深空通信BER和FEC?

信息处理 调制 前向纠错
2022-01-05 14:43:45

他们从深空通信(Pioneer、Voyager 等)中获得了什么样的误码率,以及什么样的调制和 FEC 使他们能够以这种微观水平的接收信号功率恢复消息?

对于类似的信道条件,是否有更现代的调制方法和编码方案?

2个回答

多年来,最先进的技术是使用卷积“内码”和块“外码”。“内部”和“外部”术语来自以下框图:

PayloadOuter EncodeInner EncodeChannelInner DecodeOuter DecodePayload

卷积码被用作内码,因为它们非常强大并且可以纠正大量的误码。但是,它们有一个弱点——当有很多错误并排在一起时,它们可能会在该位置分解并突然吐出错误。外部代码用于纠正那些突发的错误。块码不如卷积码强大(也不使用那么多奇偶校验位/符号),但它们擅长处理突发错误。此外,内码和外码之间通常有一个解交织器,可将突发错误分散到许多块中,从而使块码更容易纠正它们。

正如维基百科的深空电信部分所说,早期的内/外码是维特比(卷积)和里德-穆勒码。后来它们是维特比和里德-所罗门码。

在 90 年代初期,Turbo 代码被发现并席卷了 FEC 世界。在 2000 年,低密度奇偶校验码越来越受欢迎。它们是由 Gallagher 在 1960 年发现的,但由于它们需要计算负载,直到最近才可行。Turbo 和 LDPC 码都接近最优,因为它们非常接近使用 FEC 可能实现的香农极限。据我所知,目前 NASA 同时使用 Turbo 和 LDPC 代码。

与设计任何可靠的通信系统一样,设计可靠的深空通信不仅仅需要添加强大的 FEC。必须考虑信号功率、自由空间路径损耗、接收机噪声等。深空通信实际上有很多优点和两个巨大的缺点。缺点是距离远和发射功率有限。优点是真正的高增益定向天线,地球盘从看空的空间中得到的低噪声,通过用液氮冷却接收器得到的更低的噪声等。它们还可以降低数据速率,同时保持发射功率恒定以提供更多能量。

交织卷积编码可用于减少 ECC 开销和用于奇偶校验信息的带宽的浪费/节省。

  1. 将数据拆分为 N 个流。假设有 8 个流,因此一个字节的每一位都进入一个单独的流。
  2. 顺序传输每个流的卷积位。
  3. 因此,如果存在 5 位的突发错误,它只会影响每个流的单个位。
  4. 可恢复突发错误的最大长度是流数 N x 每个流的顺序纠正能力。

例如,如果您的卷积编码能够纠正最多 2 个后续位错误,那么对于 8 流交错编码,您最多可以纠正 16 个错误。