теме, из-за того что кривая кодирования, в области низких отношений EbN0/EsN0 очень плавная и там увеличение ошибок в 2 раза, это не "огого в 2 раза", это "всего" 0.1-0.2дБ..
Например, возьем тот же стандартный VL-SNR DVB S2x. Самый дальнобойный его вариант VL-SNR set 1 BPSK-S 1/5 (pi/2 BPSK 1/5 Spreading Factor 2) обеспечивает BER меньше 1е-6 при EsN0 ~= -9.5дБ. Его избыточность 1/10. Делается "за копейки левой задней ногой". Вот как это можно сравнить с вашими результатами?
Спасибо за прочтение. Литература:
Использование голографического кодирования для повышения помехоустойчивости каналов связи
Повышение срока активного использования бортовой электронной аппаратуры космических аппаратов
Не совсем понимаю использованную метрологию в первом рисунке. Обычно кодеки соревнуются в кривой BER/FER vs EbN0(EsN0). Вот такое "выворачивание" характеристики вносит сумятицу в анализ результатов
С моей точки зрения такое представление ближе к физическому смыслу и облегчает понимание. Из рисунка видно, что с кодом Рида-Соломона вероятность безошибочного приема падает до нуля при вероятности ошибки в канале более 0,07, а при голографическом кодировании безошибочный прием обеспечивается при вероятности ошибки 0,4 (40% передаваемых бит искажены).
Самый дальнобойный его вариант VL-SNR set 1 BPSK-S 1/5 (pi/2 BPSK 1/5 Spreading Factor 2) обеспечивает BER меньше 1е-6 при EsN0 ~= -9.5дБ
это отношение энергии символа к плотности мощности шума. Сравнивать разные методы по этому показателю можно, но как понять, каков максимально допустимый процент ошибок?
Для нормальных каналов избыточность голографического кодирования слишком сильно замедляет передачу. Хотя есть исключение - в статье Повышение скорости передачи данных в мобильных сетях показано, что когда в сотовой сети скорость передачи падает в 100 раз (на краю зоны покрытия, внутри зданий, ...) 10-кратная избыточность голографического кодирования позволяет поднять скорость в 20 раз. И есть задачи, для которых надежность передачи информации гораздо важнее скорости.
Спасибо за литературу, посмотрю.
С моей точки зрения такое представление ближе к физическому смыслу и облегчает понимание. Из рисунка видно, что с кодом Рида-Соломона вероятность безошибочного приема падает до нуля при вероятности ошибки в канале более 0,07, а при голографическом кодировании безошибочный прием обеспечивается при вероятности ошибки 0,4 (40% передаваемых бит искажены).
Точки зрения бывают и разные, но стандартную метрологию это не отменяет). Коэффицент ошибок в канале, в котором вообще нет информации это 0.5. Коды РС я бы вообще не рассматривал в качестве альтернативы, т.к. они исправляют символ и их корректирующая способность сильно зависит от распределения ошибок. При неудачном стечении обстоятельств можно получить корректирую способность по битовым ошибкам в 2^"размер поля" раз меньше чем при самом удачном случае)
Сравнивать разные методы по этому показателю можно, но как понять, каков максимально допустимый процент ошибок?
matlab - bertool, там можно выбрать нужную модуляцию, задать пороги EbN0, получить кривые для некодированной модуляции. Потом перевести в EsN0(SNR) и сравнить или воспользоваться функцией berawgn и EsN0 = EbN0 + 10*log(bit_per_symbol)
Но проще, при наличии кодека, провести стандартный bertest на наборе хотя бы 1е6 бит.
Мне кажется что стандартная метрология более наглядно покажет ваш кодек, в том числе с точки зрения понимания сколько еще есть энергии до предела Шенона.
И еще момент, который не рассмотрен в статье, при работе с мощными кодами, которые могут работать под шумами, во весь рост встает проблема синхронизации демодулятора. При шуме ниже -10дб, синхронизацию можно вообще не найти, там нужно суметь собрать энергию для этого. Т.е. не к любой системе ваши коды применимы.
Основная идея – использования голографического преобразования для повышения надежности передачи и хранения информации. Вариантов использования много. Передача информации может быть по классическому последовательному каналу или по параллельному. Параллельный способ в оптике – по многомодовому волокну передача всей голограммы сразу (статья опубликована в Оптическом журнале), в радиодиапазоне – передача и прием радиоголограммы антенными решетками (в работе). В последовательном канале – тоже два варианта: в цифровом канале – голографическое кодирование (несколько статей на Хабре), в аналоговом – голографическая модуляция (в работе).
Каждый из этих методов может иметь много применений – от цифровой радиолокации до повышения устойчивости к ионизирующему излучению памяти бортовых компьютеров космических аппаратов. Для сравнения эффективности этих методов в каждом из применений нужны свои критерии: в радиолокации – отношение сигнал/шум, в системах памяти – число ошибок, в расширении зоны покрытия мобильных сетей – снижение числа сбойных TCP-пакетов, в повышении точности ГЛОНАСС – число видимых спутников. Ни в одном из этих применений ни отношение EbN0/EsN0, ни приближение к пределу Шеннона ничего не скажут заказчику.
Вопрос синхронизации важен всегда, но решается он привычным способом – использованием пилот-сигнала в качестве стартового импульса, естественно, в голографической форме. Особо рассмотрен этот вопрос в отношении абсолютной фазовой модуляции.
Ни в одном из этих применений ни отношение EbN0/EsN0, ни приближение к пределу Шеннона ничего не скажут заказчику.
Вам конечно виднее, но как человек который разработал и внедрил большое количество различных кодеков FEC в системы радиосвязи, могу сказать что заказчики всегда смотрят на кривые кодирования(энергетику). Вы же пишете не только про системы данных и провода, а именно про системы радиосвязи. А без кривых кодирования нет базы. ИМХО любые попытки подменить стандартую метрологию, похожи на попытки выдать желаемое за действительное)
Беру пазу на изучение ваших ссылок и статей.
То, что Вы описываете, называется [Cyclic] Code Shift Keying (CSK или CCSK), где значение передаваемого числа кодируется сдвигом выбранного кода на число позиций, соответствующих передаваемому числу. При приёме вычисляется корреляционная функция между принятой последовательностью и не сдвинутым кодом, и по положению корреляционного пика определяется переданное число. Обычно в качестве кода там используются PRN последовательности, обладающие идеальной автокорреляционной функцией. В Вашей реализации таким кодом является одномерная дифракционная "линза Френеля" в цифровом представлении. Лучше она (по сравнению с PRN кодом той же длины) или нет — попробуйте проверить в Matlab.
Да, голографическое кодирование близко к кодированию CSK. В статье https://habr.com/ru/articles/971616/ проведено сравнение и показано преимущество голографического способа относительно корреляционного приёма М-последовательности (вариант PRN- кода) . Плюс к этому применение голографического кодирования не во временной, а в частотной области (спектральное голографическое кодирование) дает дополнительный выигрыш в отношении сигнал/шум на 8 дБ. При этом голографический спектральный способ можно отнести к группе OFDM. А математически голографическое кодирование очень близко к нелинейной частотной модуляции (частота в степени 3/2). Я не претендую на авторство голографического преобразования, голографию придумал Габор. Я пытаюсь обратить внимание на перспективы использования описанного в учебниках свойства делимости голограммы и популяризирую его возможности для повышения надежности передачи и хранения информации - от передачи изображений в многомодовых волокнах до устойчивой к ошибкам серверной памяти, от радиолокации до повышения скорости в мобильных сетях. При этом всë это - только простейший вариант, основанный на линейной одномерной голограмме с большой избыточностью и низкой скоростью. В оптике же все привыкли, что на одну и ту же фотопластинку можно записать либо двумерное изображение, либо 3-D голограмму этой же сцены, и не одну, а несколько на разных частотах. При цифровой реализации это даст не избыточность, а многократное уплотнение с многократным же увеличением скорости передачи при использовании радиоголографии. Надо только приложить к этому руки и голову.
В статье https://habr.com/ru/articles/971616/ проведено сравнение и показано преимущество голографического способа относительно корреляционного приёма М-последовательности (вариант PRN- кода)
Простите, но хотелось бы посмотреть, как Вы сравнивали. Буду признателен, если Вы пришлёте мне пример программы в MATLAB с тестом. Можно здесь или в личку.
Я пытаюсь обратить внимание на перспективы использования описанного в учебниках свойства делимости голограммы
Это свойство происходит благодаря распределению информации о каждой точке объекта по всей площади голограммы; или объёму, если голограмма записывается в толстой среде. Но такая концепция помехоустойчивого кодирования уже давно используется в цифровой технике. Есть, например LDPC и Турбо-коды… Или посмотрите, как устроена запись на CD, DVD и BlueRay. Там код Рида-Соломона с глубоким перемежением именно для “размазывания” информации по большей длине дорожки с целью защиты от царапин.
Я Вас прекрасно понимаю, очень хорошо знаю, что такое голография — не только в смысле записи объёмных изображений, а и с точки зрения обработки информации. Когда-то “Фурье-оптика” Гудмена была настольной книгой. И я лет 30-40 назад очень интересовался и голографической памятью, и оптической обработкой информации. Тогда это заставило меня изучать методы цифрового кодирования…
Так Вы можете прислать пример программы в MATLAB с Вашим тестом для сравнения голографического способа кодирования с другими?
Повышение помехоустойчивости каналов связи