Comunicações espaciais BER e FEC?

Que tipo de taxa de erro de bits eles obtêm das comunicações no espaço profundo (Pioneer, Voyager, et.al.) e que tipo de modulação e FEC lhes permite recuperar mensagens com esse nível microscópico de potência de sinal recebida?

Existem métodos de modulação e esquemas de codificação mais modernos para condições de canal semelhantes?

Por muitos anos, o estado da arte foi usar um "código interno" convolucional e um "código externo" do bloco. A terminologia "interna" e "externa" vem do seguinte diagrama de blocos:

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

Os códigos convolucionais foram usados ​​como código interno porque são muito poderosos e podem corrigir um grande número de erros de bits. No entanto, eles têm uma fraqueza - quando há muitos erros próximos, eles podem quebrar e cuspir erros em uma explosão naquele local. O código externo é usado para corrigir essas explosões de erros. Os códigos de bloco não são tão poderosos quanto os códigos convolucionais (também não usam tantos bits / símbolos de paridade), mas são bons para lidar com rajadas de erros. Além disso, geralmente havia um desintercalador entre os códigos interno e externo que espalhava os erros entre muitos blocos, tornando ainda mais fácil para o código de bloco corrigi-los.

Como diz a seção de telecomunicações espaciais da Wikipedia , no início os códigos interno / externo eram os códigos Viterbi (convolucional) e Reed-Muller. Mais tarde, eram os códigos de Viterbi e Reed-Salomão.

No início dos anos 90, os códigos Turbo foram descobertos e invadiram o mundo da FEC. Nos anos 2000, os códigos de verificação de paridade de baixa densidade cresceram em popularidade. Eles foram descobertos em 1960 por Gallagher, mas não eram viáveis ​​de implementar até recentemente devido à carga computacional necessária. Os códigos Turbo e LDPC são quase ótimos no sentido de que eles se aproximam muito do limite de Shannon do que é possível alcançar com o FEC. Atualmente, a NASA usa os códigos Turbo e LDPC, até onde sei.

Como projetar qualquer sistema de comunicação confiável, projetar comunicações confiáveis ​​no espaço profundo requer mais do que apenas adicionar um poderoso FEC. A potência do sinal, perda de caminho no espaço livre, ruído do receptor etc. deve ser levada em consideração. As comunicações espaciais realmente têm muitas vantagens e duas enormes desvantagens. As desvantagens são a enorme distância e a potência limitada do transmissor. As vantagens são as antenas direcionais de alto ganho, o baixo ruído que as placas terrestres obtêm ao olhar para o espaço vazio, o ruído ainda mais baixo obtido ao resfriar seus receptores com nitrogênio líquido, etc. Eles também podem diminuir a taxa de dados enquanto mantendo a potência transmitida constante para fornecer a cada bit mais energia.

A codificação de convolução intercalada pode ser usada para reduzir a sobrecarga do ECC e o desperdício / economia de largura de banda usada para informações de paridade.

1. Divida os dados em N. fluxos. Suponha que haja 8 fluxos e, portanto, cada bit de byte entra em um fluxo separado.
2. Transmitir o bit complicado de cada fluxo sequencialmente.
3. Portanto, se houver um erro de burst de 5 bits, isso afetará apenas um bit de cada fluxo.
4. O comprimento máximo do erro de recuperação recuperável é o número de fluxos N x a capacidade de correção seqüencial de cada fluxo.

Por exemplo, se a sua codificação de convolução é capaz de corrigir até 2 erros de bits subsequentes, para uma codificação intercalada de 8 fluxos, você pode corrigir até 16 erros.