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Verbindungen im interstellarem Raum

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Stephen
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Verbindungen im interstellarem Raum

Beitrag von Stephen » 15. Jan 2016, 04:51

Wegen der riesigen Entfernung von zurzeit etwa 5,2 Milliarden Kilometern von der Erde ist die Signalstärke jedoch so gering, dass die Bits mit einer Rate von nur 1 Kilobit pro Sekunde sehr langsam „eintröpfeln“. Das gesamte Datenmaterial von New Horizons wird also erst im September 2016 übertragen sein. Daher erhalten wir nur etwa alle zwei Monate ein hochaufgelöstes Bild, die alle auf dieser NASA-Website einsehbar sind.
Quelle: http://www.n24.de/n24/Nachrichten/Wisse ... pluto.html

Das habe ich leider noch nicht so richtig kapiert - vielleicht denke ich zu oft an Star Trek, wo Verbindungen über Lichtjahre hinweg scheinbar kein Problem sind (was natürlich kompletter Unsinn ist). Wodurch wird die Abnahme der Signalstärke reguliert/beeinflusst/gebremst?

In alten Sci-Fi-Romanen wurde oft von der Heavyside-Schicht geschrieben (der Begriff ist inzwischen ungebräuchlich), die Übertragungen verhindert bzw. verlangsamt.

Oder hat das was mit unzureichender Energie zu tun? (könnte ich mir eigentlich nicht vorstellen)...
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Re: Verbindungen im interstellarem Raum

Beitrag von Skeltek » 15. Jan 2016, 10:07

Die Signalstärke nimmt mit zunehmender Entfernung quadratisch ab, es gibt jedoch Möglichkeiten diese zwar nicht indefinit aber zumindest eine gewisse Distanz linear zu halten (z.B. Laser sind nicht wirklich punktförmig, die strahlen sind fast parallel).
Die Übertragung findet deshalb so lagsam statt, da die Informationen binär übertragen werden.
Man kann sich das folgendermaßen vorstellen:
Ist bei einer herkömmlichen Kamera die Belichtungszeit zu kurz, dann hat man Mühe die dunklen und hellen Flecken im Bild zu unterscheiden.
Erst bei ausreichend langer Belichtungszeit wird der Unterschied zwischen dunkel und hell deutlich genug um sie mit Sicherheit als solche identifizieren zu können.
Nun ist es bei der Übertragug genauso. Da die Signalstärke abnimmt, beötigt jedes einzelne Bit mehr Zeit um zufriedenstellend erkennbar empfangen zu werden.

Alles Spekulation meinerseits, aber ich bin mir zu 98% sicher dass es daran liegt.
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Re: Verbindungen im interstellarem Raum

Beitrag von seeker » 15. Jan 2016, 10:08

Das hängt damit zusammen, dass die Signalstärke mit der Entfernung r mit r^2 abnimmt.
Je geringer die Signalstärke, desto geringer die maximal mögliche Übertragungsrate.
Und bei Richtstrahlung direkt zur Erde (Laser-artig) hättest du das Problem, dass du dein Ziel (die Erde) irgendwann nicht mehr treffen tust, weil die dazu erforderliche Winkelgenauigkeit bei der Ausrichtung des Senders zu groß wird.

Dasselbe Problem hätte man übrigens auch dann, wenn man über interstellare Entfernungen mit anderen Zivilisationen kommunizieren wollte.
Für Abhife können z.B. extrem starke Sender sorgen (mit entsprechendem Energieaufwand bzw. entsprechend starker Energiequelle) oder die Installation einer Relaiskette aus Sonden, die auf der zu übertragenden Strecke wie eine Perlenschnur aufgereit sind/werden (sowas wie die Repeater beim WLAN).

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Re: Verbindungen im interstellarem Raum

Beitrag von belgariath » 15. Jan 2016, 10:44

seeker hat geschrieben:[...] Je geringer die Signalstärke, desto geringer die maximal mögliche Übertragungsrate. [...]
Ja, aber die Frage war ja, warum ist das so. Skels Hypothese erscheint mir aber sinnvoll.

seeker hat geschrieben:[...] Für Abhife können z.B. extrem starke Sender sorgen (mit entsprechendem Energieaufwand bzw. entsprechend starker Energiequelle) oder die Installation einer Relaiskette aus Sonden, die auf der zu übertragenden Strecke wie eine Perlenschnur aufgereit sind/werden (sowas wie die Repeater beim WLAN). [...]
Und das ganze dann noch im Subraum. Dann sind wir wieder bei Star Trek. :lol:
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Re: Verbindungen im interstellarem Raum

Beitrag von Skeltek » 15. Jan 2016, 13:58

seeker hat geschrieben: die Installation einer Relaiskette aus Sonden, die auf der zu übertragenden Strecke wie eine Perlenschnur aufgereit sind/werden
Das wäre toll, wenn jede 1/10 Sekunde nach dem Empfang das Wort "Resonanz-Interferenz-Fehler" schreien würde :-)
Mich würde mal interessieren, ob dann der Empfänger ganz hinten an der Kette das Wort Klammeräffchen oder was ganz obszschönes hören würde, wie es bei uns in der Grundschule damals der Fall war :-D
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Re: Verbindungen im interstellarem Raum

Beitrag von seeker » 15. Jan 2016, 15:05

Ja, das ist auch m. E. schon so in der Art wie Skeltek das gesagt hat.

Stichworte sind hier:
Bandbreite, Signalstärke und Signal-Rausch-Abstand bzw. signal-Noise-ratio.
Bei Digitaltechnik hängt die Bitfehlerhäufigkeit damit zusammen.
Wichtig ist hier noch das Shannon-Hartley-Gesetz:
https://de.wikipedia.org/wiki/Shannon-H ... t_Rauschen
(siehe dort die beispielhafte Tabelle)

Je besser das Verhältnis aus Signal und Rauschen ist, desto höhere Datenübertragungsraten sind möglich.
Bei großen Entfernungen nimmt die Signalstärke quadratisch ab und die Stärke des Rauschens eher zu, also wird die SNR schlechter und die maximal mögliche Übertragungsrate sinkt.

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Re: Verbindungen im interstellarem Raum

Beitrag von Stephen » 16. Jan 2016, 01:58

Danke für die Infos :well:

Wenn ich das richtig verstanden habe, muss man also zwischen Signalstärke (Lautstärke) und Signalqualität (Verständlichkeit) unterscheiden, wobei letzteres prinzipiell wichtiger ist.
Umgemünzt: wenn ich an der (viel befahrenen) Magistrale in Halle einer zufällig vorbei laufenden Bekannten etwas zurufe, dann ist die Signalstärke hoch, die Qualität aber schlecht. Lade ich sie in eine fast leere Kneipe zu einem Bier ein, ist die Signalstärke bei einem netten Gespräch eher gering, die Qualität (Verständlichkeit) aber gut (zumindest vor dem zehnten Glas :P ).
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Re: Verbindungen im interstellarem Raum

Beitrag von Skeltek » 16. Jan 2016, 02:17

seeker hat geschrieben: Ja, das ist auch m. E. schon so in der Art wie Skeltek das gesagt hat.
Danke trotzdem aber nochmal für die Stichworte. Hab noch nie wirklich über das Thema speziel gelesen... es ist aber immer mal wieder interessant zu sehen, was andere so für Terminologien usw für die ganzen Sachverhalte entwickelt haben.
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Re: Verbindungen im interstellarem Raum

Beitrag von Stephen » 16. Jan 2016, 05:27

... also hängt es letztendlich doch von der Energie ab, wie ich anfangs befürchtet hatte?
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Re: Verbindungen im interstellarem Raum

Beitrag von seeker » 16. Jan 2016, 13:33

... und der Entfernung und der Bandbreite und der Größe der Empfangsantenne und der Übertragungsart.

Grundsätzlich hat EM-Strahlung drei Eigenschaften, die wir manipulieren können, um auf diese Weise Informationen versenden:

Amplitude, Frequenz (/Phase), Polarisation

Das nennt man dann "Modulation".

Amplituden-Modulation:
Man verstärkt und schwächt das Signal rythmisch ab (oder schaltet es ganz ein und aus).
Beispiel: Taschenlampe an/aus z.B. als Morsecode

Frequenzmodulation:
Man verändert die Frequenz und nutzt das als Signal.
Beispiel: Taschenlampe kann verschiedene Farben, ich ändere die abgestrahlten Farben und erzeuge so ein Informations-Signal.

Polarisationsmodulation:
Man verändert den Polarisationswinkel.
Beispiel: Ich schicke das Licht meiner Taschenlampe durch einen Polarisationsfilter. Den Filter drehe ich in versch. Winkel, das gibt mein Signal.
Der Empfänger misst, in welchem Pol-Winkel das Licht bei ihm ankommt.

Bandbreite/Anzahl der Kanäle:
Ich mache z.B. Amplituden-Modulation, verwende aber nicht eine Taschenlampe, sondern 100, die alle eine andere Lichtfarbe (Frequenz) abstrahlen.
Ich kann umso mehr Taschenlampen verwenden, je genauer jede einzelne ihre Frequenz (Lichtfarbe) generiert (damit der Empfänger das noch auseinanderhalten kann). --> Übertragungsrate ist höher als bei einer Taschenlampe

Umgekehrt kann ich eine einzige Taschenlampe umso besser sehen (bzw. darf diese umso lichtschwächer erscheinen), je breiter ihr Lichtspektrum ist. Außerdem begrenzt die Bandbreite des Lichts meiner Taschenlampe die Übertragungsgeschwindigkeit dann, wenn ich mit ihr per Frequenzmodulation Nachrichten verschicken will (-> Anzahl der möglichen, auseinanderhaltbaren Symbole/Frequenzen).

Gruß
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Re: Verbindungen im interstellarem Raum

Beitrag von Stephen » 16. Jan 2016, 13:57

seeker hat geschrieben:... und der Entfernung und der Bandbreite und der Größe der Empfangsantenne und der Übertragungsart.
Was man mit viel Energie aber überbrücken könnte ;)
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