Kablosuz iletişim eşzamanlı olabilir mi?

Eşzamanlı iletişimde, gönderenin ve alıcının ortak bir saate ihtiyacı olduğunu anlıyorum. Kablosuz iletişimin senkronize olması mümkün müdür? Böyle bir amaç için bazı yaygın saat elemanları bulunabilir mi?

Evet. En azından.

Kablolu bir arka plandan gelirken, benzetmeyi oradan kuracağım:

UART'ın yalnızca alıcı ve verici saatleri yeterince benzer olduğu için çalıştığı yerlerde, kısa bir bit patlaması için birbirlerinden ayrılmazlar, aynı şey kablosuz dijital iletişim için de geçerlidir.

Sembol oranınız yeterince düşükse ve alıcı vericinin kullandığı sembol hızını tam olarak bilirse, alıcı saat kurtarma yapmak için önce mantık çalıştırmadan sembolleri çıkarabilir .

Yüksek hızlı, mobil ve akışlı sistemlerde, genellikle bu kabul edilemez: bu evrendeki iki osilatör tam olarak aynı değildir ve bu nedenle, çok sayıda sembol ilettiğinizde, alıcının aynı olduğundan emin olmalısınız. verici olarak örnek saat.

Şimdi, SPI eşdeğerini kablosuz etki alanına almaya çalıştıysanız:

• Veri sinyali
• Kare dalga saat sinyali

kare dalga saat sinyalinin gerçekten kötü bir spektral şekle sahip olduğunu fark edersiniz - sonsuz bant genişliğine sahiptir ve kenarlarda bir "yuvarlama" kabul etseniz bile, gerçek veri sinyali bant genişliğinin yaklaşık 5 ila 7 katına ihtiyacınız olacaktır. kare dalga taşımak için.

Bu nedenle, genellikle yapılmaz.

Daha önce kablosuz iletişim araçlarının bir sembol saati türetmek için kullanılan bir tür ikincil taşıyıcıya sahip olduğundan eminim, ancak bunu modern standartlarda görmedim.

Ben ne diyebilirim (ve bu sadece icat bir terim) "senkronize asenkron" yol gidebilirsiniz:

• alıcının vericinin hızına göre kendi hızını tahmin etmesine izin veren bilinen bir sinyalin girişini gönderin ve oradan bir patlama süresi boyunca çalışın

veya "sürekli saat kurtarma kontrol döngüsü" yolu.

İkincisi, hangi sisteme baktığınıza ve tasarımcıların alıcıyı ne kadar karmaşık hale getirebileceğine bağlı olarak çok farklı şekillerde yapılır.

Çok tipik bir şema, tüm dijital iletişimin özünde nabız şeklinde olduğunu anlamanızdır .

Tam olarak buna girmek için zamanınız olmadan: Sonlu bant genişliği kanalı üzerinden + 1, -1, -1, +1, -1, +1 ... genlikli sonsuz kısa darbeler gönderemezsiniz.

Bu nedenle, bunlar arasındaki geçişi yumuşatmaya yarayan bir darbe şekli uygularsınız ; fikir şu ki, tam sembol zamanlarında, değerler tam olarak göndermek istediğiniz sembollerdir, ancak aralarında bant genişliği sınırlı bir değişim vardır.

Kablolu otobüslerle çalıştıysanız bunu zaten fark edeceksiniz: göz diyagramını biliyorsunuz . Kablosuz iletişimde tam olarak aynı diyagram kullanılır, ancak tipik olarak, iyi bir kısa süreli kablolu iletişim için, gözün neredeyse kare olmasını beklersiniz, oysa yuvarlak bir şekle sahip olan nabız şekillendirme kasıtlıdır (yine de gerekli) kablosuz iletişimde en başından beri.

Bu, çok geometrik olarak, tam doğru zamanlarda, sinyal "şeklinizin" ekstremaya sahip olduğunu, yani türevinizin 0 olduğu yerleri ifade eder.

Artık sembol zamanlarınızı varsaydığınız zamanlarda sinyalin eğimine bakan bir mekanizma oluşturabilirsiniz. Bu eğim negatifse, oh, çok geç kaldık, biraz daha iyi örnek, eğer pozitifse, biraz sonra örnek. Tüm sembol geçişleri için bu durumun böyle olmadığına dikkat edin (aynı sembol geçişleri genellikle doğru örnekleme zamanında maksimum genliğe sahip değildir ), ancak çoğu geçiş için genellikle geçerlidir.

Bazı minimum istatistikler yapın ve bunu (küçük) simge hızı hatasına ayarlanabilir.

Bu nedenle, kablosuz iletişim kullanıcıları, bilgi (ödeme yaptığımız şey) sembol oranını senkronize hale getirmek için kullanabileceğimiz bant genişliğine yatırım yapıyoruz. Kablolu dünyada "senkronize bir otobüse" doğrudan eşdeğer değil, çünkü eminim ki birkaç garip sistemden başka (sevgili okuyucu, eğer tanıyorsanız, yorumlarda bana bildirin), ayrı bir sembol saat taşıyıcısı kullanmaktan kaçının. Ancak esasen aynı fikir: sembollerin ne zaman alıcıya örneklenmesi gerektiği hakkında bilgi edinmenin bir yolunu bulmak.

Eşzamanlı iletişimde, gönderenin ve alıcının ortak bir saate ihtiyacı olduğunu anlıyorum. Kablosuz iletişimin senkronize olması mümkün müdür? Böyle bir amaç için bazı yaygın saat elemanları bulunabilir mi?

Düzenli kablolu haberleşmelerde, ayrı bir saat teli uygulanmadan ortak bir saat elde edilebilir. Burada Manchester kodlamasını düşünüyorum: -

Veri ve saat, ayrı bir saat teline başvurmadan kodu çözülebilen tek bir sinyal üretmek için bir Exclusive-OR geçidi ile birleştirilir. Saat bilgisini ve verileri aynı anda bir arada taşıyan bir sinyaldir.

Bunun tek bir (birleşik) sinyal olduğu göz önüne alındığında, bir radyo dalgası olarak iletilmesini çok uygun hale getirir (uygun modülasyon teknikleri ile).

GSM, GSM ses / veri paketlerinin başlatma ve durdurma sürelerinin kaymasını önlemek için dikkatli bir şekilde ayarlanmış (her bir abone el cihazında gerçek zamanlı olarak ayarlanmış) 13MHz osilatörler kullanır.

Bu nedenle GSM, paket çarpışması ve yeniden denemesi konusunda endişelenmek zorunda değildir.

======= Roket / füze testinden telemetri ile ilgili

NASA ve öncü kuruluşları, IRIG Inter Range Instrumentation Group altında standartlaştırılmış tanımlarla çeşitli "kodlama" yöntemleri geliştirdi. Bu modellerin bazılarında saat bilgisi olmayan 111111'ler veya 000000000'lerin uzun çalışma süreleri vardır ve yere dayalı faz kilidi döngüleri, saatler için herhangi bir paralel radyo / kablosuz kanal gerekmeden verileri gayet iyi bir şekilde kurtarır; bir füze ile yer anteni arasında çok az zamanlama sapması var. Tümü bir seri veri akışına çoğaltılan füze üzerindeki yüzlerce sensörü işlemek için, bir kare içine özel bir SYNCH_WORD deseni eklenir.

İşlevini yerine getirmek için, böyle bir aşağı bağlantı bu davranışa sahiptir

1) kaçınılmaz Doppler kaymalarını kapsaması beklenen frekans aralığını süpürürken, her bir RF taşıyıcısını kalıpları (beklenen bit hızı) tanımlamak için test ederken

2) uygun bit hızı bulunduğunda, bit geçişlerine bir faz-kilitleme uygulayın; bu durum çoğu durumda yavaştır, çünkü PLL gürültü patlamaları nedeniyle kolay kırılma faz kilidini önlemek için NARROW bant genişliğine sahiptir; veya ilk kilit geniş bant yapılabilir ve daha sonra Doppler kaymalarının zar zor yerleştirildiği döngü bant genişliği ciddi şekilde azaltılır (Doppler'in bu izlenmesi daha yüksek bir kontrol döngüsü gerektirebilir)

3) bir bit kilitlememiz olduğunda, telemetri sisteminin "çerçevenin başlangıcı" nı bulması gerekir, böylece ilk sensör verileri ve 2. sensör verileri, vb. Seri bit akışından doğru şekilde çıkarılabilir; bu biraz zaman alabilir, çünkü telemetri sistemi BELİRTİLMELİDİR ve böylece bit akışını beklenen ÖZEL bit modeli için tekrar tekrar test eder. Yanlış çerçeve kilidi, tüm verilerin işe yaramadığı anlamına gelir.

Çeşitli "senkron" yaklaşımlara dikkat edin:

a) telemetri sistemi doğru RF kanalını seçer

b) telemetri sistemi bit hızına kilitlenir ve böylece senkronize olur

c) telemetri sistemi Frame'in başlangıcına kilitlenir, böylece senkronize hale gelir

PLUTO probu verileri toprağa iletirken, PLUTO'yu geçtikten ve birçok fotoğraf ve diğer sensör verilerini yakaladıktan sonra, uydu-yer bağı veri hızı saniyede yaklaşık 100 bitti ve RF taşıyıcısı 8GHz aralığındaydı.

Dünya döndükçe, 3 NASA DeepSpace 70 metrelik antenin her biri bu "yakalama" sürecinden geçti ve ardından 100 bit veri akışını önümüzdeki 8 saat boyunca aldı, hepsi senkronize olarak gerçekleşti.

NASA sistemleri kilitlendi: RF, bit, çerçeve.

============= tarih ================

IRIG neden tanımlandı? çünkü FM telemetri, bu grafik kayıt cihazlarına çizilecek temiz veriler için yaklaşık 20-25 dB SignalNoiseRatio'ya ihtiyaç duyar.

Dijital veriler (hata düzeltme olmadan bile) 10dB (veya bant genişliğinizin nasıl tanımlandığına bağlı olarak 7dB) SNR'de iyi çalışır. Yaklaşık% 0.1 hata oranında.

Test altındaki bir füze üzerinde sonlu verici RF gücü ile, havacılık projeleri kelimenin tam anlamıyla, sadece birkaç YAVAŞ sensör kullanılmadığı sürece, atmosferden çıkan füzelerden telemetri alamadı. Kabul edilemez.

SNR'yi 27dB'den 7dB'ye düşüren, 20dB'lik bir fark ve RF enerjisi dağılımının Aralık ^ 2 etkisi göz önüne alındığında, havacılık şirketleri, hata algılama doğru olmasa bile aniden 10X aralığa sahipti.

Telemetrinin önemi: Sovyetler N1'in son lansmanında (hala patladı!) 320.000 sensör kullandı. Önceki 3 lansmanda sadece 700 sensör kullanıldı.

Evet, saat ve yük veri sinyalini bir (kablosuz) kanalda birleştirerek yapılır.

Örnekler Manchester kodu veya Darbe Konumu Modülasyonudur . Her iki durumda da alıcı tarafında saat geri kazanımı (örn. Bir PLL'yi senkronize ederek) başlatmak genellikle bir veri çerçevesinin başlığında farklı bir başlangıç ​​eki kullanılarak basitleştirilir.

Örneğin kablosuz PPM'nin kullanıldığı bir uygulama, İkincil gözetim Radarıdır (ADS-B vb.) . Burada
bir ADS-B çerçevesinin osilogramı gösterilmiştir .

Normalde saati tek bir kanaldan kurtaran sistemlere UART'lar gibi "asenkron" denir, "senkronize" sistemler ise birden fazla kanal gerektirir. Bu yüzden Manchester kodlamasını veya benzerini kullanmanın "eşzamanlı" olduğu iddialarına katılmıyorum.

Radyo sistemlerinde, birden fazla kanal kullansanız bile, sinyallerin aynı anda veya güvenilir bir eğriltme ile gelmesini sağlamak zordur, çünkü ilgili kırınım veya çok yollu etkiler olabilir. Doppler etkisi sonuçlarınızı çarpıtabilir.

GSM sistemleri zaman aralığı tabanlıdır (TDMA), ancak anladığım kadarıyla, merkezi saat sadece hangi mobil ekipmanın herhangi bir zaman diliminde iletilmesine izin verildiğini kontrol etmek için kullanılır - bit sınırlarını belirlemez.