Communications dans l'espace lointain BER et FEC?

Quel type de taux d'erreur binaire obtiennent-ils des communications dans l'espace lointain (Pioneer, Voyager, et.al.), et quel type de modulation et de FEC leur permet de récupérer des messages avec ce niveau microscopique de puissance de signal reçue?

Existe-t-il des méthodes de modulation et des schémas de codage plus modernes pour des conditions de canal similaires?

Pendant de nombreuses années, l'état de la technique a été d'utiliser un "code interne" convolutionnel et un "code externe" de bloc. La terminologie «interne» et «externe» provient du schéma fonctionnel suivant:

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

Les codes convolutifs ont été utilisés comme code interne car ils sont très puissants et peuvent corriger un grand nombre d'erreurs binaires. Ils ont une faiblesse, cependant - quand il y a beaucoup d'erreurs qui sont proches les unes des autres, elles peuvent se décomposer et cracher des erreurs en une rafale à cet endroit. Le code externe est utilisé pour corriger ces rafales d'erreurs. Les codes de bloc ne sont pas aussi puissants que les codes convolutifs (n'utilisez pas autant de bits / symboles de parité), mais ils sont bons pour traiter les salves d'erreurs. De plus, il y avait généralement un désentrelaceur entre les codes interne et externe qui répartissait les salves d'erreurs entre de nombreux blocs, ce qui rend encore plus facile pour le code de bloc de les corriger.

Comme le dit la section des télécommunications spatiales profondes de Wikipedia, les codes internes / externes étaient très tôt les codes Viterbi (convolutionnel) et Reed-Muller. Plus tard, ce sont les codes Viterbi et Reed-Solomon.

Au début des années 90, les codes Turbo ont été découverts et ont pris d'assaut le monde de la FEC. Dans les années 2000, les codes de contrôle de parité à faible densité ont gagné en popularité. Ils ont été découverts en 1960 par Gallagher, mais leur mise en œuvre n'a été possible que récemment en raison de la charge de calcul dont ils ont besoin. Les codes Turbo et LDPC sont presque optimaux dans le sens où ils se rapprochent très près de la limite de Shannon de ce qu'il est possible de réaliser avec FEC. Actuellement, la NASA utilise à la fois des codes Turbo et LDPC, à ma connaissance.

Comme la conception de tout système de communication fiable, la conception de communications fiables dans l'espace lointain nécessite plus que l'ajout d'un FEC puissant. La puissance du signal, l'affaiblissement sur le trajet en espace libre, le bruit du récepteur, etc. doivent être pris en considération. Les communications dans l'espace lointain présentent en réalité de nombreux avantages et deux énormes inconvénients. Les inconvénients sont la distance énorme et la puissance d'émission limitée. Les avantages sont les antennes directionnelles à gain vraiment élevé, le faible bruit que les antennes paraboliques obtiennent en regardant dans un espace vide, le bruit encore plus faible qu'ils obtiennent en refroidissant leurs récepteurs avec de l'azote liquide, etc. Ils peuvent également ralentir leur débit de données tout en maintenir la puissance transmise constante pour donner à chaque bit plus d'énergie.

Le codage par convolution entrelacé peut être utilisé pour réduire la surcharge ECC et le gaspillage / économie de bande passante utilisée pour les informations de parité.

1. Divisez les données en N flux. Supposons qu'il y ait 8 flux et que chaque bit d'un octet soit donc envoyé dans un flux séparé.
2. Transmettez séquentiellement le bit alambiqué de chaque flux.
3. Ainsi, s'il y a une erreur de rafale de 5 bits par exemple, cela affectera simplement un seul bit de chaque flux.
4. La longueur maximale d'erreur de rafale récupérable est le nombre de flux N x la capacité de correction séquentielle de chaque flux.

Par exemple, si votre codage par convolution est capable de corriger jusqu'à 2 erreurs binaires consécutives, alors pour un codage entrelacé à 8 flux, vous pouvez corriger jusqu'à 16 erreurs.