Сравнение режимов помехозащищённости

Актуальный срез

Замеры на текущем протоколе V1. Эталон — одно сообщение, два варианта: короткое «ПРИВЕТ» и длинное «ПРИВЕТ МИР! ЭТО НОВЫЙ ПРОТОКОЛ ПКВ26, ВСТРЕЧАЙТЕ!» (R1AAA→R9BBB). Порог — PER ≤ 1e‑2, AWGN; «real» — QRN+QRM (--mode=real). 200 кадров/точку, шаг 1 дБ.

База: 200 мс, 360/4, RS(4,2) — короткое 55,6 с / длинное 84,4 с; порог AWGN −5,7/−4,9 дБ (в полосе) = −17,9/−17,1 (полн. 6 кГц).

Режим (speed, band/бит, FEC) Время, с (кор/дл) AWGN, дБ в полосе (кор/дл) AWGN, полн. 6 кГц (кор/дл) real, дБ в полосе (кор/дл) Комментарий
база 200, 360/4, RS_4_2 55,6 / 84,4 −5,7 / −4,9 −17,9 / −17,1 −2,5 / пол 1,0 эталон
150, 360/4, RS 43,7 / 65,3 −4,0 / −3,7 −16,2 / −15,9 — −22 % времени, +1,5 дБ
100, 360/4, RS 31,8 / 46,2 −2,2 / −1,8 −14,4 / −14,0 — −43 %, +3 дБ
50, 360/4, RS 19,9 / 27,1 +0,9 / +1,5 −11,3 / −10,7 −1,2 / −0,7 −64 %, +6 дБ
200, 680/5, RS 46,4 / 69,2 −8,0 / −7,9 −17,5 / −17,4 — −17 %, физически ≈ базе
200, 720/5, RS 55,6 / 84,4 −8,5 / −7,9 −17,7 / −17,1 — ≈
200, 1080/5, RS 55,6 / 84,4 −10,0 / −10,1 −17,5 / −17,6 — ≈
200, 1360/6, RS 46,4 / 69,2 −10,7 / −11,0 −17,1 / −17,4 — ≈
200, 1320/6, RS 40,4 / 59,2 −11,4 / −11,0 −18,0 / −17,6 −12,0 / −11,5 −27 %, физически ≈ базе
200, 360/4, LDPC_1_2 55,6 / 84,4 −7,8 / −8,1 −20,0 / −20,3 −8,9 / −6,5 +2,2 дБ к базе, время то же
200, 360/4, LDPC_1_3 79,2 / 122,4 −8,1 / −8,1 −20,3 / −20,3 — +2,4 дБ, +42 % времени
200, 360/4, LDPC_1_4 103,2 / 160,8 −8,4 / −8,3 −20,6 / −20,5 −9,5 / −8,5 +2,7 дБ, +85 % времени
50, 1320/6, RS 16,1 / 20,8 −5,2 / −5,0 −11,8 / −11,6 — быстро, но порог как у 50/360
50, 1320/6, LDPC_1_2 15,9 / 20,8 −5,4 / −5,5 −12,0 / −12,1 −5,7 / −5,9 мягкий FEC на 50/1320 выигрыша не даёт

P_det (общий барьер; базовая секция всегда 360/4): 0,9 при ≈ −10,3 дБ (в полосе 360) = −22,5 (полн. 6 кГц). Для всех режимов порог декодирования выше P_det, т.е. ограничитель — декодирование.

Выводы V1 (комментарий к базе)

  1. Полоса — это скорость, не чувствительность. В нормировке «полн. 6 кГц» все полосы при 200 мс/RS дают ≈ −17…−18 дБ (разница ≤1 дБ): 1320/6 быстрее базы на ~27 % при той же физической защите.
  2. Скорость — прямой товар: каждая ступень (200→150→100→50) стоит ≈ 2–3 дБ (полн.): 50 мс ≈ +6 дБ к базе. Для слабого сигнала — только 200 мс.
  3. Мягкие FEC (V1) заменяют голосование лишь частично: LDPC_1_2 даёт +2,2 дБ при том же времени (полн. −20,0 против −17,9), LDPC_1_4 — +2,7 дБ ценой +85 % времени. Цель «догнать голосование 3×» (−8,9 дБ в полосе = −21,1 полн.) не достигнута: лучший результат −20,6 полн. (недобор ≈ 0,5 дБ при 200 кадрах; точность ±0,5 дБ — см. §10 прил. 2).
  4. Длина сообщения: короткое «ПРИВЕТ» на 0,5–1 дБ устойчивее длинного (короче кадр), но несёт меньше данных.
  5. Импульсный шум (real, QRN/QRM): длинные кадры RS(4,2) упираются в «пол» по PER (base long — 1,0 при любом SNR); мягкий FEC его снимает (LDPC_1_2 long — 0 при −5 дБ). Под QRN выигрыш мягкого FEC больше, чем по AWGN.
  6. «Быстро + широко + мягкий» (50/1320/LDPC) выигрыша не даёт: на 50 мс/1320 порог ≈ как у RS (−5,4 против −5,2), т.к. короткие 6‑битные символы дают плохой LLR.

Методика V1

  • --mode=real = QRN(1/с, 6×RMS) + QRM(100 Гц, 2×RMS).
  • Время — из строки # frame: … dur= того же прогона (совпадает с wav_text_encode).
  • P_det — --det-frames=50, отдельный прогон.
  • Точность: 200 кадров/точку → ±0,5 дБ; цели §15 и точная калибровка FEC — §10 приложения 2 (1500 кадров).

Эталонное сообщение: текст «ПРИВЕТ МИР!», позывные R1ABC → R2XYZ, Кадр ≈ 59 Б.

Референсы SNR и классы замеров

  • «В полосе» — канонический референс §15: мощность сигнала / мощность шума в полосе сигнала (band): 360 / 680 / 1320 Гц. Шум белый — чем шире полоса, тем больше шума в знаменателе, и тем хуже выглядит число SNR при том же физическом сигнале.
  • «Полн. 6 кГц» — общий знаменатель для всех строк: мощность шума во всей полосе Найквиста стенда (FS/2 = 6 кГц). Пересчёт: SNR_full = SNR_band − 10·lg(6000/B) (band 0 = −12,2 дБ, band 1 = −9,5, band 5 = −6,6).
  • Правила пользования колонками: внутри одной полосы (сравнение FEC/скорости/голосования) достаточно «в полосе» — референс одинаков; между полосами разной ширины — только «полн. 6 кГц». Иллюзия референса: у 1320/6 порог в полосе −11,3 против −5,2 у 360/4 — кажется «на 6 дБ лучше», но физически (шум на герц одинаков) режимы эквивалентны: −17,9 против −17,4 в полной нормировке.
  • Показания индикатора приложения/стенда зависят от референса (флаг --snr-ref full).
  • Порог — PER ≤ 1e‑2 (кроме оговорённых).
  • Пометки: (З) — замер §15 (полный класс, 1e4 кадров); (Б) — быстрый класс, 100 кадров/точку, 2026‑09‑26, точность ±0,5 дБ, AWGN, --seed=26; (Э) — экстраполяция ×4 по калиброванной шкале скоростей (§15 подтвердил энергию ∝ T с точностью ≤0,1 дБ); (З-х) — харнесс маяка (физика детектора, без реализации режима).
  • Время — фактическая длительность передачи (encode WAV, 8 кГц).

Часть 1. Одно-параметровые отклонения от базы

База: 200 мс, 360/4, RS(4,2), голосование ×1 → 86 с; −5,2 дБ (З)

# Скорость Полоса/биты FEC Голос. Время В полосе Полн. 6 кГц Плюсы / минусы Вывод
1 200 360/4 RS(4,2) ×1 86 с −5,2 (З) −17,4 эталон база
2 200 360/4 RAW ×1 48 с −4,5 (Б) −16,7 −44% времени; нет коррекции ошибок только чистый эфир
3 200 360/4 CONV_1_2 ×1 87 с −5,7 (Б) −17,9 +0,5 дБ к RS мягкое решение, +0,5 дБ
4 200 360/4 LDPC_1_2 ×1 86 с −5,7 (Б) −17,9 +0,5 дБ к RS при том же времени аналогично CONV на этом пороге
5 150 360/4 RS(4,2) ×1 67 с −4,0 (Б) −16,2 −22% времени; +1,2 дБ порог хорошее эфирное время
6 100 360/4 RS(4,2) ×1 47 с −2,3 (Б) −14,5 −45% времени; +3 дБ порог день/хороший канал
7 50 360/4 RS(4,2) ×1 28 с +0,3 (Б) −11,9 −67% времени; запаса нет только сильный сигнал
8 200 680/5 RS(4,2) ×1 71 с −8,3 (Б) −17,8 −17% времени; физически ≈ базе быстрее при той же защите
9 200 1320/6 RS(4,2) ×1 60 с −11,3 (Б) −17,9 −30% времени; физически ≈ базе лучшее «цена/качество»
10 200 360/4 RS(4,2) ×3 226 с −8,8 (Б) / −8,9 (З) −21,0 +3,6 дБ; ×2,6 времени рабочая лошадка слабого сигнала

Часть 2. Комбинации

# Конфигурация Время В полосе Полн. 6 кГц Комментарий
11 LDPC + 3× (200, 360/4) 226 с −8,8 (Б) −21,0 аналогично RS+3×: на пороге 1e‑2 FEC-тип почти не различим
12 CONV + 3× (200, 360/4) 227 с −8,8 (Б) −21,0 то же
13 680/5 + LDPC (×1) 71 с −8,3 (Б) −17,8 ≈ band1+RS
14 1320/6 + LDPC (×1) 60 с −11,8 (Б) −18,4 +0,5 дБ физически к #9
15 1320/6 + RS + 3× 153 с −14,3 (Б) −20,9 уровень #10–11 при −32% времени
16 1320/6 + LDPC + 3× 153 с −14,3 (Б) −20,9 максимум текущих режимов
— Барьер захвата P_det (преамбула, все не-deep режимы) — −10,5 (З, band 0) / −16,5 (Б, band 5-ref) −22,7 ниже P_det режимы 10–16 не работают

Часть 3. Режим повышенной помехозащищённости deep ×4

Оценки: данные — (Э) = порог 200 мс минус 6,0 дБ; захват — харнес маяка (1,6 с, длинное окно 1,6 с / бин 0,625 Гц, порог отношения энергий 7) и (Э) для ×4-преамбулы. Время = 4× + маяк 1,6 с.

Конфигурация Время В полосе (прив.) Полн. 6 кГц Комментарий
deep: 200→800 мс, LDPC + 3×, 360/4 904 с −14,8 (Э) −27,0 цель −14 достигается
deep: 800 мс, LDPC + 3×, 1320/6 615 с −20,3 (Э, band 5-ref) −26,9 то же, на 32% быстрее
Барьеры: маяк 1,6 с — −16 (З-х, band 0-ref) −28,2 длинный Гёрцель 0,625 Гц, P_false ≤ 7e‑3
Барьеры: преамбула ×4 — −16,5 (Э, band 0-ref) −28,7 согласуется
Итог deep end-to-end ≈ −14,7 (band 0-ref) ≈ −27,0 ограничитель — декодирование данных, не захват

Пределы помехозащищённости (сводка)

Иерархия порогов (все — PER ≤ 1e‑2, полн. 6 кГц; в скобках — в полосе):

Предел Значение Что это
Максимум декодирования реализованных режимов −20,9…−21,0 (Б) (#10–12: 360/4+FEC+3×; #15–16: 1320/6+FEC+3×) нижняя граница PER≤1e‑2; достигается и на узкой, и на широкой полосе — разница между ними ≈0,1–0,5 дБ
Максимум end-to-end (с захватом) то же −20,9…−21,0 (Б) порог декодирования лежит выше P_det, кадры на этом уровне реально принимаются (P_det ≈ 0,99 по замерам band 5)
Барьер захвата P_det −22,7 (З; band 0-ref −10,5 / band 5-ref −16,5 (Б)) глубже не работает ничего из реализованного: улучшение декодирования ниже −20,9 бессмысленно без Э19
Проект deep ×4 (Э19, не реализован) ≈ −26,9 (Э) данные / −28,2 маяк (З-х) / −28,7 преамбула ×4 (Э) цель −14 дБ (band 0-ref) закрывается с запасом; ограничитель цепочки — декодирование

Эквивалентность «максимумов» по полосам (важно):

  • В колонке «в полосе» #16 (1320/6+LDPC+3×) выглядит на 5,5 дБ лучше #10 (360/4+RS+3×): −14,3 против −8,8 — артефакт референса (полоса band 5 в 3,7 раза шире). В полной нормировке разница 0,1 дБ.
  • Ожидаемый «ортогональный выигрыш 6-битных символов» (+1,5…2 дБ) на пороге PER 1e‑2 не подтвердился: реальная дельта band 5 к band 0 — +0,5 дБ у LDPC, ≈0 у RS. Практический смысл широкой полосы — скорость (−30% времени: 60 с против 86 с базы), а не защита.
  • Итоговая формула выбора: 360/4 и 1320/6 с FEC+3× дают одинаковую защиту; 1320/6 быстрее, но занимает весь конверт 1000–2360 Гц.

Выводы

  1. P_det (−10,5 дБ band 0-ref / −22,7 полн.) — общий барьер всех текущих режимов: улучшение декодирования дальше #10–16 (−8,8…−14,3) упирается в захват. Отсюда приоритет Э19 (маяк + ×4).
  2. Тип FEC на пороге PER 1e‑2 почти не различим (+0,5 дБ LDPC/CONV к RS): на коротких кадрах (≈60 Б) при этом пороге все коды rate 1/2 дают близкий результат. Выигрыш сильных кодов ожидаем при более низких PER (1e‑3…1e‑4) и длинных кадрах — кандидаты на калибровку при вводе целей §15 для 5/6.
  3. Голосование 3× — главный подтверждённый рычаг: +3,6 дБ за ×2,6 времени (согласуется с §15: +3,7 дБ).
  4. Широкая полоса — выигрыш во времени, не в физике: в собственном референсе пороги «уезжают» вниз (артефакт ширины полосы референса); в нормировке к полному диапазону band 5 ≈ band 0 + 0…0,5 дБ, но передача на 30% быстрее (#9, #14, #15–16). Занимает весь конверт 1000–2360 Гц.
  5. deep ×4 закрывает цель −14 дБ с запасом: ограничитель — декодирование (−14,7 band 0-ref), захват (маяк −16) ниже. Время — цена: 10–15 мин на кадр.
  6. Скорость — предсказуемый товар: дельты порога от скорости совпадают с теорией (§15); каждая ступень ×2 времени ↔ ±3 дБ.

Методика

  • Часть 1–2: 100 кадров/точку, шаг 0,5 дБ, seed 26, порог PER ≤ 1e‑2 по нижней точке «PER ≤ 0,01» (быстрый класс — предварительно; полная методика §15 — 1e4 кадров — при объявлении целей).
  • Харнесс маяка: (удалён после прогона): тон 1340 Гц, 1,6 с, AWGN; две статистики — сумма 8 окон 200 мс (порог 3; P_det 0,9 при −13 дБ) и один Гёрцель 1,6 с (порог 7; P_det 0,9 при −16 дБ, P_false ≤ 7e‑3); 300 испытаний/точку. Идеализация: без сканирования по времени и сдвига частоты — реальный порог может быть на 0,5–1 дБ выше.