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航天器通信中的软判决、迭代解码与编码技术

在航天器通信领域，数据传输和纠错能力至关重要。本文将介绍伽利略号（Galileo）和卡西尼号（Cassini）航天器在通信过程中所面临的挑战以及采用的编码和解码技术。

1. 伽利略号航天器的通信困境与解决方案

1991 年（伽利略号发射两年多后），一款每秒可处理一百万比特的解码器问世。然而，在前往木星的途中，原本设计用于以每秒 10 万比特速率传输数据的高增益 X 波段天线未能正常展开。这使得低增益天线不得不接管数据传输任务，但低增益天线的信息传输速率仅为每秒 10 比特。

更复杂的是，(4, 1, 14)内编码器的编码被硬连接到了高增益天线上。为解决这些问题，喷气推进实验室（JPL）的科学家们对软件进行了更改，以提高伽利略号的数据传输和纠错能力，这也反过来改进了航天数据系统咨询委员会（CCSDS）标准中的数据传输。最终，伽利略号上原本的外 Reed - Solomon 编码器被另一个(2, 1)卷积编码器所取代，而内编码器则继续使用船上原有的(2, 1, 6, 10)码。

以下是伽利略号通信系统的相关参数表格：
| 天线类型 | 设计传输速率（比特/秒） | 实际传输速率（比特/秒） | 内编码器 | 外编码器 |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| 高增益 X 波段天线 | 100000 | - | (4, 1, 14) | 原 Reed - Solomon 编码器 |
| 低增益天线 | - | 10 | (2, 1, 6, 10) | 替换为(2, 1)卷积编码器 |

其通信系统变化的流程图如下：