Beeinflusst die variable Entfernung zum Mars die Datenübertragungsraten?

Die Entfernung zwischen Erde und Mars variiert aufgrund ihrer Umlaufbahnen zwischen 50 und 400 Millionen Kilometern . Beeinträchtigt dies die Datenübertragung spürbar? Ich würde naiv erwarten, dass Sie am nächsten Punkt 8-mal schneller senden könnten als am weitesten, da die Entfernung so variiert.

Funktioniert die bidirektionale Kommunikation mit einem Marsrover besser, wenn wir näher sind?

Ich habe eine drahtlose Basisstation in meinem Haus. Wenn ich meinen Laptop ans andere Ende des Hauses bringe, lässt meine Signalstärke nach und/oder es können Fehler auftreten. Offensichtlich hat Heim-WLAN ganz andere Bedenken, wie Hindernisse und Kurzstrecken-Design. Die Entfernung zum Mars variiert viel stärker als bei meinem Laptop, aber innerhalb eines bekannten Bereichs. Die Kommunikation funktioniert, weil bestimmte Designüberlegungen angestellt wurden, wie z. B. Stapelbefehle.

Ich frage mich also, wie sich das auf die Kommunikation mit dem Rover auswirkt, wie das heute bekannt ist, aber ich denke auch voraus, wann / ob wir eine Marskolonie haben. Das würde eine Kommunikation zwischen einer größeren Anzahl von Geräten mit mehr Netzwerkanwendungen bedeuten, die den Unterschied ausmachen müssten.

Würde sich die Verbindungsbandbreite oder -latenz zwischen dem nahen und dem fernen Ende erheblich ändern?

Es ist wie bei einem großen Mobilfunkmastdesign, bei dem der Abstand zur Mobilfunkantenne innerhalb eines Bereichs variabel ist. Abgesehen davon, dass in diesem Fall alle Mobilantennen immer in der gleichen variierenden Entfernung zusammen sind und daher die Kommunikation für diese bekannte Entfernung/Latenzzeit optimiert werden könnte.

Was meinst du mit "besser"? Denken Sie an Latenz, Bandbreite oder interessieren Sie sich für eine bestimmte Anwendung?
Moment mal, ich versuche mal ein paar DSN-Daten zu posten...
Ich habe eine Klarstellung hinzugefügt, damit Sie sehen können, wohin ich mit der Frage wollte. Es ist ein interessantes Anliegen beim Design von Computernetzwerken ... aber die Frage ist möglicherweise noch nicht klar genug, um an dieser Site zu arbeiten. Basierend auf den geposteten Kommentaren muss ich diese Frage möglicherweise schließen und kleinere Fragen erneut stellen, um mein Verständnis des Problems zu verbessern.
FWIW, hier ist ein Diagramm der Erde-Mars-Entfernung unter Verwendung von JPL Horizons-Daten für 2015-2025. Der Abstand ist zwischen den Planetenzentren, nicht von Oberfläche zu Oberfläche.

Antworten (3)

Wenn wir das Shannon-Hartley-Theorem auf dieses Problem anwenden und die Annäherung für ein Signal-Rausch-Verhältnis verwenden, das viel kleiner als 1 ist, erhalten wir die Formel

C ~= 1,44 * B * S/N

C ist die Kanalkapazität in Bit pro Sekunde
B ist die Bandbreite in Hertz
S ist die empfangene Signalleistung in Watt
N ist die Rauschleistung in Watt

Eine Verdopplung des Abstands reduziert die Signalleistung S um 1/4. Wenn die Rauschleistung konstant ist, wird das Signal-Rausch-Verhältnis S/N und auch die Kanalkapazität C um den gleichen Faktor reduziert.

Unglücklicherweise verringert eine Vergrößerung des Abstands um einen Faktor von 8 die Kanalkapazität C um einen Faktor von 1/64.

Bei einer Videoübertragung mit 60 Bildern pro Sekunde bei der minimalen Entfernung erhalten Sie bei der maximalen Entfernung weniger als ein Bild pro Sekunde.

Die Signalstärke variiert um den Faktor 64, ja. Was von größter Bedeutung wäre, wenn die Signalstärke ein begrenzender Faktor bei der Kommunikation wäre. Was es nicht ist.
@PcMan Der begrenzende Faktor bei der Kommunikation ist das Signal-Rausch-Verhältnis.

Beantwortung der Frage "Funktioniert die bidirektionale Kommunikation mit einem Mars-Rover besser, wenn wir näher sind?" Teil der Frage:

Theoretisch würde die Kommunikation besser funktionieren, wenn der Mars näher ist, insbesondere Folgekommandos, die auf die Ergebnisse eines vorangegangenen Kommandos warten müssen. In der Praxis wird jedoch, wie mir mitgeteilt wurde, von jemandem, der tatsächlich der Mission Mars Science Laboratory (Curiosity Rover) zugeteilt wurde, normalerweise ein ganzer Sols (ein Marstag) im Voraus vorbereitet und auf den Rover hochgeladen damit es am nächsten Tag abgeschlossen werden kann, was die Analyse der Ergebnisse und die Planung der Programmierung für die nächsten Tage ermöglicht.

Der Rest ist Spekulation meinerseits, aber da Sie bereits eine Latenz von einem ganzen Tag zwischen den Kommunikationen einführen, glaube ich nicht, dass die Entfernung zwischen den Planeten einen großen praktischen Einfluss auf die Kommunikation hat.

Die Frage bezieht sich nicht auf Latenz, sondern auf Bandbreite.
@NathanTuggy Die Frage ist diesbezüglich im Moment unklar. Aber ich mag diese Antwort, da sie erklärt, dass es unabhängig von der Entfernung eine Latenz von 1 Tag gibt, also muss man sowieso in Paketen denken.
@derwodamaso: Die Frage ist eigentlich nicht unklar: "Datenübertragungsrate" kann und soll nicht Latenz bedeuten. Es bedeutet, nun ja, die Rate , mit der Daten übertragen werden, was genau der Bandbreite entspricht. (Für eine längere Diskussion siehe Wikipedia .)
@NathanTuggy, die Frage betrifft die Zwei-Wege-Kommunikation, die sich zwar auf die Übergangsrate, aber auch auf die Latenz bezieht. Die Tatsache, dass die MSL die Latenz aus der Gleichung herausnimmt, indem sie Befehle im Wert von Tagen sendet, ist meiner Meinung nach ein wichtiger Teil der Antwort. (Wenn auch nicht die vollständige Antwort)
@NathanTuggy Ja, da ist dieser Teil über die Rate. Dann stellt sich aber auch die generelle Frage, wann Kommunikation „besser“ funktioniert. Außerdem deutet „8x schneller“ darauf hin, dass er an Latenz denkt, denn 8 ist das Verhältnis zwischen der größten und der kleinsten Distanz.
@NathanTuggy Sie haben Recht, dass der von mir gewählte Ausdruck "Datenübertragungsrate" eine spezifischere Bedeutung hat als meine Gesamtfrage. Ich habe etwas Klarstellung darüber hinzugefügt, was ich herauszufinden versucht habe. Ich fürchte, dass ein Teil der Frage schlecht formuliert ist. Versuchen Sie herauszufinden, welcher Begriff angemessen ist.
Re: 8x schneller - Ich habe die Frage überarbeitet. Der Abstand variiert um das 8-fache. Ich glaube, ich habe eine falsche Annahme darüber getroffen, wie sich das auf die Kommunikation auswirkt.
"Es bedeutet, nun ja, die Rate, mit der Daten übertragen werden, was genau der Bandbreite entspricht." Das ist nicht wahr. Die Datenrate kann gleich der Bandbreite sein, aber auch niedriger oder höher.
@Uwe: In Ordnung; Ich hätte sagen sollen, dass sie eng miteinander verwandt sind und beides nicht wirklich mit der Latenz zusammenhängt.

In der Frage geben Sie an, dass der Abstand im Verhältnis 8:1 variiert. Nehmen wir an, das von einer Raumsonde auf dem Mars ausgesendete Signal hat einen konstanten Signalpegel und eine konstante Zielgenauigkeit der Sendeantenne, dh die zur Erde zurück gerichtete Signalstärke ist konstant. Wenn dies der Fall ist, ändert sich die auf der Erde empfangene Signalenergie aufgrund des Abstandsquadratgesetzes mit einem Verhältnis von 64:1.

Nun, damit ein Signal erkannt werden kann, gibt es eine minimale Energie pro Bit, die von der Antenne auf der Erde empfangen werden muss. Da der Signalpegel vom Planeten in seiner weitesten Entfernung 1/64 des Signalpegels bei der größten Annäherung beträgt, wird die maximale Datenrate ebenfalls um diesen Faktor von 64 reduziert.

Das Kommunikationssystem würde wahrscheinlich mit einem geeigneten Verbindungsbudget ausgelegt werden, um einen korrekten Betrieb mit der größten erwarteten Trennung zwischen Sender und Empfänger zu ermöglichen, was zu einer viel geringeren Fehlerrate in den übertragenen Daten führt, wenn die Signalweglänge kürzer ist.

Bearbeiten Sie nach der Klarstellung in der Frage

Die Zeit, die die Nachrichten benötigen, um den Mars zu erreichen, erhöht sich um den Faktor 8, da sich das Signal mit konstanter Geschwindigkeit ausbreitet, aber die Daten, die von diesem Signal übertragen werden können, reduzieren sich auf 1/64 der Menge, die beim Mars möglich ist ist am nächsten.

Abgesehen davon wird das zellulare Leistungsmanagement bei 3G-CDMA-Systemen mit IIRC noch komplizierter, wobei das Ideal darin besteht, dass der Leistungspegel des von jedem Mobilteil am Zellenmast empfangenen Signals gleich ist.

Ah! Guter Punkt. Ich dachte an 8x Unterschied, nicht 64x.
Die Signalstärke variiert also theoretisch um das 64-fache. Aber variiert nicht auch die Latenz einer konstanten Frequenz? (Wegen der unterschiedlichen Entfernung)
Das HF-Signal breitet sich im Vakuum des Weltraums mit Lichtgeschwindigkeit aus. Doppelte Distanz braucht doppelte Zeit, 8-fache Distanz erhöht die Verzögerung um den Faktor 8.
Die Reisezeit ist proportional zur Entfernung, sodass sich die Latenz verdoppelt, wenn sich die Entfernung verdoppelt, aber die empfangene Leistung variiert mit dem Quadrat der Entfernung, sodass die empfangene Leistung bei doppelter Entfernung auf ein Viertel reduziert wird. Diese reduzierte Leistung bedeutet, dass der Empfänger entweder viermal empfindlicher sein muss oder jedem Datenbit viermal so lange zuhören muss, daher die mögliche reduzierte Datenrate.
Beeinflusst die variable Entfernung zum Mars die Datenübertragungsraten?
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