旅行者1號(hào)自從1977年發(fā)射升空至今已經(jīng)40年,飛過190億多公里的浩瀚星際空間,已經(jīng)到了太陽系的邊緣,即使是用來通信的電磁波也要走17個(gè)多小時(shí),來回一次信息傳輸?shù)臅r(shí)間都要超過34個(gè)小時(shí),距離地球如此之遙遠(yuǎn)的地方,依然能夠向地球發(fā)送回自身信號(hào)信息,這個(gè)即使在今天看來都是極其了不起的技術(shù)。
遠(yuǎn)距離深空通信,信號(hào)強(qiáng)度極其微弱,旅行者1號(hào)上面的無線電發(fā)射臺(tái)的功勞只有23瓦,這個(gè)功率比我們出租車上面裝的車載對(duì)講電臺(tái)還要小(最大發(fā)射功率一般是25瓦),但是通信距離卻超乎我們的想象。在如此遙遠(yuǎn)的距離上,這么小的一個(gè)無線電信號(hào)傳到地球信號(hào)強(qiáng)度可以想象有多么微弱,有用信號(hào)和無用的信號(hào)的信噪比會(huì)非常非常小,根據(jù)香農(nóng)公式,信噪比和傳輸帶寬之間是可以相互轉(zhuǎn)化彌補(bǔ)的,即信噪比非常小,可以通過加大傳輸帶寬來彌補(bǔ),擴(kuò)頻通信的原因也正是為此,因此星際深空通信的無線電信號(hào)頻率一般比較高,旅行者1號(hào)所用的無線電傳輸頻率是8GHz的頻率。
因?yàn)樾盘?hào)太弱,誤碼率會(huì)非常高,所以深空通信需要極其復(fù)雜冗余的信道編碼,以實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn),校對(duì),糾錯(cuò),往往需要在擁有的信息編碼中,增加大量的糾錯(cuò)冗余編碼,如果無法糾錯(cuò)就需要重傳,所以傳輸效率會(huì)非常低,速率非常慢。
高增益天線,旅行者1號(hào)上面安裝有直徑3.7米的高增益天線,這個(gè)天線大小在地面上看可能感覺不算太大,但是想想整個(gè)旅行者1號(hào)的大小只有815公斤,還不到1噸,比我們的私家車要輕太多,就可以想象這個(gè)天線占旅行者號(hào)的大小。而地面的接收天線則就更大,為了接收來自旅行者號(hào)發(fā)回來的微弱的無線電信號(hào),NASA在地球上建設(shè)了巨大的接收天線陣列,接收天線直徑達(dá)到70米,以提高天線的增益,提高接收靈敏度。
壓縮技術(shù)的應(yīng)用,由于距離太遠(yuǎn),傳輸速率太低,因此能傳的信息就非常寶貴,在如此寶貴的資源中,將最有價(jià)值的傳回就非常重要,通過高效的壓縮算法,將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行大幅度壓縮,例如所拍攝的數(shù)目照片,進(jìn)行壓縮后,傳回地球,然后再解壓,從而大幅度降低傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。
可以想象一個(gè)要從190億公里以外的距離,連光都要走17個(gè)小時(shí)的地方,通過一個(gè)發(fā)射功率只有23瓦的無線電臺(tái),加一個(gè)直徑3.7米的天線,將信號(hào)傳輸回190億公里之外的地球并解調(diào)出來,這真的是非常不可思議。