Komunikacja kosmiczna BER i FEC?

Jaki bitowy poziom błędu uzyskują z komunikacji w kosmosie (Pioneer, Voyager, i in.) I jaki rodzaj modulacji i FEC pozwala im odzyskać komunikaty z tym mikroskopijnym poziomem mocy odbieranego sygnału?

Czy istnieją bardziej nowoczesne metody modulacji i schematy kodowania dla podobnych warunków kanału?

Przez wiele lat stan techniki polegał na stosowaniu splotowego „kodu wewnętrznego” i bloku „kodu zewnętrznego”. Terminologia „wewnętrzna” i „zewnętrzna” pochodzi z następującego schematu blokowego:

$$\boxed{\scriptstyle \rm Payload}{\longrightarrow}\boxed{\scriptstyle\textrm{Outer Encode}}{\longrightarrow}\boxed{\scriptstyle\textrm{Inner Encode}}{\longrightarrow}\boxed{\scriptstyle\rm Channel}{\longrightarrow}\boxed{\scriptstyle\textrm{Inner Decode}}{\longrightarrow}\boxed{\scriptstyle\textrm{Outer Decode}}{\longrightarrow}\boxed{\scriptstyle\rm Payload}$$

Kody splotowe zostały użyte jako wewnętrzny kod, ponieważ są bardzo wydajne i mogą korygować dużą liczbę błędów bitowych. Mają jednak słabość - gdy jest wiele błędów, które są blisko siebie, mogą się zepsuć i wypluć błędy w serii w tym miejscu. Kod zewnętrzny służy do korygowania serii błędów. Kody blokowe nie są tak potężne, jak kody splotowe (nie używaj też tylu bitów / symboli parzystości), ale dobrze radzą sobie z serią błędów. Zwykle między kodami wewnętrznym i zewnętrznym zwykle znajdował się element rozplatający, który rozkładał wybuchy błędów na wiele bloków, co jeszcze bardziej ułatwiało ich poprawienie.

Jak mówi sekcja Deep Space Telecommunications w Wikipedii , na początku wewnętrznymi / zewnętrznymi kodami były kody Viterbi (splotowe) i Reeda-Mullera. Później były to kody Viterbiego i Reeda-Solomona.

Na początku lat 90. odkryto kody Turbo i podbiły świat FEC. W 2000 r . Popularność zyskały kody kontroli parzystości o niskiej gęstości . Zostały odkryte w 1960 roku przez Gallaghera, ale do niedawna nie były możliwe do wdrożenia z powodu wymaganego obciążenia obliczeniowego. Zarówno kody Turbo, jak i LDPC są prawie optymalne w tym sensie, że zbliżają się bardzo do limitu Shannona tego, co można osiągnąć dzięki FEC. Obecnie, o ile mi wiadomo, NASA używa zarówno kodów Turbo, jak i LDPC.

Podobnie jak projektowanie niezawodnego systemu komunikacji, projektowanie niezawodnej komunikacji w kosmosie wymaga czegoś więcej niż tylko dodania potężnego FEC. Należy wziąć pod uwagę moc sygnału, utratę ścieżki wolnej przestrzeni, szum odbiornika itp. Komunikacja w przestrzeni kosmicznej ma w rzeczywistości wiele zalet i dwie ogromne wady. Wady to ogromna odległość i ograniczona moc nadajnika. Zaletą są anteny kierunkowe o bardzo dużym zysku, niski poziom hałasu, jaki uzyskują naczynia ziemne, gdy patrzą w pustą przestrzeń, jeszcze niższy hałas, jaki uzyskują poprzez chłodzenie odbiorników ciekłym azotem itp. Mogą również spowolnić szybkość transmisji danych, podczas gdy utrzymywanie stałej transmitowanej mocy, aby dać każdemu bitowi więcej energii.

Przeplatane kodowanie splotowe może być wykorzystane do zmniejszenia narzutu ECC i marnotrawstwa / oszczędności pasma wykorzystywanego do informacji o parzystości.

1. Podziel dane na N strumieni. Załóżmy, że istnieje 8 strumieni, a zatem każdy bit bajtu przechodzi w osobny strumień.
2. Przesyłaj zwinięty bit każdego strumienia sekwencyjnie.
3. Zatem jeśli wystąpi błąd seryjny, powiedzmy 5 bitów, wpłynie to tylko na jeden bit każdego strumienia.
4. Maksymalna długość możliwego do odzyskania błędu serii jest liczbą strumieni N x możliwości korekcji sekwencyjnej każdego strumienia.

Na przykład, jeśli kodowanie splotowe jest w stanie skorygować do 2 kolejnych błędów bitowych, to w przypadku kodowania z przeplotem 8 strumieni można skorygować do 16 błędów.