為什麼好奇號和地球的傳輸速率那麼低？

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好奇號和地球的傳輸帶寬為0.06~3.9KB/S，傳一張照片需要幾十分鐘甚至更久，為此只能發送黑白照片。想不通為什麼這麼低？
我知道光速火地通訊的延遲在260-1260秒之間，但是只要用廣播方式發送數據，不就不用考慮延遲了嗎？類似於電子的移動速度一秒幾厘米，但是電場的速度是光速，一樣的道理。
好奇號一股腦發送包頭+包內容+包尾，中間無相互握手和交互過程，類似UDP，不行嗎？感覺可行的樣子，可以高清24小時直播火星嗎

香農告訴我們：

$C = Bcdot log_2(1+S/N)$

其中C代表信道容量（也就是傳輸速度），B代表信道帶寬，S/N代表信噪比。（這只是理論極限，現實中還要考慮編碼的各種問題，信道容量會更低一些）。(To 題主：你看公式裡面完全沒有光速和延遲什麼事)

對於好奇號-地球這個信道來說，想要提高傳輸速度，要麼提高帶寬，要麼提高信噪比。

好，那麼先看看如何提高帶寬。帶寬最誇張的極限也就是載波頻率了。

為什麼不能提高載波頻率？因為頻率越高的電磁波，在介質中的傳輸衰減越快。對於好奇號來說，火星大氣、地球大氣都是提高載波頻率的障礙。

為什麼不能有限制的提高帶寬？信道帶寬越大，雜訊功率譜密度也越大，換句話說，雜訊也越多。所以單純提高帶寬沒有意義。

這條路堵死了80%（剩下20%下面講）。

只剩下提高信噪比了，所以科學家們用最先進的技術做出發射器（好奇號）和接收器（地面雷達）的天線。但是，公式告訴我們，信噪比必須指數增長，信道容量才會線性增加。

這條路很艱難。

那以後還有沒有傳輸增長的方式呢？有。

1.提高天線的發射功率。好奇號太小了，功率也低，所以發射信號的能力也差。所以以後增大火星探測器的太陽能電池板（最粗暴的方法）、堆核電池（重量和功率目前不能接受）、火星上建聚變電站（有生之年系列）。這是最好的方法。

2.提高接收機的靈敏度。說白了就是地面上建更大的鍋，接收到的信號更多，這個方式是有上限的，因為信號的信噪比在發射時候就確定了。

3.改進天線的性能。就像1w的燈泡很暗，但是1w的激光能把人照瞎一樣。把天線的能量聚集起來，瞄準地球發射（嚴謹點說，是縮小天線的主瓣寬度）。天線理論已經比較成熟，我覺得科學家們早就優化的七七八八了...

4.改進編碼效率。同上，應該已經優化得差不多了，而且香農極限在那裡擺著呢。

5.建中繼天線。地球到火星之間拉出長長的衛星鏈，一級一級的保真信號，既提高信噪比，又可以提升帶寬。這也是有生之年系列。

說回來，火星和地球那麼遠的距離，還能保持KB級別的傳輸效率，已經是科學家們殫精竭慮的結果了。行星探測，通天之梯，任重而道遠。

信號傳輸速率和光速毫無關係……

如同樓上所說，延遲和速率是兩碼事。

更誇張一點說，信號傳輸速度，和頻率也沒啥關係。所謂的信息傳輸的速度和頻率成正比云云，是兩個關於無線通信比較常見的誤解。1是波長長頻率低的信號繞射性能好，所以不容易被阻擋，這點在地面通信中經常表現為射得遠。同時，過高頻率的信號在大氣中衰減比較大。2是低頻信號作為載波的時候的確無法傳輸帶寬高的信號，例如你用1kHz的信號做載波，無論怎麼調製也不可能傳送1Mbps的信號。但是，你用1-2GHz的波段傳輸，不代表你就能達到1Gbps的速率了。

信號傳輸速度，基本上，只和信噪比有關。

而宇宙間雜訊很小，所以，基本上，只和傳輸功率和距離相關。除了激光，否則，再好的定向天線，信號都是按照球面發散的，所以信噪比都是按距離的平方衰減的，再加上這種航天器電池有限傳輸功率不大，所以，信噪比怎麼可能高得了。於是，速率自然就低。

0.06~3.9KB/s是好奇號直傳地球的帶寬，畢竟好奇號上的HGA既不是3m大，功率也有限。

但是好奇號的數據主要靠MRO和ODY做中繼傳回地球，不快但是節能，時間限制也小。

Talking to Martians: Communications with Mars Curiosity Rover

至於題主說的「只要用廣播方式發送數據」，看下面的圖覺得現實不現實?

https://descanso.jpl.nasa.gov/DPSummary/Descanso14_MSL_Telecom.pdf

PS: 好奇號才上火星5年就被黑成不知道「什麼時候的產品」了？

又一次實踐證明了理論的完美，香農定律

你也不想想好奇號的設備是什麼時候的產品！加上信號強度和距離平方成反比，帶寬能好才有鬼了！

瀉藥。

光也好，電磁波也好，他們都是信號傳輸的載體而不是信號本身。

通信速率是取決於信道容量的。

所謂信道容量的解釋在這裡有：

信道容量_互動百科

過程比較複雜，可以只看一個結論：C=S/（N0×ln2）。簡單的說信道容量和信號-雜訊之比成正比。

另外延遲和吞吐率是兩碼事。延遲的影響更多的是信號從發送到接收需要時間，而吞吐率是單位時間傳輸的數據總量。

火星和地球，最近距離約為5500萬公里，最遠距離則超過4億公里。這個距離，還有KB/s級別的速度，已經很不可思議了好吧，能通信就是奇蹟了。

補充一點和通信不直接相關的原因：
航天設備電子系統里的集成電路，由於要工作在極端環境中，採用的MOS器件和普通的民用或一般軍用的MOS管是完全不同的，通常它工作頻率會相對低很多(分立電路也一樣)。

通俗的說：通信中，傳得快和傳得好如魚與熊掌二者不可兼得，只能在兩者間進行權衡。

這樣想，幾年前我們的小破手機們上網也就那麼快嘿嘿嘿。人家可是地球到到到到到到到到到到到到到火星呢。這真的是老厲害了。

信噪比太低，這已經很快了

原因如下
1初中物理就有信息傳送的速度與使用電磁波的頻率成正比，那你肯定會說用γ射線不行嗎？
2電磁波的能量與頻率成正比，想想一個探測器怎麼提供那麼高的能量？
3而且過高頻率的電磁波只能直線傳輸，萬一中間有東西擋住了怎麼辦？
4因此長途通訊只能用長波，再加上距離太遠，就只有這麼點速度了。

簡單回答，這個0.06~3.6kbps，是物理層的速率。跟udp沒關係。

詳細來說，udp是傳輸層的協議，火星到地球這麼遠，難道會採用tcp的傳輸方式？1000多秒的延遲，就算是拉根光纖，tcp能跑到1kbps都難。

tcp/ip協議棧那套，最多在近地衛星跑跑，再遠一點，協議棧就只到鏈路層，連網路層都沒有。這種長選距離通信，要麼只有一跳，要麼多跳但得靠人調度路由路徑。根本沒有tcp握手什麼事。

廣播的概念，在協議棧里，從物理層到傳輸層都有，上層的廣播實現依賴下層。但火星通信帶寬跟廣播沒半毛錢關係，無論是否廣播，最後都得從天線發出去。

這種長遠距離通信，天線的有效口徑非常小，有個0.5度就不錯了。口徑越小，天線增益越高，信噪比就高，香農極限就高。這麼點小口徑，你給誰廣播去...

主要問題是火星離地球太遠了。如果只有幾百米，直接用lte傳輸，每秒100多Mb，啥都夠了。但是地球火星距離幾千萬公里，所以不能用常規的無線通信技術。

所以說，星際網路又叫延遲融錯網路。你說的是延遲，你沒考慮衰減失真。中繼器最可行。最恰當的形容就是我們看到的星星都是遠古的星光。

信噪比低。還是香農定理決定的。

我猜應該是干擾太嚴重了吧，宇宙底噪很高？信號這麼遠應該很弱了。

傳送太快需要更高功率，會被三體什麼的發現，搞不好招來降維打擊