Глубоководная связь BER и FEC?

Какую частоту ошибок по битам они получают от связи в дальнем космосе (Pioneer, Voyager и др.), И какая модуляция и FEC позволяют им восстанавливать сообщения с таким микроскопическим уровнем мощности принимаемого сигнала?

Существуют ли более современные методы модуляции и схемы кодирования для аналогичных условий канала?

В течение многих лет в данной области техники использовались сверточный «внутренний код» и блок «внешний код». «Внутренняя» и «внешняя» терминология происходят из следующей блок-схемы:

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

В качестве внутреннего кода использовались сверточные коды, потому что они очень мощные и могут исправлять большое количество битовых ошибок. У них есть слабость, хотя - когда есть много ошибок, которые находятся близко друг к другу, они могут сломаться и выплеснуть ошибки в пакете в этом месте. Внешний код используется для исправления этих пакетов ошибок. Блочные коды не так мощны, как сверточные коды (также не используйте столько битов / символов четности), но они хорошо справляются с пакетами ошибок. Кроме того, между внутренним и внешним кодами обычно находился обращенный перемежитель, который распределял пакеты ошибок по многим блокам, что еще больше облегчало их исправление кодом блока.

Как говорится в разделе « Телекоммуникации в глубоком космосе» Википедии , на ранних этапах внутренние / внешние коды были кодами Витерби (сверточного) и Рида-Мюллера. Позже это были коды Витерби и Рида-Соломона.

В начале 90-х Turbo коды были открыты и покорили мир FEC. В 2000 году коды проверки четности с низкой плотностью стали популярными. Они были обнаружены в 1960 году Галлахером, но до недавнего времени их невозможно было реализовать из-за требуемой вычислительной нагрузки. Как Turbo, так и LDPC-коды близки к оптимальным в том смысле, что они очень близки к пределу Шеннона того, что можно достичь с помощью FEC. Насколько мне известно, в настоящее время НАСА использует коды как Turbo, так и LDPC.

Как и проектирование любой надежной системы связи, проектирование надежной связи в дальнем космосе требует не только добавления мощного FEC. Мощность сигнала, потери в свободном пространстве, шум приемника и т. Д. Должны быть приняты во внимание. Коммуникации в глубоком космосе на самом деле имеют много преимуществ и два огромных недостатка. Недостатками являются огромное расстояние и ограниченная мощность передатчика. Преимуществами являются действительно направленные антенны с высоким коэффициентом усиления, низкий уровень шума, который получают земные тарелки при взгляде в пустое пространство, еще более низкий уровень шума, который они получают, охлаждая свои приемники жидким азотом и т. Д. Они также могут снизить скорость передачи данных, пока поддержание постоянной передаваемой мощности, чтобы дать каждому биту больше энергии.

Сверточное сверточное кодирование с чередованием может использоваться для уменьшения служебной информации ECC и потери / экономии полосы пропускания, используемой для информации о четности.

1. Разделите данные на N потоков. Предположим, что есть 8 потоков, и поэтому каждый бит байта идет в отдельный поток.
2. Передайте извилистый бит каждого потока последовательно.
3. Таким образом, если есть пакетная ошибка, скажем, 5 битов, это повлияет только на один бит каждого потока.
4. Максимальная длина восстанавливаемой пакетной ошибки - количество потоков N x возможность последовательной коррекции каждого потока.

Например, если ваше сверточное кодирование способно исправить до 2 последовательных битовых ошибок, то для 8-поточного кодирования с чередованием вы можете исправить до 16 ошибок.