Truyền thông không gian sâu BER và FEC?

Loại tỷ lệ lỗi bit nào họ nhận được từ truyền thông không gian sâu (Pioneer, Voyager, et.al.), và loại điều chế và FEC nào cho phép họ khôi phục tin nhắn với mức công suất tín hiệu thu được cực nhỏ đó?

Có phương pháp điều chế hiện đại hơn và sơ đồ mã hóa cho các điều kiện kênh tương tự không?

Trong nhiều năm, trạng thái của nghệ thuật là sử dụng một "mã bên trong" tích chập và một "mã bên ngoài" khối. Thuật ngữ "bên trong" và "bên ngoài" đến từ sơ đồ khối sau:

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

Mã chuyển đổi được sử dụng làm mã bên trong vì chúng rất mạnh và có thể sửa một số lượng lớn lỗi bit. Tuy nhiên, chúng có một điểm yếu - khi có rất nhiều lỗi gần nhau, chúng có thể phá vỡ và phát sinh lỗi trong một vụ nổ tại vị trí đó. Mã bên ngoài được sử dụng để sửa các lỗi đó. Mã khối không mạnh bằng mã chập (cũng không sử dụng nhiều bit / ký hiệu chẵn lẻ), nhưng chúng rất tốt trong việc xử lý các đợt lỗi. Ngoài ra, thường có một bộ khử nhiễu ở giữa các mã bên trong và bên ngoài, phát tán các lỗi sai giữa nhiều khối, giúp mã khối dễ dàng sửa lỗi hơn.

Như phần Viễn thông không gian sâu của Wikipedia cho biết, ban đầu các mã bên trong / bên ngoài là mã Viterbi (tích chập) và mã Reed-Muller. Sau đó, họ là mã Viterbi và Reed-Solomon.

Vào đầu những năm 90, mã Turbo đã được phát hiện và đưa thế giới FEC vào cơn bão. Trong các mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp của những năm 2000 đã trở nên phổ biến. Chúng được Gallagher phát hiện vào năm 1960, nhưng không khả thi để thực hiện cho đến gần đây vì tải trọng tính toán mà chúng yêu cầu. Cả hai mã Turbo và LDPC đều gần tối ưu theo nghĩa là chúng rất gần với giới hạn Shannon về những gì có thể đạt được với FEC. Hiện tại NASA sử dụng cả mã Turbo và LDPC, theo như tôi biết.

Giống như thiết kế bất kỳ hệ thống truyền thông đáng tin cậy nào, thiết kế truyền thông không gian sâu đáng tin cậy đòi hỏi nhiều hơn là chỉ thêm FEC mạnh mẽ. Công suất tín hiệu, mất đường dẫn không gian tự do, nhiễu thu, v.v., phải được xem xét. Truyền thông không gian sâu thực sự có rất nhiều lợi thế và hai nhược điểm rất lớn. Những nhược điểm là khoảng cách rất lớn và công suất máy phát hạn chế. Ưu điểm là ăng-ten định hướng có mức tăng rất cao, độ nhiễu thấp mà các đĩa đất thu được khi nhìn vào không gian trống, tiếng ồn thậm chí còn thấp hơn bằng cách làm mát máy thu của chúng bằng nitơ lỏng, v.v. Chúng cũng có thể làm chậm tốc độ dữ liệu của chúng trong khi giữ cho công suất truyền không đổi để cung cấp cho mỗi bit nhiều năng lượng hơn.

Mã hóa tích chập xen kẽ có thể được sử dụng để giảm chi phí ECC và lãng phí / tiết kiệm băng thông được sử dụng cho thông tin chẵn lẻ.

1. Chia dữ liệu thành N luồng. Giả sử có 8 luồng và do đó mỗi bit của một byte đi trong một luồng riêng biệt.
2. Truyền bit phức tạp của từng luồng liên tục.
3. Do đó, nếu có lỗi nổ 5 bit, nó sẽ chỉ ảnh hưởng đến một bit của mỗi luồng.
4. Độ dài tối đa của lỗi cụm có thể phục hồi là số lượng luồng N x khả năng hiệu chỉnh tuần tự của mỗi luồng.

Chẳng hạn, nếu mã hóa tích chập của bạn có khả năng sửa tối đa 2 lỗi bit do đó, đối với mã hóa xen kẽ 8 luồng, bạn có thể sửa tối đa 16 lỗi.