Всегда ли космические аппараты для дальнего космоса использовали какую-либо форму расширенного спектра для передачи данных?

тл;др:

Вопрос: Всегда ли космические аппараты дальнего космоса используют какую-либо форму расширенного спектра для передачи данных?

примечание: я ищу некоторое представление о том, почему, и любые возможные исключения, а не просто «да» или «нет». Спасибо!

Я говорил кому-то, что использование расширенного спектра в той или иной форме стало почти универсальным в гражданской беспроводной связи и передаче сигналов (телефонная передача голоса и 3G/4G/5G, Wi-Fi, Bluetooth, GPS, ZigBee, LoRa (например, Понимание взаимосвязь между чипами LoRa, щебетами, символами и битами ) и т. д., и интересно отметить, что Wi-Fi и его устойчивость к многолучевым помехам берут свое начало у пары радиоастрономов из австралийского CSRIO !

В апреле 2009 года 14 технологических компаний согласились выплатить CSIRO 1 миллиард долларов за нарушение патентов CSIRO. Это привело к тому, что Австралия назвала Wi-Fi австралийским изобретением, хотя это было предметом некоторых споров. В 2012 году CSIRO выиграла еще 220 миллионов долларов США за нарушение патентных прав Wi-Fi с глобальными фирмами в Соединенных Штатах, которые должны были выплатить CSIRO лицензионные права, которые, по оценкам, стоят дополнительно 1 миллиард долларов в виде гонораров. В 2016 году беспроводная локальная сеть Test Bed была выбрана в качестве вклада Австралии в выставку «История мира в 100 предметах» , проходившую в Национальном музее Австралии .

Я полагаю, что код Голда , используемый в GPS, может частично проследить свое происхождение от связи НАСА с дальним космосом, хотя я не могу найти ссылку на это прямо сейчас. Также обратите внимание, что код Голда важен для временной реконструкции с использованием корреляции так же, как НАСА использовало его для дальности/скорости, а также для преимуществ сигнал/шум; см. этот и этот ответ, например.

Расширенный спектр имеет много преимуществ, и одно из них — отношение сигнал-шум, которое можно понять в терминах теоремы Шеннона-Хартли (см. Правильно ли я использую здесь теорему Шеннона-Хартли и тепловой шум? ), и я считаю, что Нисходящая линия связи "Вояджера" всегда использует более широкую полосу пропускания, чем требуется для его скорости передачи битов в секунду, но я не уверен; см. последний абзац в этом ответе на вопрос «Как рассчитать скорость передачи данных «Вояджера-1»?» Например.

Просто отметим, что вместо того, чтобы добавлять «$ xyz» в блок кода, вы можете добавить обратную косую черту (\) перед знаком доллара ( $ xyz), чтобы он не отображался как Latex или какой-либо другой фанковый скрипт. рендеринг как.
@Эдлотиад отлично! Это то же самое, что и MathJax \$на некоторых других сайтах (например, Electronics), только наоборот.
Я не знаю MathJax, я просто знаю \ средства, с помощью которых я могу остановить рендеринг, например, *\*waves**позволяет мне выделить слово «волны» курсивом и сохранить второй набор звездочек: *волны*
@Edlothiad слева — MathJax на этом сайте, справа — MathJax в Electronics SE. i.stack.imgur.com/GpXKs.png Это «то же самое, только наоборот».
Ну, если это не просто сбивает с толку...
Вы уверены, что "Вояджер" использует методы расширенного спектра? " Вояджер" использует фазовую модуляцию , и в этом документе не упоминается расширение спектра.
@ Hobbes Нет, и если вы перечитаете последнее предложение, которое также является последним абзацем, я постарался не сказать, что это так . Я опираюсь на свою память, и именно поэтому я задаю вопрос: « Всегда ли космические корабли в дальнем космосе использовали какую-либо форму ...». Был также псевдослучайный код где-то в чтении, которое я сделал о радиочастотной системе "Вояджеров" для этого оставшегося без ответа вопроса , но теперь, когда я хорошенько подумаю, я не уверен, был ли он в нисходящем канале данных или код Голда, сгенерированный на Земля для двусторонних доплеровских измерений дальности и скорости.
Ваша фраза «Я немного помашу рукой и просто оценю, что полоса пропускания, используемая передачей с расширенным спектром «Вояджера», составляет около 1 кГц», — указывает на то, что «Вояджер» использует расширенный спектр. Если это не было вашим намерением, вам придется перефразировать это предложение.
@Hobbes О, я думаю, вы говорите о предложении, которое появляется на другой странице, мой ответ , опубликованный еще в январе, на который я дал ссылку здесь. Кажется, тогда я был уверен, а с тех пор стал менее уверен. Почему бы вам не оставить комментарий под этим ответом, а затем я отредактирую ответ и сошлюсь на ваш комментарий? Кстати, спасибо!
@uhoh: Я ценю твое нежное напоминание. Эта книга лежит у меня на полке, и, возможно, в ней есть ответ. У меня сейчас просто нет времени на расследование.
@Андреас, спасибо! я не знаю, что a.coтакое; есть ли у книги название и/или автор?
@uhoh: К сожалению, ссылка работает для меня (сокращенный URL-адрес Amazon). Название «Deep Space Communications» / Джим Тейлор (редактор), Wiley 2016. Охватывает избранные миссии НАСА.

Ответы (1)

Псевдослучайные коды используются для ранжирования, т.е. для расчета времени прохождения сигнала туда и обратно. Это занимает некоторую полосу пропускания, поэтому я бы посчитал это расширением спектра. Это использовалось, я думаю, с 60-х годов.

Мне неизвестно о каких-либо применениях методов расширенного спектра для передачи данных в дальний космос (в отличие от отслеживания). Конечно, они будут использовать широкую полосу пропускания просто потому, что могут. Таким образом, схема модуляции выбирается из соображений производительности, а не для сведения к минимуму утечки в соседние диапазоны, как это часто бывает на Земле. Однако расширенный спектр означает не только широкую полосу пропускания, но и своего рода зависящее от времени кодирование или другую структуру, используемую на передатчике, а затем обязательно дублирующуюся на приемном конце для декодирования сигнала посредством корреляции. Это то, чего я не знаю о связи в дальнем космосе.

Для справки, определение расширения спектра, приведенное в этой статье :

Расширенный спектр — это средство передачи, при котором сигнал занимает полосу частот, превышающую минимально необходимую для передачи информации; расширение диапазона осуществляется с помощью кода, который не зависит от данных, а синхронизированный прием с кодом в приемнике используется для сжатия и последующего восстановления данных.

Если я правильно понимаю, Шеннон-Харлти говорит (и под «sez» я имею в виду, что я перефразирую), что если вы распространяете спектр вашего сигнала по полосе пропускания, значительно большей, чем вам нужно (с некоторыми ограничениями на то, как вы это делаете) вы можете улучшить свой сигнал к шуму. Теперь я не знаю, считается ли это само по себе методом «расширения спектра*», но я думаю, что да. Кодирование может быть просто способом расширения, чтобы получатель знал, как декодировать. должен быть "секретный" код. Это всего лишь мое личное мнение
Если есть другой термин, который используется для преднамеренного распространения сигнала по более широкому диапазону частот, чтобы воспользоваться преимуществами Шеннона-Хартли и улучшенного отношения сигнал/шум, и этот термин отличается от «расширенного спектра», то это термин, который я хотел бы использовать в своем вопросе. Пока другого термина я не знаю.
Я думаю, что сложность здесь в том, что расширение спектра предлагает несколько различных преимуществ одновременно. Он обеспечивает улучшение отношения сигнал/шум, а также невосприимчивость к помехам от других искусственных сигналов, а также некоторую невосприимчивость к многолучевым помехам. Я думаю, что это действительно интересный и недооцененный вопрос.
Ключевым моментом здесь является то, что в расширенном спектре «код не зависит от данных». Если вы увеличиваете пропускную способность с помощью кода, который зависит от данных (т. е. кода с исправлением ошибок), то увеличение пропускной способности помогает SNR; если он независим, то он просто перемешивает шум и не дает никаких преимуществ. Расширенный спектр хорош против узкополосных помех, но не помогает против широкополосных шумов. Он также хорош для отслеживания (отсюда его использование для измерения дальности и GPS). И для множественного доступа - но в настоящее время это не проблема для миссий в дальний космос...
@PaulNorridge Я посмотрю на это, но я не уверен, что все это правда; Я почти уверен, что Shanon-Hartley не требует кода, который «зависит от данных» (например, кода исправления ошибок), чтобы улучшить S/N. Дайте мне несколько дней, чтобы опубликовать лучший ответ, я сейчас завален. В то же время, если вы можете найти ссылку на четкое объяснение, почему это так, я был бы очень признателен!
@PaulNorridge см. здесь , здесь и здесь все, что я в настоящее время знаю о LORA, где, насколько мне известно, последовательность частотной модуляции (помимо другого кодирования) используется явно для улучшения отношения сигнал-шум а-ля Шеннон-Хартли. ( техническое описание и примечание к приложениям ). Первый связанный Q также содержит полезное подробное видео и ppt.
@PaulNorridge, документ Понимание ограничений LoRaWAN также полезно.
@uhoh Ключевой момент, упущенный из виду в этом примечании к применению (не говоря уже о сомнительной математике), заключается в том, что увеличение пропускной способности помогает только при фиксированном SNR. Но обычно увеличение полосы пропускания также увеличивает шум на тот же коэффициент, поэтому у вас нет никакой выгоды. Насколько я вижу, LoRa просто увеличивает SNR, эффективно снижая скорость полезных данных, тем самым увеличивая энергию на бит данных. Но это не зависит от расширения спектра. Вы можете уменьшить скорость передачи данных на нерасширенном сигнале и увидеть тот же эффект.
@PaulNorridge, можете ли вы дать мне ссылку или какую-нибудь ссылку, которая поддерживает это и объясняет это более подробно? Кроме того, можно ли более четко сформулировать, какой именно аспект математики вызывает сомнения и что это за вопрос? Если вы видите что-то не так, пожалуйста, укажите на это. Спасибо!
@uhoh О математике: хотя вывод о том, что C / B пропорционален S / N, верен, объяснения того, как получены уравнения 2 и 3, не имеют смысла (или, по крайней мере, они очень запутаны).
@uhoh Что еще более важно, C - это потенциальная пропускная способность ссылки, а не гарантированная производительность. Таким образом, «необходимо увеличить только полосу пропускания передаваемого сигнала» неверно; вам нужен какой-то способ эффективно использовать эту полосу пропускания. И вы полагаетесь на то, что S/N не изменится. Если вы посмотрите на страницу Википедии для S – H, там есть пример, показывающий, почему C обычно не зависит от полосы пропускания при низком SNR. Аналогичный аргумент работает для расширенного спектра.
Всегда ли космические аппараты для дальнего космоса использовали какую-либо форму расширенного спектра для передачи данных?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v