การสื่อสารในห้วงอวกาศ BER และ FEC?

พวกเขาได้รับอัตราความผิดพลาดบิตแบบไหนจากการสื่อสารในห้วงอวกาศ (Pioneer, Voyager, et.al. ) และการมอดูเลตแบบใดและ FEC ช่วยให้พวกเขากู้คืนข้อความด้วยระดับสัญญาณที่ได้รับจากกล้องจุลทรรศน์

มีวิธีการมอดูเลตและรูปแบบการเข้ารหัสที่ทันสมัยกว่าสำหรับเงื่อนไขของช่องสัญญาณที่คล้ายกันหรือไม่?

เป็นเวลาหลายปีที่สถานะของศิลปะคือการใช้ "รหัสภายใน" และ "บล็อกนอก" รหัส convolutional คำศัพท์ "Inner" และ "outer" มาจากแผนภาพบล็อกต่อไปนี้:

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

รหัส Convolutional ถูกใช้เป็นโค้ดภายในเนื่องจากมีประสิทธิภาพมากและสามารถแก้ไขข้อผิดพลาดบิตจำนวนมากได้ พวกเขามีจุดอ่อนแม้ว่าเมื่อมีข้อผิดพลาดมากมายที่อยู่ใกล้กันพวกเขาสามารถทำลายและคายข้อผิดพลาดออกมาในตำแหน่งนั้น โค้ดด้านนอกใช้เพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดเหล่านั้น รหัสบล็อกไม่ได้มีประสิทธิภาพเท่ากับรหัส convolutional (อย่าใช้บิต / สัญลักษณ์หลายพาริตี้เช่นกัน) แต่ก็สามารถจัดการกับข้อผิดพลาดต่างๆได้ดี นอกจากนี้มักจะมี deinterleaver อยู่ระหว่างโค้ดด้านในและด้านนอกที่กระจายการกระจายของข้อผิดพลาดระหว่างบล็อกจำนวนมากทำให้ง่ายยิ่งขึ้นสำหรับรหัสบล็อกเพื่อแก้ไข

ดังที่หมวดโทรคมนาคมอวกาศห้วงของวิกิพีเดียกล่าวไว้ในช่วงต้นของรหัสภายใน / ภายนอกคือรหัส Viterbi (convolutional) และรหัส Reed-Muller ต่อมาพวกเขาเป็นรหัส Viterbi และ Reed-Solomon

ในช่วงต้นทศวรรษ 90 รหัสเทอร์โบถูกค้นพบและนำพาโลกของ FEC ให้พ้นจากพายุ ในปี 2000 รหัสตรวจสอบความเท่าเทียมกันที่มีความหนาแน่นต่ำได้รับความนิยมเพิ่มขึ้น พวกเขาถูกค้นพบในปี 1960 โดย Gallagher แต่ไม่สามารถนำไปปฏิบัติได้จนกระทั่งเมื่อเร็ว ๆ นี้เนื่องจากภาระการคำนวณที่พวกเขาต้องการ ทั้งรหัส Turbo และ LDPC ใกล้จะเหมาะสมที่สุดในแง่ที่ว่าพวกเขาเข้าใกล้ขีด จำกัด ของ Shannon ในสิ่งที่เป็นไปได้ที่จะบรรลุด้วย FEC ปัจจุบัน NASA ใช้ทั้งรหัสเทอร์โบและรหัส LDPC เท่าที่ฉันทราบ

เช่นเดียวกับการออกแบบระบบการสื่อสารที่น่าเชื่อถือการออกแบบการสื่อสารในพื้นที่ลึกที่เชื่อถือได้นั้นต้องการมากกว่าแค่การเพิ่ม FEC ที่ทรงพลัง สัญญาณไฟการสูญเสียพา ธ พื้นที่ว่างเสียงตัวรับสัญญาณและอื่น ๆ จะต้องนำมาพิจารณา การสื่อสารในห้วงอวกาศจริง ๆ แล้วมีข้อดีและข้อเสียอย่างใหญ่หลวงสองประการ ข้อเสียคือระยะทางมหาศาลและกำลังส่งสัญญาณที่ จำกัด ข้อดีคือเสาอากาศปรับทิศทางได้สูงมากเสียงรบกวนต่ำที่จานดินได้รับจากการมองไปในที่ว่างเปล่าเสียงที่ต่ำกว่าที่ได้รับจากการทำความเย็นเครื่องรับด้วยไนโตรเจนเหลว ฯลฯ พวกเขายังสามารถชะลออัตราข้อมูลในขณะที่ การรักษากำลังส่งคงที่เพื่อให้พลังงานเพิ่มขึ้นเล็กน้อย

การเข้ารหัสแบบร่วมของ Interleaved สามารถใช้ลดค่าใช้จ่ายของ ECC และการสูญเสีย / การประหยัดแบนด์วิดท์ที่ใช้สำหรับข้อมูลพาริตี

1. แยกข้อมูลออกเป็น N สตรีม สมมติว่ามี 8 สตรีมและดังนั้นแต่ละบิตของไบต์ไปในสตรีมที่แยกต่างหาก
2. ส่งบิตที่ซับซ้อนของแต่ละสตรีมตามลำดับ
3. ดังนั้นหากมีข้อผิดพลาดต่อเนื่องของการพูด 5 บิตมันจะส่งผลกระทบเพียงเล็กน้อยของแต่ละสตรีม
4. ความยาวสูงสุดของข้อผิดพลาดต่อเนื่องที่กู้คืนได้คือจำนวนสตรีมความสามารถในการแก้ไขตามลำดับของ N x แต่ละสตรีม

ตัวอย่างเช่นหากการเข้ารหัส convolution ของคุณสามารถแก้ไขข้อผิดพลาดบิตที่ตามมาได้ถึง 2 ข้อสำหรับการเข้ารหัส interleaved 8 สตรีมคุณสามารถแก้ไขข้อผิดพลาดได้ถึง 16 ข้อ