Jak do tej pory dotarła telegrafia bezprzewodowa?

13

Już w początkach XX wieku telegramy przesyłane bezprzewodowo mogły osiągnąć setki kilometrów. Na przykład Titanic komunikował się z Kanadą, oddaloną o 400 mil, za pomocą sprzętu o stosunkowo niskiej mocy. Biorąc pod uwagę, że telegrafy są bardzo proste, jak te impulsy mogły przebyć do tej pory?

I czy te impulsy nadal podróżowałyby tak daleko dziś z tym samym sprzętem?

I czy to nie oznacza, że ​​nie mogło być wielu ludzi korzystających z systemów, ponieważ operatorzy w promieniu setek kilometrów wszyscy zagłuszali fale radiowe? Wydaje się, że spowodowałoby to wiele wzajemnych rozmów. A może było dostępnych wiele częstotliwości telegrafii bezprzewodowej?

InterLinked
źródło

Odpowiedzi:

23

Titanic komunikował się z Kanadą, oddaloną o 400 mil, za pomocą sprzętu o stosunkowo niskim poborze mocy

Cytat z tej strony: -

„Bezprzewodowy” sprzęt Titanica był wówczas najmocniejszy w użyciu. Główny nadajnik miał konstrukcję obrotową, iskrową, zasilaną z alternatora silnikowego 5 kW, zasilanego z obwodu oświetleniowego statku.

Sprzęt działał na 4-przewodowej antenie zawieszonej między 2 masztami statku, około 250 stóp nad poziomem morza. Był też nadajnik awaryjny zasilany bateryjnie.

Główny nadajnik znajdował się w specjalnym pomieszczeniu, znanym jako „Silent Room”. Pokój ten znajdował się obok sali operacyjnej i był specjalnie izolowany w celu zmniejszenia zakłóceń głównego odbiornika.

Gwarantowany zasięg działania urządzenia wynosił 250 mil, ale komunikacja mogła być utrzymywana nawet do 400 mil w ciągu dnia i do 2000 mil w nocy.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Jeśli więc klasyfikujesz 5 kW jako niską moc, to w porządku, ale od tego czasu wszystko potoczyło się dalej. Na przykład, w miarę opracowywania lamp / zaworów odbiorniki radiowe stały się bardziej czułe, co oznacza, że ​​moc nadawania może znacznie się zmniejszyć.

Musisz zdać sobie sprawę, że te transmisje są faktycznymi falami elektromagnetycznymi i tłumią się tylko bardzo stopniowo wraz z odległością. Na przykład, w porównaniu z bezdotykową ładowarką, jego pole magnetyczne zmniejsza się wraz z odległością sześcianu przekraczającą średnicę cewek, podczas gdy pole H w odpowiedniej transmisji elektromagnetycznej zmniejsza się liniowo wraz z odległością.

Wystarczy rozważyć sondę Voyager 1 i jej transmisje spoza Plutona. Moc nadajnika wynosi tylko 20 watów, ale największą rzeczą była antena paraboliczna:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

I czy to nie oznacza, że ​​nie mogło być wielu ludzi korzystających z systemów, ponieważ operatorzy w promieniu setek kilometrów wszyscy zagłuszali fale radiowe? Wydaje się, że spowodowałoby to wiele wzajemnych rozmów.

To był naprawdę duży problem i była znana transmisja z RMS Titanic, która sugerowała, że SS Californian powinien się „zamknąć”, ponieważ blokował transmisję z wyścigu Cape na wybrzeżu Kanady:

Dyżurny operator bezprzewodowy Titanica, Jack Phillips, był wówczas zajęty usuwaniem zaległych wiadomości pasażerów ze stacją bezprzewodową w Cape Race w Nowej Funlandii w odległości 1300 km. Wiadomość Evansa, że ​​SS Californian została zatrzymana i otoczona lodem, z powodu względnej bliskości dwóch statków, zagłuszyła osobną wiadomość, którą Phillips właśnie otrzymywał z Cape Race, i zgromił Evansa: „Zamknij się, zamknij się w górę! Jestem zajęty; pracuję w Cape Race! ” Evans słuchał jeszcze przez chwilę, a o 23:35 wyłączył radio i poszedł spać. Pięć minut później Titanic uderzył w górę lodową. Dwadzieścia pięć minut później nadała swój pierwszy telefon alarmowy.

Cytat zaczerpnięty stąd , strona Wiki dla parowca Californian.

Andy aka
źródło
2
@InterLinked Titanic działał w obszarze 1 MHz, a odbicie jonosferyczne umożliwia odbiór radiowy na znacznie większej odległości, niż wynikałoby to z linii wzroku. Na wysokości 250 stóp linia wzroku wynosi tylko około 20 mil i wyraźnie Titanic może transmitować i z powodzeniem odbierać na około 400 mil w ciągu dnia. Inne niż jonosfera, niższe częstotliwości w rzeczywistości nie transmitują dalej niż wyższe częstotliwości.
Andy alias
2
Współcześni operatorzy radia szynkowego komunikują się na całym świecie z mocą transmitowaną 5 mW (tak, miliwat).
Jon Custer
1
@MatthewWhited Musisz odpowiedzieć na swoje pytanie, używając znaku „@” i imienia, w przeciwnym razie może nie otrzymać powiadomienia o przejrzeniu tych komentarzy. Jako autor odpowiedzi otrzymuję powiadomienia i będę również zainteresowany jego odpowiedzią.
Andy alias
1
@Matthew Whited Tak, proszę zbadać nieco propagację HF. Poziomy mocy 5 mW są faktycznie wykorzystywane do kontaktów międzykontynentalnych. Zazwyczaj tak niskie poziomy nie są wykorzystywane w telegrafii. Zamiast tego stosowane są tryby cyfrowe z bardzo wysokim poziomem kodowania z korekcją błędów. Co więcej, jeśli spojrzysz na działanie modulacji cyfrowych, zobaczysz, że wiele odbiorników używa techniki „zintegruj i zrzuć”. Siła odbieranego sygnału zależy od przepustowości i interwału symboli. Używając wyjątkowo niskiej przepustowości i bardzo długich interwałów symboli, możesz to nadrobić.
AndrejaKo
2
Teoretycznie odbiornik w temperaturze pokojowej może odbierać dane z prędkością 1 kbaud (jeśli jest odpowiednio zaprojektowany) przy poziomie mocy wejściowej -124 dBm. Przy 1 MHz utrata łącza wynosi 32,5 dB + 20 log (km). Powiedzmy, że 10 000 km, a zatem utrata łącza wynosi 112,5 dB. Przy 0 dBm (1 mW) moc odbioru wynosi -112,5 dBm i jest znacznie wyższa niż moc potrzebna odbiornikowi (w dobry dzień). Dodaj trochę zysku z anteny i prawie każdy dzień to dobry dzień: electronics.stackexchange.com/questions/83512/…
Andy aka
6

Od http://hf.ro/ :

„Bezprzewodowy” sprzęt Titanica był wówczas najmocniejszy w użyciu. Główny nadajnik miał konstrukcję obrotową, iskrową, zasilaną z alternatora silnikowego 5 kW, zasilanego z obwodu oświetleniowego statku

Nadajnik iskiernika jest najprostszą możliwą formą nadajnika radiowego, modulowanego kluczowaniem on-off (kod Morse'a). Nawet uwzględniając nieefektywność transmisji iskiernika - rozpyla on RF w bardzo szerokim paśmie - nadajnik 5kW jest ogromny .

pjc50
źródło
Sam iskiernik wytwarza bardzo szerokie pasmo, ale antena działa jak filtr rezonansowy.
WhatRoughBeast
1
Według Wikipedii nadajnik 5KW jest nielegalny w Stanach Zjednoczonych - nawet dla operatorów szynek ... - en.wikipedia.org/wiki/Amateur_radio#Privileges
InterLinked
6
W dzisiejszych czasach tak. Wtedy tak naprawdę nie było żadnych zasad.
pjc50
2
@InterLinked - 5 kW było mocą wejściową do generatora silnika, moc dostarczona do anteny byłaby (znacznie?) Mniejsza. Na przykład ten wzmacniacz Ham o mocy 1500 W ma moc znamionową 15 A przy 240 V prądu przemiennego lub około 3000 W przy pełnej mocy wyjściowej. Nie wiem, jak wydajny jest iskiernik, ale zakładam, że nie jest bardzo wydajny. Niektóre kraje mają wyższe limity mocy - Kanada zezwala na moc do 2,25 kW.
Johnny
Dla porównania, TPZ 1A1A5 „Hummel” (obraz) jest HF wojskowo-grade Jammer , który działa poza generator 15kW ...
DevSolar
3

Już w początkach XX wieku telegramy przesyłane bezprzewodowo mogły osiągnąć setki kilometrów. Na przykład Titanic komunikował się z Kanadą, oddaloną o 400 mil, za pomocą sprzętu o stosunkowo niskiej mocy. Biorąc pod uwagę, że telegrafy są bardzo proste, w jaki sposób te impulsy mogą podróżować tak daleko?

Poza tym, jak zauważyli inni, że moc naprawdę nie była bardzo niska, Morse jest po prostu sygnałem o bardzo niskiej przepustowości. Możesz uzyskać komunikat, używając bardzo małej ilości otrzymanej mocy, o ile nie chcesz wysyłać zbyt dużej ilości informacji w danym okresie czasu. WiFi przenosi miliard bitów na sekundę z jednego pokoju do drugiego. Kanał telewizyjny wysyła dziesiątki milionów bitów na sekundę w promieniu około stu mil. Kod Morse'a wpisany ręcznie jest równoważny około dziesięciu bitom na sekundę, daje lub bierze współczynnik dwa, aw złych warunkach może być mniejszy.

I czy te impulsy nadal podróżowałyby tak daleko dziś z tym samym sprzętem?

Pewnie. A jeśli przyjmiesz ten sam nadajnik, ale nowoczesny odbiornik, prawdopodobnie możesz odbierać sygnał na znacznie większą odległość, ponieważ dobry nowoczesny odbiornik ma wyższą czułość, czystsze wzmocnienie i pomoc algorytmów komputerowych.

I czy to nie oznacza, że ​​nie mogło być wielu ludzi korzystających z systemów, ponieważ operatorzy w promieniu setek kilometrów wszyscy zagłuszali fale radiowe? Wydaje się, że spowodowałoby to wiele wzajemnych rozmów. A może było dostępnych wiele częstotliwości telegrafii bezprzewodowej?

Niektóre z obu. Już w latach 1910. dostępnych było wiele częstotliwości dla wielu stacji, a jeśli spojrzysz na nowoczesne wykorzystanie, zobaczysz, że kod Morse'a pozwala na bardzo wąskie odstępy między kanałami, z potencjalnie setkami rozmów prowadzonych równolegle w przestrzeni kilka Megaherców. Ale używany wówczas sprzęt miał słabą stabilność częstotliwości i bardzo zły szum szerokopasmowy i nie mógł po prostu zmieniać kanałów po upadku kapelusza, więc w rzeczywistości było niewiele używanych kanałów i były problemy z zakłóceniami. Niemniej jednak było już sporo statków i stacji brzegowych, które nawiązały regularne kontakty już w 1910 roku.

Hobbs
źródło
1
Dzięki nowoczesnemu systemowi prawdopodobnie możesz odbić sygnał od Księżyca i nadal go odbierać.
Mark
1
@Zaznacz jonosferę o wiele bliżej i potrzebujesz stosunkowo małej mocy, aby osiągnąć przyzwoitą przepustowość. Aby nawet wykryć istnienie odbicia księżycowego, konieczne jest bardzo wysokie ERP, co oznacza albo ekstremalne poziomy mocy transmisji, albo duże układy anten kierunkowych. Może to zrobić amator radiowy z dużym podwórkiem, ale tylko przy bardzo małej przepustowości.
Chris Stratton
3

Biorąc pod uwagę, że telegrafy są bardzo proste, w jaki sposób te impulsy mogą podróżować do tej pory?

Używając wystarczającej mocy i zawierając częstotliwości, które wspierały propagację, która mogłaby obejść krzywiznę Ziemi na tę odległość.

I czy te impulsy nadal podróżowałyby tak daleko dziś z tym samym sprzętem?

Tak. Jest znany jako radio HF (wysoka częstotliwość). W przypadku lotów nad oceanem komercyjne samoloty wymagają pewnego rodzaju raportów. Jeśli nie mają łączności satelitarnej, muszą komunikować się z radiem HF (które również rozciągają się na pasma MF). Należy wypróbować radiotelefony HF z listą częstotliwości (na podstawie raportów odległości, pory dnia i propagacji).

Fale radiowe rozprzestrzeniają się poprzez linię wzroku, falę ziemi i falę nieba. Nowa Fundlandia nie znajdowała się w pobliżu linii wzroku. Fale gruntowe mogą rozprzestrzeniać się wokół krzywizny ziemi. Odległość 400 mil wymagałaby bardzo niskiej częstotliwości (i niskiej prędkości transmisji danych). Fale nieba mogą załamać się z jonosfery i powrócić na ziemię wokół krzywej. Czasami odbijając się od ziemi, zrób kopię jonosfery i załamaj się ponownie (zwane „pomijaniem”).

Loty nad oceanem tradycyjnie wykorzystywały załamanie fal nieba, gdy znajdowały się poza linią wzroku. Nie jest to całkowicie wiarygodne, a raporty pozycji są czasami opóźniane, aby poczekać na zmianę odległości.

B. Young
źródło
1
Wreszcie ktoś, kto faktycznie rozumie ten problem! Jednym z niefortunnych problemów z EESE jest to, że często spotykamy wielu inżynierów bez faktycznego doświadczenia w danym temacie lub aplikacji, którzy zgadują na podstawie pierwszych zasad, które są gdzieś pomiędzy złym a nieistotnym.
Chris Stratton
Chciałbym również dodać, że w tamtym czasie HF było stosunkowo nowe i dużo komunikacji było na niskich i średnich falach. 600 m (500 kHz) przez większą część wieku (a także czas Titanica) była „falą zagrożenia”, a 125 kHz do 150 kHz było również morsko-mobilnym pasmem, a 143 kHz było częstotliwością wywołującą „długi” ciągła fala ”co najmniej w latach 30. W czasach Titanica statki musiały mieć radia na odległość 600 mi 300 m, ale przepisy radiowe z 1912 r. Nie zawierają szczegółów dotyczących częstotliwości używanych tak często, jak nowsze.
AndrejaKo
Mała ciekawostka: po raz pierwszy SOS został użyty sygnał alarmowy. Wcześniej była to CQD (ogólne połączenie alarmowe). SOS nie oznacza niczego, jednak wyraźny dźwięk w Morse ułatwia kopiowanie.
Old_Fossil
1

Rozważ następujące fakty:

  1. Prawdopodobieństwo wykrycia sygnału jest funkcją stosunku odbieranego sygnału do szumu (SNR)
  2. SNR można poprawić poprzez:
    • Zwiększenie mocy sygnału
    • Zmniejszenie mocy hałasu

Jednym ze sposobów zmniejszenia mocy szumu jest zbieranie sygnału w dłuższym okresie czasu i uśrednianie szumu za pomocą filtrów lub redundancji sygnału, takich jak bity parzystości w sygnałach cyfrowych. Istnieje więc kompromis między szybkością transmisji danych a współczynnikiem SNR - można zmniejszyć szybkość transmisji danych, aby zwiększyć współczynnik SNR.

Chociaż detektor sygnału telegraficznego (ucho słuchacza) jest systemem analogowym, ucho / mózg słuchacza skutecznie „uśredniają” każdą kreskę i kropkę w czasie trwania tonu, co prowadzi do wzrostu SNR. Biorąc pod uwagę, że operator telegraficzny jest prawdopodobnie wysoce wykwalifikowany w rozpoznawaniu hałaśliwych sygnałów, jego zdolność wykrywania będzie całkiem dobra.

Również nadmiarowość języków ludzkich stanowi kolejny mechanizm korekcji błędów. Pomyśl o tym, jak bez wysiłku automatycznie korygujesz literówki w mózgu, nie wymagając potwierdzenia od nadawcy wiadomości. (Przykład: „Ta szentence powoduje błąd.”)

Biorąc pod uwagę, że 5 kW to stosunkowo wysoka moc nadawania dla nadajnika mobilnego (twój telefon komórkowy ma około 1 W), a biorąc pod uwagę nadmiarowość obecną w samym sygnale, z pewnością jest prawdopodobne, że komunikacja odbyła się w tych zakresach.

Robert L.
źródło
1
Podobnie jak wielu innych, którzy tu pisali, brakuje ci podstawowego punktu - wyzwaniem dla naziemnej komunikacji radiowej nie jest poziom mocy, ale linia wzroku. Możliwy jest duży zasięg, gdy naładowane warstwy jonosfery lub innych obiektów naziemnych odbijają sygnał poza horyzontem.
Chris Stratton
@ChrisStratton Nie są to punkty wzajemnie się wykluczające. Wszelkie rozprzestrzenianie się promieniowania elektromagnetycznego podlega utracie ścieżki 1 / R ^ 2, niezależnie od ścieżki, którą podąża (linia wzroku lub odbicie jonosferyczne).
Robert L.,
Straty te nie są istotne - myślenie, że są dowodem podstawowego niezrozumienia problemu.
Chris Stratton,
@ChrisStratton O ile nie można transmitować na tę odległość za pomocą nadajnika o dowolnym poziomie mocy, straty zawsze mają znaczenie. Daj mi znać, gdy nauczysz się, jak przesyłać setki mil za pomocą nadajnika 1 femtowatt.
Robert L.,
Właśnie o to chodzi - poziomy mocy są o rząd wielkości większe niż jest to potrzebne do strat opartych na odległości. Rzeczywisty wyzwaniem jest to, że żyjemy na zakrzywionej planecie.
Chris Stratton,