» Blog » O radiokomunikacji w SF słów kilka, część 1. czyli decyBele
08-03-2018 14:44

O radiokomunikacji w SF słów kilka, część 1. czyli decyBele

Odsłony: 411

O radiokomunikacji w SF słów kilka, część 1. czyli decyBele

Wstęp

Na potrzeby wstępniaka przedstawię dwie szkoły nauczania – polska, mówiąca, jaki to mądry jest nauczyciel oraz amerykańska, która mówi, że wiedza nauczyciela jest nieważna tak długo, jak nie potrafi jej przekazać.

I niestety, polskie poradniki na temat radiokomunikacji zaczynają się niestety tak:

Zacznijmy od równań Maxwella:

I tutaj jakieśtam wytłumaczenia, których nikt normalny nie czyta, bo  i tak niewiele z tego rozumie.

Czytacie dalej? To dobrze, bo teraz będzie tylko prościej! (I będzie maaaasaaa uproszczeń). Mam nadzieję, że bliżej mi będzie do szkoły amerykańskiej.

Rozwinięcie

Zacznijmy od podstaw, czyli mocy. Aby ktoś mógł odebrać sygnał, ktoś go musi nadać. Teraz pewnie jak się domyślacie, im dalej jesteśmy od odbiornika tym ciężej sygnał odebrać. Więc można nadać sygnał z większą mocą! Proste, nie?

To teraz 2 ważne fakty.

Fakt 1.

Moc, jak zapewne pamiętacie, podaje się najczęściej w watach (oznaczanych W). Na przykład żelazko ma 1600W a odkurzacz 1800W a Polonez (taki samochód) 58kW (58 tysięcy watów).

Fakt 2.

Moc sygnału radiowego maleje z kwadratem odległości. Czyli przy odległości 1000 metrów (1 km) od nadajnika wyniesie już jedną milionową mocy nadanej (no bo tysiąc metrów razy tysiąc metrów to milion metrów), czyli dla przykładu gdy stacja nadaje z mocą 1W to stojąc 1km od niej sygnał będzie miał poziom 0.000001W. Przy 10km od nadajnika kwadrat odległości wyniesie 10000 * 10000 czyli nasza moc będzie na poziomie 0.00000001W. Przy 100 metrach będzie to 100 * 100 czyli 0.00001W.

Widzicie, dużo tu zer.

Dlatego stosujemy decybele (i oznaczamy dB).

Wzoru nie będzie, są na wikipedia. Będzie praktyka.

Zapamiętajcie:

1 mW to 0dBm (dBm czyli decybele odniesione do miliwata, czyli do jednej tysięcznej wata – ten miliwat wziął się z praktyki inżynierskiej)

I teraz cud natury, czy może matematyki:

Zamiast dzielić moc w skali liniowej przez 10 (czyli pisać np. 1mW / 10 =  0.1mW) możemy odjąć od wartości w decybelach 10dB. Aby pomnożyć moc przez 10 dodajemy 10dB.

Czyli: 1mW to 0dBm. 1mW / 10 = 0.1mW. W decybelach: 0dBm – 10dB to -10dBm. Czyli 0.1mW to -10dBm.

Podzielmy sobie przez kolejne 10, czyli 1mW / 100 = 0.01mW. W decybelach: 0dBm – 10dB – 10dB = -20dBm.

A może chcemy podzielić przez milion? Milion to 10*10*10*10*10*10 czyli 1 i 6 zer, czyli musimy odjąć 10+10+10+10+10+10 = 60dB:

0.000001 mW to - 60dBm.

A co jeśli jesteśmy 10km od nadajnika, czyli chcemy podzielić przez 1 z 8 zerami? Po prostu odejmujemy 80:

1mW to 0dBm.

0dBm – 80dB = -80dBm.

Jeśli mamy wzmacniacz, to po prostu dodajemy odpowiednią liczbę dziesiątek. Przykład: wzmacniacz wzmacnia 1000 razy, czyli 10*10*10 czyli 10dB+10dB+10dB = 30dB. Czyli jeśli wzmocnimy sygnał o mocy np. 10dBm to otrzymamy: 10dBm + 30dB = 40dBm

Proste?

To podsumowanie:

0 dBm to 1mW

30 dBm to 1000 mW

-30 dBm to 0.001mW

40dBm to 10000 mW

-50dBm to 0.00001mW

I tak dalej.

Kolejna sztuczka – zmniejszenie mocy 2 razy to odjęcie 3dB. Zwiększenie mocy 2 razy to dodanie 3dB.

Przykład:

Moc nadana to 0.1mW czyli jak pamiętamy -10dBm. Jeśli odbiornik odbierze moc 2x mniejszą niż nadana, to odbierze -13dBm.

Sprytne?

Podobnie ze wzmocnieniem sygnału, jeśli wzmocnimy sygnał 2x to dodajemy 3dB.

Przykład: wzmacniacz wzmacnia 2x. Na wejściu mamy np. -50dBm. Czyli po przejściu przez wzmacniacz moc wyniesie -47dBm.

Drugi przykład, wzmacniacz wzmacnia 4x. Czyli 2x2 to 3dB + 3dB czyli 6dB. Biorąc poprzedni przykład, na wyjściu wzmacniacza moc wyniesie -44dB (bo -50 + 3 +3 = -44).

A co jeśli coś wzmacnia 8x? 2x2x2 czyli +3 + 3 +3 czyli 9dB.

 

I po co to wszystko?

Po to, że sygnały radiowe są niezwykle dynamiczne. Mocno się tłumią i można je całkiem mocno wzmacniać. I mnożenie i dzielenie jest upierdliwe i łatwo się pomylić. Z dodawaniem i odejmowaniem trudniej się pomylić.

Przykład:

  • Radyjko ma na wyjściu moc 10mW.
  • Wzmacniacz przed anteną ma wzmocnienie 20 razy.
  • Odbiornik jest w odległości 40 kilometrów od odbiornika
  • Odbiornik ma wzmacniacz o wzmocnieniu 800 razy.

Jaka jest moc na wyjściu wzmacniacza odbiornika?

Policzmy:

(10mW * 20 / (40000*40000) ) * 800 czyli ok. 0.0001mW (jeśli się nie machnąłem w obliczeniach na kalkulatorze)

A teraz sobie napiszmy wszystko w decybelach:

  • Radyjko ma na wyjściu moc 10mW – czyli 10dBm (bo 1mW * 10 => 0dBm + 10dB= 10dBm)
  • Wzmacniacz przed anteną ma wzmocnienie 20 razy czyli 10*2, czyli 10dB + 3dB = 13dB
  • Odbiornik jest w odległości 40 kilometrów od odbiornika, czyli liczymy kwadrat (10km * 2 * 2) * (10km * 2 * 2) czyli 10000 (40dB) + 3dB + 3dB i to razy 2 czyli 46dB + 46dB = 92dB.
  • Odbiornik ma wzmacniacz o wzmocnieniu 800 razy czyli 100 * 2 * 2* 2 czyli 20dB + 3dB +3dB+3dB czyli 29dB

To teraz moc, którą chcemy policzyć to: 10dBm + 13dB – 92dB + 29dB = -40dBm czyli 0.0001mW. Do policzenia w pamięci.

Zadanie dla chętnych:

  • Telefon komórkowy nadaje z mocą 30dBm.
  • Odbiornik znajduje się w odległości 100metrów.
  • Wzmacniacz odbiornika wzmacnia 4 razy.

Jaką moc mamy na wyjściu wzmacniacza odbiornika?

I zadanie 2:

Mamy 4 telefony komórkowe w pomieszczeniu. Każdy z nich nadaje z mocą 10dBm. Jaką w sumie nadają moc?

 

W następnym odcinku (takowy będzie jeśli będą minimum 4 polecajki i minimum 5 odpowiedzi):

  1. Kretynizm z Gwiezdnych Wojen
  2. Ruchy wyzwolenia od masztów antenowych (stworzone przez ludzi nie znających fizyki).
  3. Inne

Komentarze


Johny
   
Ocena:
+1

W klubie uczącym przemówień, do którego uczęszczam, jedną z najtrudniejszych rzeczy jest przygotować mowę ze statystykami, liczbami i wiedzą znalezioną z różnych źródeł, tak by słuchacze nie odpłynęli.

Twój materiał jest jeszcze trudniejszy. Nie podajesz suchych statystyk typu: W latach 2016-2018 przeciętny wzrost mężczyzn w Polsce wynosił 175 cm (w tym momencie widownia ziewa). Ty podajesz liczby, wzory i każesz liczyć. Tak, wiem że uproszczone, ale jednak.

Brawo za podjęcie tak trudnego tematu i podziwiam twoją wiedzę. Co według mnie mógłbyś polepszyć w tekście?

Po pierwsze "Po co to" "Dlaczego" i "Co mi to da" Powinno być na początku. Matematyczne teksty, to nie jest coś co ludzie czytają do poduszki. Dlatego przyda się coś co ich zmotywuje do zapoznania się z całym artykułem.

Mógłbyś napisać tak: Jesteś fanem Diaspory RPG, Travellera albo Eclipse Phase? Marzy ci się by gracze poczuli, że świat przedstawiony na sesji jest bardziej realny? Chcesz w łatwy sposób przedstawić zakłócanie komunikacji podczas bitwy kosmicznej? Zapraszam do lektury.

Po drugie: by tekst był bardziej przystępny mógłbyś podeprzeć swoje wywody konkretnymi przykładami, albo użyć metafory. Pamiętasz mowę ze statystykami? Jeśli powiem "W latach 2016-2018 przeciętny wzrost mężczyzn w Polsce wynosił 175 cm" będzie to suchy fakt. Muszę to umiejscowić. Na przykład dodać: By dostać się do drużyny koszykówki trzeba mieć 190 cm. Wygląda na to, że większość panów nigdy nie zostanie Michelem Jordanem. Albo: w średniowieczu przeciętny wzrost wynosił 160 cm. Tak proszę państwa, niemal każdy z was mógłby w tamtych czasach mieć przezwisko człowiek góra (te statystyki są zmyślone na potrzeby przykładu).

W twoim tekście można by zrobić to na przykład tak:

Kiedy piszesz o tym, że potrzeba odpowiednio dużo mocy by przesłać sygnał na daną odległość będzie to suchy fakt. Wystarczy jednak dopisać: MG, załóżmy że twoi gracze są uwięzieni na uszkodzonym statku kosmicznym. Postaw ich przed wyborem - czy wolą skierować wyczerpującą się energię na dłuższe działanie systemu podtrzymywania życia. Czy żeby zwiększyć moc komunikatora nadającego SOS.

Liczby to mięso które chcesz przekazać. Żeby je ugotować przydają się konkretne przykłady i metafory.

Szkoda że nie będzie następnych części. Jak na Polterze ktoś ma 2 polecajki to jest sukces.

09-03-2018 13:37
Exar
   
Ocena:
0

Dzięki za poświęcenie czasu na napisanie komentarza. W sumie to myślałem żeby zacząć od mięcha (tj. pierdół, które pisarze wypisują w swoich książkach), ale potem zmieniłem zdanie aby sprawdzić czy będzie odzew:).

Patrząc na tekst widziałem, że jest trochę dużawo matematyki (w sumie bardzo prostej ale zdaje sobie sprawę, że i tak pewnie trudnej dla wielu ludzi) i nie do końca miałem wizję jak to poprawić. 

No nic, poczekam parę dni, zobaczę czy ktoś odpisze z rozwiązaniami a potem pomyślimy:)

09-03-2018 14:00
Kanibal77
   
Ocena:
+1

Daje lajka i komenta, bo nie lubię gwiezdnych wojen i chętnie poczytam o kretynizmach w nich zawartych.

 

11-03-2018 21:30
TO~
   
Ocena:
+1

Podbijam, też chętnie poczytam.

12-03-2018 13:24
Kamulec
   
Ocena:
0

@Exar

Zważywszy na temat liczyłem już w pierwszej części na wnioski odnoszące się do SF.

@Johny, CC

Zapraszam na http://www.levelupwroclaw.pl

@Kanibal77

Gwiezdne wojny to kino przygodowe i zarazem świat magii, gdzie z zasady nie obowiązuje fizyka.

12-03-2018 20:26
Johny
   
Ocena:
0

@Kamulec

Zobaczę. Biorę udział w konkursie, jakby się poszczęściło mógłbym przyjechać jako reprezentant ;). Ale patrząc po konkurencji, bardziej realistycznie, raczej byłbym jako kibic i jeszcze nie wiem czy się zjawię. 

14-03-2018 23:41
   
Ocena:
0

Nie jestem pewien, czy dobrze zrozumiałem. Czy może rozwiązania zadań to:

1. 24 dBm?

2. 16 dBm?

Kretynizm z Gwiezdnych Wojen

Czekam z utęsknieniem :)

18-03-2018 01:26
Exar
   
Ocena:
0

Fajnie, że spróbowałeś policzyć:)

Co do 1.

Nadajemy 30dBm.

Straty mocy spowodowane dystansem rosną z kwadratem odleglosci, czyli 100x100 czyli 10000. Każde "0" przy dziesiątce to 10dB czyli tutaj mamy -40dB (minus, bo tłumienie)

Potem wzmacniamy 4 razy, czyli 2*2. Każde wzmocnienie o 2x to 3dB. Czyli 3dB+3dB = 6dB.

Koniec końców mamy: 30 - 40 + 6 czyli -4dBm.

I zadanie 2:

Mamy jeden telefon który ma moc 10dBm. Dodajemy drugi, czyli podwajamy moc. Podwojenie to +3dB. Czyli mamy z dwóch telefonów 13dBm. Ale mamy w sumie dwa zestawy po dwa telefony, czyli znowu całość podwajamy:) Czyli kolejne +3dB. 

Czyli zgadza się, sumaryczna moc to 16dBm. 

Teraz nie pozostaje mi nic innego jak zacząć pisać kolejne arty:)

18-03-2018 13:42
   
Ocena:
0

Nadajemy 30dBm.

Straty mocy spowodowane dystansem rosną z kwadratem odleglosci, czyli 100x100 czyli 10000. Każde "0" przy dziesiątce to 10dB czyli tutaj mamy -40dB (minus, bo tłumienie)

Potem wzmacniamy 4 razy, czyli 2*2. Każde wzmocnienie o 2x to 3dB. Czyli 3dB+3dB = 6dB.

Koniec końców mamy: 30 - 40 + 6 czyli -4dBm.

Dammit! Głupi błąd z mojej strony, wziąłem -3 zamiast -10. Kajam się.

Zgodzę się z Johnym - w tekście brakuje kontekstu. Powiedzmy, że po przeliczeniu wszystkiego do odbiornika trafia -3dBm. Czy to wystarczy, żeby przesłać koordynaty celu do gwiezdnego niszczyciela wiszącego spokojnie na orbicie, czy jednak potrzeba większej mocy?

 

18-03-2018 18:36
Exar
   
Ocena:
0

Będzie o tym w kolejnych odcinkach :). Super, że jest wstępne zainteresowanie. I naprawdę fajnie, że piszecie, czego Wam brakuje w tekście (choć w sumie to powinno być dla mnie, jako piszącego, oczywiste)!

19-03-2018 06:42
Johny
   
Ocena:
0

Nie wiem jak inni, ale ja wciąż czekam na następne teksty :).

22-04-2018 21:34
Exar
   
Ocena:
0

No kurcza, tekst jest już od tygodnia, ale nie mogę go wrzucić poprawnie na polteru - ucina tekst po wrzuceniu (nawet gdy wrzucałem w częściach i zapisywałem kolejne części to po wyjściu i wejściu na stronę znowu tekst był ucięty).  Wpisałem problem na forum https://forum.polter.pl/widzisz-blad-zglos-go-vt71530-90.html - ale czy ktoś to czyta w ogóle?

23-04-2018 07:09
Johny
   
Ocena:
0

Ja bym napisał PW do Drakera albo Kamulca.

23-04-2018 09:28

Komentowanie dostępne jest po zalogowaniu.

ZAMKNIJ
Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z Polityką Plików Cookies. Możesz określić warunki przechowywania lub dostępu do plików cookies w Twojej przeglądarce.