Комунікації з глибокого простору BER та FEC?

Яку швидкість бітових помилок вони отримують від комунікацій з глибокого космосу (Pioneer, Voyager, et.al.), і яка модуляція та FEC дозволяє їм відновлювати повідомлення з таким мікроскопічним рівнем потужності прийнятого сигналу?

Чи існують більш сучасні методи модуляції та схеми кодування для аналогічних умов каналу?

Протягом багатьох років сучасною технікою було використання згорткового «внутрішнього коду» та блокового «зовнішнього коду». "Внутрішня" та "зовнішня" термінологія походять із наступної блок-схеми:

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

Світові коди використовувались як внутрішній код, оскільки вони дуже потужні і можуть виправити велику кількість бітових помилок. Вони мають слабку сторону, хоча, коли є багато помилок, які знаходяться близько один до одного, вони можуть зламатись та виплюнути помилки під час вибуху в цьому місці. Зовнішній код використовується для виправлення цих сплесків помилок. Блокові коди не настільки потужні, як згорткові коди (не використовуйте також стільки бітів / символів парності), але вони добре справляються зі сплесками помилок. Крім того, між внутрішнім і зовнішнім кодами зазвичай існував переривник, який поширював сплески помилок серед багатьох блоків, що полегшує їх виправлення.

Як йдеться у розділі Deep Space Telecommunications Communications у Вікіпедії , на початку внутрішніх / зовнішніх кодів були коди Вітербі (згортки) та Реда-Мюллера. Пізніше вони були кодами Вітербі та Ріда-Соломона.

На початку 90-х коди Турбо були виявлені і штурмом зайняли світ FEC. У 2000 р. Чекові коди на парність низької щільності зросли в популярності. Вони були відкриті в 1960 році Галлагером, але до недавнього часу їх було неможливо здійснити через обчислювальне навантаження, яке їм потрібно. І коди Turbo, і LDPC майже оптимальні, оскільки вони дуже близькі до межі Шеннона, чого можна досягти за допомогою FEC. На сьогодні NASA використовує як Turbo, так і LDPC-коди, наскільки мені відомо.

Як і проектування будь-якої надійної системи зв’язку, розробка надійних комунікацій з глибокого простору вимагає більше, ніж просто додавання потужного FEC. Потрібно враховувати потужність сигналу, втрату тракту вільного простору, шум приймача тощо. Комунікація з глибокого простору насправді має масу переваг та два величезні недоліки. Недоліками є величезна відстань і обмежена потужність передавача. Перевагами є дійсно високоефективні спрямовані антени, низький рівень шуму, який отримує земляний посуд, дивлячись у порожній простір, ще нижчий шум, який вони отримують, охолоджуючи приймачі рідким азотом тощо. Вони також можуть уповільнити швидкість передачі даних, утримуючи постійну потужність постійною, щоб давати кожному біту більше енергії.

Перемежоване кодування згортки може бути використане для зменшення накладних витрат і втрати / економії смуги пропускання, що використовується для інформації про парність.

1. Розбийте дані на N потоків. Припустимо, що існує 8 потоків, і тому кожен біт байта йде в окремий потік.
2. Передайте згорнутий біт кожного потоку послідовно.
3. Таким чином, якщо є помилка розриву, скажімо, 5-розрядних, це просто вплине на один біт кожного потоку.
4. Максимальна довжина відновлюваної помилки розриву - це кількість потоків N x здатність послідовної корекції кожного потоку.

Наприклад, якщо ваше кодування згортання здатне виправити до 2 послідовних помилок бітів, тоді для 8-потокового перемежованого кодування ви можете виправити до 16 помилок.