旅行者1號自從(cong) 1977年發射升空至今已經40年,飛過190億(yi) 多公裏的浩瀚星際空間,已經到了太陽係的邊緣,即使是用來通信的電磁波也要走17個(ge) 多小時,來回一次信息傳(chuan) 輸的時間都要超過34個(ge) 小時,距離地球如此之遙遠的地方,依然能夠向地球發送回自身信號信息,這個(ge) 即使在今天看來都是極其了不起的技術。
遠距離深空通信,信號強度極其微弱,旅行者1號上麵的無線電發射台的功勞隻有23瓦,這個(ge) 功率比我們(men) 出租車上麵裝的車載對講電台還要小(最大發射功率一般是25瓦),但是通信距離卻超乎我們(men) 的想象。在如此遙遠的距離上,這麽(me) 小的一個(ge) 無線電信號傳(chuan) 到地球信號強度可以想象有多麽(me) 微弱,有用信號和無用的信號的信噪比會(hui) 非常非常小,根據香農(nong) 公式,信噪比和傳(chuan) 輸帶寬之間是可以相互轉化彌補的,即信噪比非常小,可以通過加大傳(chuan) 輸帶寬來彌補,擴頻通信的原因也正是為(wei) 此,因此星際深空通信的無線電信號頻率一般比較高,旅行者1號所用的無線電傳(chuan) 輸頻率是8GHz的頻率。
因為(wei) 信號太弱,誤碼率會(hui) 非常高,所以深空通信需要極其複雜冗餘(yu) 的信道編碼,以實現檢驗,校對,糾錯,往往需要在擁有的信息編碼中,增加大量的糾錯冗餘(yu) 編碼,如果無法糾錯就需要重傳(chuan) ,所以傳(chuan) 輸效率會(hui) 非常低,速率非常慢。
高增益天線,旅行者1號上麵安裝有直徑3.7米的高增益天線,這個(ge) 天線大小在地麵上看可能感覺不算太大,但是想想整個(ge) 旅行者1號的大小隻有815公斤,還不到1噸,比我們(men) 的私家車要輕太多,就可以想象這個(ge) 天線占旅行者號的大小。而地麵的接收天線則就更大,為(wei) 了接收來自旅行者號發回來的微弱的無線電信號,NASA在地球上建設了巨大的接收天線陣列,接收天線直徑達到70米,以提高天線的增益,提高接收靈敏度。
壓縮技術的應用,由於(yu) 距離太遠,傳(chuan) 輸速率太低,因此能傳(chuan) 的信息就非常寶貴,在如此寶貴的資源中,將最有價(jia) 值的傳(chuan) 回就非常重要,通過高效的壓縮算法,將原始數據進行大幅度壓縮,例如所拍攝的數目照片,進行壓縮後,傳(chuan) 回地球,然後再解壓,從(cong) 而大幅度降低傳(chuan) 輸的數據量。
可以想象一個(ge) 要從(cong) 190億(yi) 公裏以外的距離,連光都要走17個(ge) 小時的地方,通過一個(ge) 發射功率隻有23瓦的無線電台,加一個(ge) 直徑3.7米的天線,將信號傳(chuan) 輸回190億(yi) 公裏之外的地球並解調出來,這真的是非常不可思議。