¿Han utilizado siempre las naves espaciales del espacio profundo alguna forma de espectro ensanchado para el enlace descendente de datos?

tl; dr:

Pregunta: ¿Han utilizado siempre las naves espaciales del espacio profundo alguna forma de espectro ensanchado para el enlace descendente de datos?

nota: estoy buscando una idea de por qué, y cualquier posible excepción, no solo un "sí" o un "no". ¡Gracias!

Le estaba diciendo a alguien que el uso de espectro ensanchado de una forma u otra se ha vuelto casi universal en la comunicación y señalización inalámbrica civil (voz de teléfono celular y 3G/4G/5G, WiFi, Bluetooth, GPS, ZigBee, LoRa (p . relación entre chips LoRa, chirridos, símbolos y bits , etc. y es interesante notar que WiFi y su resistencia a la interferencia de múltiples rutas tiene su origen en un par de radioastrónomos del CSRIO de Australia .

En abril de 2009, 14 empresas de tecnología acordaron pagar a CSIRO mil millones de dólares por infracciones de las patentes de CSIRO. Esto llevó a Australia a etiquetar Wi-Fi como una invención australiana, aunque esto ha sido objeto de cierta controversia. CSIRO ganó un acuerdo adicional de $ 220 millones por infracciones de patentes de Wi-Fi en 2012 con firmas globales en los Estados Unidos obligadas a pagar los derechos de licencia de CSIRO que se estiman en un valor adicional de $ 1 mil millones en regalías. En 2016, la red de área local inalámbrica Test Bed fue elegida como contribución de Australia a la exposición A History of the World in 100 Objects celebrada en el Museo Nacional de Australia .

Creo que el código Gold utilizado en el GPS también puede rastrear parte de sus orígenes hasta las comunicaciones del espacio profundo de la NASA, aunque no puedo encontrar una referencia para eso en este momento. Tenga en cuenta también que la importancia del código Gold es para la reconstrucción del tiempo usando la correlación de la misma manera que la NASA lo usó para el rango/velocidad, así como para los beneficios de señal/ruido; ver esto y esta respuesta por ejemplo.

El espectro ensanchado tiene muchas ventajas, y una de ellas es la relación señal-ruido, que se puede entender en términos del teorema de Shannon-Hartley (ver ¿Estoy usando correctamente el teorema de Shannon-Hartley y el ruido térmico aquí? ), y creo que El enlace descendente de datos de Voyager siempre emplea un ancho de banda más amplio que el que requeriría su tasa de bits por segundo, pero no estoy seguro; consulte el último párrafo de esta respuesta a "¿Cómo calcular la velocidad de datos de la Voyager 1?" por ejemplo.

Solo para tener en cuenta, en lugar de tener que agregar "$ xyz" en un bloque de código, puede agregar una barra diagonal inversa (\) delante del signo de dólar ( $ xyz) para evitar que se represente como Latex o cualquier script original que sea. representación como.
@Edlothiad excelente! Así que es lo mismo que MathJax \$en algunos otros sitios (por ejemplo, Electrónica) pero al revés.
No sé MathJax, solo sé los \ medios por los que puedo evitar que las cosas se muestren, como *\*waves**me permite poner la palabra "ondas" en cursiva y mantener el segundo conjunto de asteriscos: *ondas*
@Edlothiad a la izquierda está MathJax en este sitio, a la derecha está MathJax en Electronics SE. i.stack.imgur.com/GpXKs.png Es "lo mismo pero al revés".
Bueno, si eso no es solo confuso...
¿Estás seguro de que la Voyager utiliza técnicas de espectro ensanchado? Voyager utiliza modulación de fase y este documento no menciona el espectro ensanchado.
@Hobbes No, y si vuelve a leer la última oración, que también es el último párrafo, tuve cuidado de no decirlo . Estoy recurriendo a mi memoria, y es exactamente por eso que hago la pregunta " ¿Han usado siempre alguna forma las naves espaciales del espacio profundo ...". También había un código pseudoaleatorio en alguna parte de la lectura que hice sobre el sistema de RF de Voyagers para esta pregunta sin respuesta , pero ahora que lo pienso detenidamente, no estoy seguro de si estaba en el canal de datos de enlace descendente o en un código Gold generado en Tierra para las mediciones de tasa de rango doppler bidireccional.
Su oración "Haré un poco de movimiento manual aquí y solo estimaré que el ancho de banda utilizado por la transmisión de espectro ensanchado de la Voyager es de aproximadamente 1 kHz", indica que la Voyager usa espectro ensanchado. Si esa no era su intención, tendrá que reformular esa oración.
@Hobbes Oh, creo que estás hablando de una oración que aparece en otra página, mi respuesta publicada en enero, a la que he vinculado aquí. Parece que estaba seguro entonces, y me he vuelto menos seguro desde entonces. ¿Por qué no dejas un comentario debajo de esa respuesta y luego edito la respuesta y hago referencia a tu comentario? ¡Por cierto, gracias!
@uhoh: Agradezco tu amable recordatorio. Este libro descansa en mi estante y podría tener la respuesta. Ahora mismo no tengo tiempo para investigar.
@Andreas gracias! no sé lo que a.coes; ¿El libro tiene título y/o autor?
@uhoh: Vaya, el enlace me funciona (URL de Amazon abreviada). El título es "Deep Space Communications" / Jim Taylor (editor), Wiley 2016. Cubre misiones seleccionadas de la NASA.

Respuestas (1)

Los códigos pseudoaleatorios se utilizan para determinar la distancia, es decir, para calcular el tiempo de ida y vuelta de una señal. Eso ocupa algo de ancho de banda, por lo que lo consideraría de espectro ensanchado. Ha estado en uso desde, supongo, los años 60.

No tengo conocimiento de ninguna aplicación de técnicas de espectro ensanchado en comunicaciones de datos en el espacio profundo (a diferencia del seguimiento). Claro, usarán anchos de banda amplios, solo porque pueden. Por lo tanto, el esquema de modulación se elige para el rendimiento, no para minimizar el derrame en bandas adyacentes, como suele ser una preocupación en la Tierra. Sin embargo, el espectro ensanchado significa no solo un ancho de banda amplio, sino también algún tipo de codificación dependiente del tiempo u otra estructura utilizada en el transmisor y luego necesariamente duplicada en el extremo receptor para decodificar la señal a través de la correlación. Eso es de lo que no soy consciente en la comunicación del espacio profundo.

Como referencia, la definición de espectro ensanchado citada en este documento :

El espectro ensanchado es un medio de transmisión en el que la señal ocupa un ancho de banda superior al mínimo necesario para enviar la información; el ensanchamiento de banda se logra mediante un código que es independiente de los datos, y se utiliza una recepción sincronizada con el código en el receptor para el desensanchamiento y posterior recuperación de los datos.

Si entiendo correctamente, Shannon-Harltey dice (y por "sez" quiero decir que estoy parafraseando) que si distribuye el espectro de su señal a través de un ancho de banda significativamente mayor de lo que necesita (con algunas restricciones sobre cómo hacerlo) puedes mejorar tu señal a ruido. Ahora bien, no sé si eso por sí solo cuenta como una técnica de "espectro ensanchado*, pero creo que sí. La codificación puede ser solo una forma de hacer la difusión para que el receptor sepa cómo decodificar. No tiene que ser un código "secreto". Sin embargo, esta es solo mi propia opinión
Si hay otro término que se usa para difundir intencionalmente una señal en un rango más amplio de frecuencias para aprovechar Shannon-Hartley y la relación S/N mejorada, y el término es diferente a "espectro ensanchado", entonces ese es el término que me gustaría usar en mi pregunta. Hasta ahora, no conozco ningún otro término.
Creo que una dificultad aquí es que el espectro ensanchado ofrece varios beneficios diferentes al mismo tiempo. Ofrece una mejora de S/N, pero también inmunidad a la interferencia de otras señales artificiales y también cierta inmunidad a la interferencia de trayectos múltiples. Creo que esta es una pregunta realmente interesante y poco apreciada.
La clave aquí es que en el espectro ensanchado es 'un código que es independiente de los datos'. Si aumenta el ancho de banda con un código que depende de los datos (es decir, un código de corrección de errores), aumentar el ancho de banda ayuda a SNR; si es independiente, simplemente baraja el ruido y no da ninguna ventaja. El espectro ensanchado es excelente contra la interferencia de banda estrecha, pero no ayuda contra el ruido de banda ancha. También es bueno para rastrear (de ahí su uso para alcance y GPS). Y para acceso múltiple, pero eso no es actualmente un problema para las misiones en el espacio profundo...
@PaulNorridge Lo investigaré, pero no estoy seguro de que todo eso sea cierto; Estoy bastante seguro de que Shanon-Hartley no requiere un código que "depende de los datos" (como un código de corrección de errores) para mejorar S/N. Sin embargo, dame unos días para publicar una mejor respuesta, estoy abrumado en este momento. Mientras tanto, si puede encontrar un enlace a una explicación clara de por qué es así, ¡lo agradecería mucho!
@PaulNorridge vea aquí , aquí y aquí todo lo que sé actualmente sobre LORA, donde, hasta donde yo sé, la secuencia de modulación de frecuencia (además de otra codificación) se usa explícitamente para mejorar S/N à la Shannon-Hartley. ( hoja de datos y nota de aplicaciones ). First Linked Q también tiene útiles videos detallados y ppt.
@PaulNorridge, el documento Comprender los límites de LoRaWAN también es útil.
@uhoh El punto clave que se pasa por alto en esa nota de aplicación (dejando de lado las matemáticas cuestionables) es que el aumento del ancho de banda solo ayuda cuando se corrige la SNR. Pero normalmente un aumento en el ancho de banda también aumenta el ruido por el mismo factor, por lo que no tiene ningún beneficio. Por lo que puedo ver, LoRa solo aumenta la SNR al reducir efectivamente la tasa de datos útiles, aumentando así la energía por bit de datos. Pero eso no depende del espectro ensanchado. Podría disminuir la velocidad de datos en una señal no propagada y ver el mismo efecto.
@PaulNorridge, ¿puede darme un enlace o alguna referencia que respalde esto y lo explique con más profundidad? Además, ¿sería posible articular más claramente qué aspecto de las matemáticas es cuestionable y cuál sería esa pregunta? Si ves algo que está mal, por favor, indícalo. ¡Gracias!
@uhoh Sobre las matemáticas: aunque la conclusión de que C/B es proporcional a S/N es correcta, las explicaciones de cómo se derivan las ecuaciones 2 y 3 no tienen sentido (o, al menos, son muy confusas).
@uhoh Más importante aún, C es la capacidad potencial del enlace, no el rendimiento garantizado. Por lo tanto, "solo es necesario aumentar el ancho de banda de la señal transmitida" no es correcto; necesita alguna forma de explotar ese ancho de banda de manera efectiva. Y confía en que el S/N no cambie. Si observa la página de wikipedia para S–H, hay un ejemplo que muestra por qué C suele ser independiente del ancho de banda en SNR bajo. Un argumento similar funciona para el espectro ensanchado.
¿Han utilizado siempre las naves espaciales del espacio profundo alguna forma de espectro ensanchado para el enlace descendente de datos?
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