Можно ли распространить высокоскоростную передачу данных с помощью лазеров на расстояние от Земли до Марса?

Передача данных с использованием оптического лазера между наземной станцией и геостационарным спутником может обеспечивать очень высокие скорости передачи данных, например , до 1,8 Гбит/с .

А как насчет передачи с Земли на Марс без ретранслятора между планетами? Снизит ли огромное расстояние максимальную скорость передачи данных до МБит/с или даже кБит/с? Использование гораздо более мощного лазера и больших размеров апертуры для передатчика и приемника может увеличить возможную скорость передачи данных, но до какой степени? По крайней мере, несколько фотонов на бит данных необходимы для приемлемой частоты ошибок.

Это большой вопрос. Задавая вопрос о фотонах на бит, он избегает таких вещей, как размер апертуры, и вместо этого обращается к основным принципам и ограничениям.
На самом деле это может ввести в заблуждение. У вас может быть более одного бита на фотон .

Ответы (2)

Нет, вам не нужно «хотя бы несколько фотонов на бит данных». 13 бит на фотон были продемонстрированы с помощью лазерной связи. Вы рассчитываете скорость передачи данных так же, как и для любой другой длины волны, используя мощность, диапазон, передающую и приемную апертуры, шум, схему модуляции и коэффициент усиления кодирования.

В этой статье обобщается подробный анализ сравнения мощности и массы радиостанций космических кораблей при той же скорости передачи данных в Ka-диапазоне и лазерной связи в 1,55 мю м . Наземные станции были эквивалентны на основе стоимости строительства, которая в конечном итоге представляла собой набор радиотарелок с апертурой, эквивалентной 80,5 м антенна и оптический телескоп с 10 м отверстие.

Также для сравнения яблок с яблоками обе системы предполагали одинаковые требования к точности наведения для космического корабля, при этом лазерный терминал отвечал за точную настройку наведения его телескопа с дополнительной точностью, необходимой для меньшей ширины луча.

Преимущество гораздо более существенное, чем на Марсе, но на максимальном расстоянии до Марса масса радиочастотной системы со скоростью 1 Гбит/с будет более чем в два раза больше, чем у лазерной системы, а мощность, необходимая для этой радиочастотной системы, будет в 13 раз больше, чем у лазерной системы. . Нет никаких сомнений в том, что при скорости 1 Гбит/с даже на Марсе вы бы использовали лазерную систему.

Это невероятно! Хотя документ IEEE кажется платным, щелкнув «Просмотреть/открыть» по этой ссылке trs.jpl.nasa.gov/handle/2014/44268?show=full , вы увидите некоторые связанные слайды. Означает ли предложение «В PPM одиночный лазерный импульс в одном из М слоты символов кодирует журнал 2 ⁡ ( М ) информационные биты» (где PPM — это импульсная позиционная модуляция) кратко описывают, как это работает? час ν настолько больше, чем к Б Т , отдельные фотоны могут быть обнаружены и синхронизированы с точностью до наносекунды?
Да. Просто считайте, что время прибытия одиночного фотона несет информацию.
@uhoh Фундаментальная физика позволит вам рассчитать время фотона с точностью, примерно такой же, как его обратная частота. За 1,5 мю м это о 5 ф с . Инженерия, вероятно, ограничит вас далеко за пределами этого, но пикосекундная точность должна быть достижимой. Тем более, что вам нужно измерять только относительное время прихода импульса, а не абсолютное время.
@SteveLinton фемтосекундная спектроскопия в наши дни довольно стандартна.
@uhoh на уровне яркости одного фотона? ПРОСТО спрашиваю, потому что мне интересно.
@SteveLinton Я только что снова увидел твой комментарий, хм ... Я думаю, ты должен быть прав, а я ошибаюсь.
@uhoh Версия без платного доступа доступна по адресу sci-hub.tw/10.1117/12.2007000 .
Комментарии не для расширенного обсуждения; этот разговор был перемещен в чат .

В целом верно, что частота ошибок при обмене данными пропорциональна энергии на бит. Строго вы можете увидеть это через такие вещи, как Е б / Н 0 и теорема Шеннона Хартли . Чтобы компенсировать большее расстояние до Марса, можно либо увеличить мощность передатчика или коэффициент усиления антенны, чтобы сохранить ту же мощность, либо передавать каждый бит в течение более длительного времени, тем самым накапливая больше энергии в каждом бите.

GEO - это расстояние примерно 36e3 км, а расстояние до Марса составляет от 55e6 км до 401e6 км, в зависимости от относительных орбит Марса и Земли.

Применяя закон обратных квадратов, это означает, что мощность уменьшится не менее чем в несколько раз.

( 36 × 10 3 55 × 10 6 ) 2 знак равно 3,6 × 10 − 7

но не более

( 36 × 10 3 401 × 10 6 ) 2 знак равно 6.7 × 10 − 9

Уменьшение битрейта на те же коэффициенты означает, что система связи, приведенная в примере, будет работать между 648 и 12 битами в секунду, при прочих равных условиях.

Это не означает, что лазерная связь с Марсом не может работать, просто большее расстояние требует оборудования, специально разработанного для этой цели. Система связи на Марсе обязательно будет иметь более высокую мощность, большую апертуру и более дорогую инфраструктуру, которая просто не нужна для системы GEO.

Можно ли распространить высокоскоростную передачу данных с помощью лазеров на расстояние от Земли до Марса?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v