¿La distancia variable a Marte afecta las tasas de transmisión de datos?

La distancia entre la Tierra y Marte varía entre 50 y 400 millones de kilómetros debido a sus órbitas. ¿Afecta esto notablemente a la transmisión de datos? Ingenuamente esperaría que pudieras transmitir 8 veces más rápido en el punto más cercano que en el más lejano porque así es como varía la distancia.

¿Funciona mejor la comunicación bidireccional con un rover de Marte cuando estamos más cerca?

Tengo una estación base inalámbrica en mi casa. Cuando llevo mi computadora portátil al otro extremo de la casa, la intensidad de la señal disminuye y/o pueden ocurrir errores. Obviamente, el wifi doméstico tiene preocupaciones muy diferentes, como las obstrucciones y el diseño de corto alcance. La distancia a Marte varía mucho más que mi computadora portátil, pero dentro de un rango conocido. La comunicación funciona porque se hicieron ciertas consideraciones de diseño, como los comandos de procesamiento por lotes.

Así que me pregunto cómo afecta eso a la comunicación con el Rover, como se conoce hoy en día, pero también estoy pensando en cuándo/si tendremos una colonia en Marte. Eso significaría comunicación entre una mayor cantidad de dispositivos con más aplicaciones de red que tendrían que dar cuenta de la diferencia.

¿Cambiaría significativamente el ancho de banda o la latencia de la conexión entre el extremo cercano y el lejano?

Es como un diseño de torre celular a gran escala donde la distancia a la antena móvil es variable dentro de un rango. Excepto que en este caso, todas las antenas móviles están siempre juntas a la misma distancia variable y, por lo tanto, la comunicación podría optimizarse para esa distancia/latencia conocida.

¿Qué quieres decir con "mejor"? ¿Piensas en latencia, ancho de banda, o te interesa alguna aplicación en particular?
espera, intentaré publicar algunos datos de DSN...
Agregué una aclaración para que pueda ver a dónde iba con la pregunta. Es una preocupación interesante sobre el diseño de redes informáticas... pero es posible que la pregunta no sea lo suficientemente clara como para trabajar en este sitio. Según los comentarios publicados, es posible que deba cerrar esta pregunta y volver a hacer preguntas más pequeñas para aumentar mi comprensión del problema.
FWIW, aquí hay un gráfico de la distancia Tierra-Marte , utilizando datos de JPL Horizons, para 2015-2025. La distancia es entre los centros de los planetas, no de superficie a superficie.

Respuestas (3)

Si aplicamos el teorema de Shannon Hartley a este problema y usamos la aproximación para una relación señal a ruido mucho menor que 1, obtenemos la fórmula

C~= 1.44 * B * S/N

C es la capacidad del canal en bits por segundo
B es el ancho de banda en Hertz
S es la potencia de la señal recibida en vatios
N es la potencia del ruido en vatios

Duplicar la distancia reduce la potencia de la señal S en 1/4. Si la potencia del ruido es constante, la relación señal/ruido S/N y también la capacidad del canal C se reducen por el mismo factor.

Desafortunadamente, aumentar la distancia en un factor de 8 reducirá la capacidad del canal C en un factor de 1/64.

Si tiene una transmisión de video con 60 cuadros por segundo a la distancia mínima, obtiene menos de un cuadro por segundo a la distancia máxima.

La fuerza de la señal varía por un factor de 64, sí. Lo cual sería de suma importancia si la intensidad de la señal fuera un factor limitante en la comunicación. Que no lo es.
@PcMan El factor limitante en la comunicación es la relación señal / ruido.

Abordar la pregunta "¿Funciona mejor la comunicación bidireccional con un rover de Marte cuando estamos más cerca?" parte de la pregunta:

En teoría, la comunicación funcionaría mejor cuando Marte esté más cerca, especialmente los comandos de seguimiento que tienen que esperar los resultados de un comando anterior. Sin embargo, en la práctica, según me informaron, alguien que fue asignado a la misión del Laboratorio de Ciencias de Marte (rover Curiosity), por lo general, se prepara con anticipación una programación completa de Sols (un día marciano) y se carga en el rover. para que se complete a lo largo del día siguiente, lo que permite analizar los resultados y planificar la programación de los próximos días.

El resto es especulación de mi parte, pero como ya está introduciendo una latencia de días enteros entre las comunicaciones, no creo que la distancia entre los planetas tenga mucho impacto práctico en la comunicación.

La cuestión no es hablar de latencia, sino de ancho de banda.
@NathanTuggy La pregunta no está clara a este respecto en este momento. Pero me gusta esta respuesta ya que explica que hay una latencia de 1 día independientemente de la distancia, por lo que uno tiene que pensar en paquetes de todos modos.
@derwodamaso: La pregunta en realidad no está clara: la "tasa de transmisión de datos" no puede significar latencia y no lo es. Significa, bueno, la velocidad a la que se transmiten los datos , que es exactamente lo mismo que el ancho de banda. (Para una discusión más larga, vea Wikipedia ).
@NathanTuggy, la pregunta es sobre la comunicación bidireccional, que de hecho se relaciona con la tasa de transición pero también con la latencia. En mi opinión, el hecho de que MSL elimine la latencia de la ecuación al enviar comandos durante un día es una parte importante de la respuesta. (Aunque no es la respuesta completa)
@NathanTuggy Sí, está esa parte de la tarifa. Pero luego también está la pregunta general sobre cuándo la comunicación funciona "mejor". Además, "8 veces más rápido" indica que está pensando en la latencia, porque 8 es la relación entre la mayor y la menor distancia.
@NathanTuggy, tiene razón en que la frase que elijo "velocidad de transmisión de datos" tiene un significado más específico que mi pregunta general. Agregué algunas aclaraciones sobre lo que estaba tratando de averiguar. Me temo que parte de la pregunta está mal formulada. Tratando de determinar qué término es apropiado.
Re: 8 veces más rápido: revisé la pregunta. La distancia varía en 8x. Creo que hice una suposición incorrecta sobre cómo eso afecta la comunicación.
"Significa, bueno, la velocidad a la que se transmiten los datos, que es exactamente lo mismo que el ancho de banda". Esto no es verdad. La tasa de datos puede ser igual al ancho de banda, pero también menor o mayor.
@Uwe: Bastante justo; Debería haber dicho que están estrechamente relacionados, y ninguno realmente relacionado con la latencia.

En la pregunta, afirma que la distancia varía en una proporción de 8:1. Supongamos que la señal transmitida por una nave espacial en Marte tiene un nivel de señal y una precisión de puntería constantes desde la antena transmisora, es decir, la intensidad de la señal que apunta hacia la Tierra es constante. Si este es el caso, la energía de la señal recibida en tierra variará en una proporción de 64:1 debido a la ley del inverso del cuadrado.

Ahora, para que se detecte una señal, la antena en la Tierra debe recibir una energía mínima por bit. Como el nivel de la señal del planeta en su distancia más lejana es 1/64 del nivel de la señal en el acercamiento más cercano, la velocidad máxima de datos también se reducirá por este factor de 64.

El sistema de comunicaciones probablemente se diseñaría con un presupuesto de enlace adecuado para permitir una operación correcta con la mayor separación esperada entre el transmisor y el receptor, lo que daría como resultado una tasa de error mucho menor en los datos transferidos cuando la longitud de la ruta de la señal es más corta.

Editar siguiendo la aclaración en la pregunta.

El tiempo que tardan los mensajes en llegar a Marte aumentará en un factor de 8 ya que la señal viaja a una velocidad constante, pero los datos que puede transportar esa señal se reducirán a 1/64 de la cantidad que es posible cuando Marte está en su punto más cercano.

Como un aparte adicional, la administración de energía celular se vuelve aún más complicada con los sistemas 3G CDMA con IIRC, lo ideal es que el nivel de potencia de la señal recibida de cada teléfono en el mástil de la celda sea igual.

¡Ay! Buen punto. Estaba pensando en una diferencia de 8x, no de 64x.
Entonces, la intensidad de la señal teóricamente varía en 64x. Pero, ¿no varía también la latencia de una frecuencia constante? (Debido a la distancia variable)
La señal de HF viaja en el vacío del espacio a la velocidad de la luz. El doble de distancia necesita el doble de tiempo, 8 veces la distancia aumenta el retraso en un factor de 8.
El tiempo necesario para viajar es proporcional a la distancia, por lo que la latencia se duplicará a medida que se duplique la distancia, pero la potencia recibida varía con el cuadrado de la distancia, por lo que la potencia recibida al duplicar la distancia se reduce a una cuarta parte. Esta potencia reducida significa que el receptor tiene que ser 4 veces más sensible o tiene que escuchar cada bit de datos durante 4 veces más, por lo tanto, la tasa de datos reducida es posible.