จะหลีกเลี่ยงสัญญาณรบกวนในการสื่อสารไร้สายได้อย่างไร

ฉันกำลังทำงานกับระบบสื่อสารไร้สาย เราใช้เครื่องส่งสัญญาณและตัวรับสัญญาณประมาณ 10 คู่ เราใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ atmega16 สำหรับการเข้ารหัสและถอดรหัสโดยพอร์ต USART

ตอนนี้เราสามารถส่งข้อมูลและรับเหมือนกันในจุดสิ้นสุดผู้รับ แต่มีปัญหาใหญ่เมื่อเราค้นหาข้อมูลตัวส่ง 2 ตัวที่มาพร้อมกัน ผู้รับไม่สามารถรับได้เนื่องจากสัญญาณรบกวน

สมมติว่าตัวส่งสัญญาณหนึ่งส่ง "SENDA" ในขณะเดียวกันตัวส่งอีกตัวหนึ่งส่ง "GETTS" ในเวลานั้นผู้รับไม่สามารถรับข้อมูลที่เหมาะสมได้ เนื่องจากเครื่องส่งสัญญาณและตัวรับสัญญาณทั้งหมดทำงานในความถี่เดียวกันดังนั้นการรบกวนนี้จึงเกิดขึ้น ฉันจะแก้ไขปัญหานี้ได้อย่างไร

การพัฒนาโปรโตคอลการสื่อสาร RF ที่ใช้การได้นั้นเหมาะสำหรับการออกกำลังกายที่ยากลำบาก แต่ให้ความรู้ จุดเพิ่มเติมเล็กน้อยที่ต้องพิจารณานอกเหนือจากที่กล่าวไว้:

1. สำหรับฮาร์ดแวร์วิทยุบางตัวมันต้องใช้พลังงานมากในการรับฟังสัญญาณ ถ้าหากไม่ใช่วิทยุขนาดเล็กส่วนใหญ่การฟังวินาทีจะใช้พลังงานมากกว่าการส่งเป็นมิลลิวินาที สำหรับวิทยุบางรุ่นการฟังมิลลิวินาทีอาจใช้พลังงานมากกว่าการส่งเป็นมิลลิวินาที หากบริโภคในปัจจุบันไม่เป็นปัญหาการฟังอย่างต่อเนื่องเป็นจำนวนมากง่ายกว่าการฟังเป็นระยะ ๆ ; หากการบริโภคในปัจจุบันเป็นปัญหาอย่างไรก็ตามอาจจำเป็นต้องฟังเป็นระยะ อาจไม่ใช่ความคิดที่ดีจนกว่าคุณจะสามารถจัดการกับบางสิ่งได้ด้วยโปรโตคอลการรับฟังอย่างต่อเนื่อง
2. ฟังก่อนส่งอาจเป็น "สุภาพ" แต่ไม่มีประโยชน์ใกล้เคียงกับ RF เช่นเดียวกับสายเคเบิลอีเธอร์เน็ต สัญญาณอีเธอร์เน็ตได้รับการออกแบบมาเพื่อไม่เพียง แต่เป็นไปได้ว่าอุปกรณ์ที่รับฟังก่อนการส่งสัญญาณมักจะหลีกเลี่ยงการชนกัน แต่ยังได้รับการออกแบบเพื่อให้อุปกรณ์ที่การส่งผ่านเกิดการชนกับอุปกรณ์อื่น การส่ง RF ไม่มีสัญญาดังกล่าว เป็นไปได้อย่างสมบูรณ์ว่าเมื่อ P ต้องการส่งต่อ Q อุปกรณ์อื่นที่อยู่ใกล้กับ Q มากกว่า P จะส่งสัญญาณเสียงดังพอที่จะป้องกันไม่ให้ Q ได้ยินการส่งสัญญาณของ P แต่ไม่ดังพอที่จะสังเกตได้ วิธีเดียวที่ P จะรู้ว่า Q อาจไม่ได้รับการถ่ายทอดของเขาคือความจริงที่ว่า P จะไม่ได้ยินคำตอบจาก Q
3. สิ่งสำคัญคือต้องระวังปัญหาฉันทามติ - moreso จำนวนมากที่มี RF มากกว่าด้วยการส่งสัญญาณลวด หาก P ส่งไปที่ Q อาจเป็นไปได้ว่า Q จะได้ยินการส่ง P และส่งการตอบรับ แต่ P จะด้วยเหตุผลหลายประการที่ไม่ได้ยินการตอบรับนั้น จึงจำเป็นต้องใช้ความระมัดระวังอย่างมากในการแยกการส่งสัญญาณใหม่จากการส่งสัญญาณ "ใหม่"

   ปัญหาฉันทามติสามารถรบกวนโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีใครพยายามประหยัดพลังงานโดยการปิดเครื่องรับเมื่อไม่ต้องการ สมมติว่าสอง P และ Q ควรจะสื่อสารทุกๆ 10 วินาทีดังนั้นพวกมันจึงเพิ่มพลังและ P ส่งแพ็กเก็ต Q Q รับแพ็คเก็ตส่งการตอบรับของเขาและ - เมื่อรู้ว่า P จะไม่ส่งอะไรเลยเป็นเวลาเกือบสิบวินาที หาก P ไม่ได้รับการตอบรับของ Q เขาจะทำการส่งสัญญาณอีกครั้ง อย่างไรก็ตามเนื่องจาก Q นอนหลับเขาจะไม่ได้ยินเสียงตอบโต้ของ P อีกต่อไป จากมุมมองของ Q ที่ไม่สำคัญ (เขาได้รับข้อมูลของเขาแล้ว) แต่มันหมายถึงไม่ว่า P จะลองซ้ำกี่ครั้งเขาจะไม่มีทางรู้ว่าคิวได้รับแพ็กเก็ตของเขา (อย่างน้อยก็จนกว่าจะถึงการนัดพบครั้งต่อไป) สิบวินาที)

4. เป็นไปได้อย่างสมบูรณ์ที่จะมีสถานการณ์ที่โหนด Q จะสามารถรับการส่งสัญญาณจาก P ได้ แต่ P จะไม่สามารถรับการส่งสัญญาณจาก Q ได้อาจเป็นไปไม่ได้ที่จะสื่อสารอย่างเป็นประโยชน์ในสถานการณ์ดังกล่าว แต่อย่างน้อยที่สุดควรพยายาม เพื่อหลีกเลี่ยงการทำสิ่งใดที่น่ารังเกียจ (เช่นให้ P ลองส่งซ้ำหลายร้อยครั้งต่อวินาที)

ดังที่กล่าวไว้โปรโตคอลการสื่อสาร RF ที่ใช้การได้นั้นเหมาะสำหรับการออกกำลังกายที่ยุ่งยาก ถึงกระนั้นฉันคาดหวังว่าคุณจะได้เรียนรู้มากมายจากประสบการณ์

หากคุณไม่ได้ใช้โปรโตคอลมาตรฐานสำหรับสิ่งนี้คุณจะต้องออกแบบและใช้งานหนึ่งตัวอย่างเช่น:

• ก่อนที่จะส่งโหนดควรฟังเพื่อตรวจสอบว่าช่องสัญญาณว่าง
• หากหลังจากการส่งข้อความไม่ได้รับการตอบรับโหนดควรรอช่วงเวลาแบบสุ่มและลองอีกครั้งเพิ่มจำนวนครั้งสูงสุด

ดังนั้นสิ่งที่เกิดขึ้นคือคุณพยายามหลีกเลี่ยง "การรบกวน" โดยการฟังก่อนจากนั้นหากมีการติดขัดเกิดขึ้นคุณตรวจพบสิ่งนี้ผ่านการขาดการตอบรับจากโหนดรับและจากนั้นลองอีกครั้งหลังจากการหน่วงเวลาแบบสุ่ม ใช้ความล่าช้าแบบสุ่มต่าง ๆ ลดโอกาสการชนครั้งที่สอง

นี่คือสองตัวเลือกทั่วไป

1) ใช้อัลกอริทึม Listen Before Talk (LBT) ซึ่งตรวจสอบว่ามีการส่งกำลังดำเนินการก่อนที่จะเริ่มต้นของคุณเองหรือไม่และหากเป็นเช่นนั้นจะถอยกลับไปชั่วระยะเวลาหนึ่ง ระยะเวลาควรมีความยาวคงที่และความยาวแบบสุ่มเพื่อไม่ให้หมดไปในช่วงเวลาเดียวกัน โปรโตคอลวิทยุมาตรฐานจำนวนมากรวมถึงขั้นตอนนี้ดู ETSI EN 300-220-1

2) นำระบบสัญญาณที่กำหนดเวลาการส่งสัญญาณจากสัญญาณ ตัวส่งสัญญาณแต่ละตัวจะได้รับช่วงเวลาของตัวเอง ปกติแล้วคุณจะใช้หมายเลขซีเรียลในอุปกรณ์เพื่อกำหนดช่องของพวกเขาและมีระบบสำหรับการพิจารณาว่าใครส่งสัญญาณ เนื่องจากสิ่งนี้ขึ้นอยู่กับเครื่องส่งสัญญาณทั้งหมดที่มีช่องเสียบที่แตกต่างกันจึงไม่ควรปล่อยให้ผู้ใช้ระบุเครื่องส่งสัญญาณทั้งหมดโดยไม่ซ้ำกันเว้นแต่ว่าคุณมีขั้นตอนที่ชัดเจนสำหรับเรื่องนี้

ตามที่ฉันเข้าใจจากข้อคิดเห็น ฯลฯ พลังงานไม่ได้เป็นปัญหา แต่ความเร็วในการสื่อสารคือ ดังนั้นนี่คือคำแนะนำของฉันสำหรับโปรโตคอล

หมายเลขโหนดทั้งหมด, 0..n-1 ให้แต่ละโหนดทราบว่าเป็นหมายเลขใด โหนด 0 จะเป็นมาสเตอร์

ทุกๆ 15ms, โหนด 0 ส่งข้อความ: "0HELO"
1ms ในภายหลังโหนด 1 ส่งข้อความ: "1DATA"
1ms ในภายหลังโหนด 2 ส่งข้อความ: "2NICE"
1ms ในภายหลังโหนด 3 ส่งข้อความ: "3" (โหนดนี้ไม่มีอะไรจะพูด)
1 มิลลิวินาทีในภายหลังโหนด 4 ส่งข้อความ: "2CATS"
...
1 มิลลิวินาทีในภายหลังโหนด 9 ส่งข้อความ: "9MICE"
จากนั้นมีการหยุดชั่วคราว 5ms

โหนดส่งข้อความในช่วงเวลาที่ถูกต้องเสมอแม้ว่าจะไม่มีอะไรจะพูดก็ตาม ด้วยวิธีนี้คุณจะรับประกันอัตราการสื่อสาร 66Hz โดยไม่มีการชน

การสื่อสาร RF ด้วยเครื่องส่งสัญญาณอะซิงโครนัสหลายรายการเป็นปัญหาที่ยุ่งยาก ความคิดและวิศวกรรมจำนวนมากเข้าสู่มาตรฐาน 802.11 และ 802.15 เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ หากคุณต้องถามที่นี่คุณควรติดฮาร์ดแวร์ชั้นวางที่ใช้มาตรฐานเหล่านี้อย่างใดอย่างหนึ่ง

โปรดทราบว่าในขณะที่ทั้งสองมีประโยชน์และแสดงถึงการออกแบบอย่างระมัดระวังโดยทั่วไปแอปพลิเคชันจริงใด ๆ จะยังคงต้องใช้โปรโตคอลสแต็กเหนือมาตรฐาน นี่จะเป็น WiFi และ TCP ที่สูงกว่า 802.11 และ Wi-Fi ของ Zigbee หรือ Microchip หรืออื่น ๆ ที่สูงกว่า 802.15

อีกครั้งการออกแบบเครือข่ายวิทยุหลายจุดแยกออกจากลีกของคุณหากคุณถามคำถามพื้นฐานเช่นนี้ที่นี่ คุณจะใช้เวลามากและสิ่งต่าง ๆ จะไม่ได้ผลเสมอไป

ทางเลือกของ 802.11 และ 802.15 ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดแบนด์วิดท์และช่วงและพลังงานที่มี 802.15 มีขนาดเล็กลงพลังงานลดลงลดแบนด์วิดท์และช่วงที่เล็กลง ด้วยซอฟต์แวร์ระดับสูงกว่าที่ถูกต้องอุปกรณ์ 802.15 สามารถใช้งานได้นานจากแบตเตอรี่ในขณะที่โดยทั่วไปจะไม่เป็นจริงสำหรับ 802.11

ฉันเห็นด้วยกับการฟังก่อนที่จะพูดคุยและระบบสัญญาณ แต่ถ้าคุณต้องการใช้ช่องทางเดียวในการส่งข้อมูลในเวลาเดียวกันคุณสามารถใช้เทคนิคการมอดูเลตแบบกระจายลำดับ (DSSS) สิ่งนี้จะช่วยคุณหลีกเลี่ยงการรบกวน

แต่สำหรับสิ่งนี้คุณอาจจำเป็นต้องซื้อชิปที่ใช้งานเช่น Xbee (อิง Zigbee) หากคุณไม่สามารถเปลี่ยนเครื่องส่งสัญญาณได้คุณควรยึดติดกับคำตอบอื่น ๆ