การสื่อสารไร้สายสามารถซิงโครนัสได้หรือไม่?

ฉันเข้าใจว่าในการสื่อสารแบบซิงโครนัสผู้ส่งและผู้รับต้องมีนาฬิการ่วมกัน เป็นไปได้หรือไม่ที่การสื่อสารไร้สายซิงโครนัส? องค์ประกอบการตอกบัตรทั่วไปสามารถมีไว้เพื่อจุดประสงค์ดังกล่าวได้หรือไม่?

ใช่. ชนิดอย่างน้อย

เมื่อคุณมาจากพื้นหลังแบบมีสายฉันจะสร้างการเปรียบเทียบจากที่นั่น:

ที่ที่ UART ใช้งานได้เพียงเพราะนาฬิกาตัวรับและตัวส่งสัญญาณมีความคล้ายคลึงเพียงพอดังนั้นสำหรับบิตที่สั้น ๆ พวกมันไม่ได้แยกออกจากกันเหมือนกันกับการสื่อสารแบบดิจิตอลไร้สาย

หากอัตราสัญลักษณ์ของคุณก็พอต่ำและรับรู้ว่าสัญลักษณ์อัตราการใช้เครื่องส่งสัญญาณแล้วรับสัญญาณสามารถดึงสัญลักษณ์โดยไม่ต้องทำงานตรรกะแรกที่ต้องทำกู้คืนนาฬิกา

ในระบบมือถือและสตรีมมิ่งโดยทั่วไปอัตรานี้ไม่สามารถคาดเดาได้: ไม่มีออสซิลเลเตอร์สองตัวในเอกภพนี้เหมือนกันทุกประการและเมื่อคุณส่งสัญลักษณ์มากมายคุณต้องทำให้แน่ใจว่าผู้รับมีความเหมือนกัน นาฬิกาตัวอย่างเป็นเครื่องส่งสัญญาณ

ตอนนี้ถ้าคุณพยายามที่จะนำ SPI ไปใช้กับโดเมนไร้สาย:

• สัญญาณข้อมูล
• สัญญาณนาฬิกาคลื่นสี่เหลี่ยม

คุณจะสังเกตเห็นว่าสัญญาณนาฬิการูปคลื่นสี่เหลี่ยมมีรูปร่างสเปกตรัมที่ไม่ดีจริง ๆ - มันมีแบนด์วิดธ์ไม่ จำกัด และแม้ว่าคุณจะยอมรับ "การปัดเศษ" ที่ขอบคุณจะยังคงต้องการแบนด์วิดท์สัญญาณข้อมูลจริงประมาณ 5 ถึง 7 เท่า เพื่อขนส่งคลื่นสี่เหลี่ยมของคุณ

ดังนั้นโดยทั่วไปจะไม่ทำ

ฉันแน่ใจว่าการสื่อสารไร้สายก่อนหน้านี้มีผู้ให้บริการสำรองบางประเภทที่ใช้ในการรับสัญญาณนาฬิกา แต่ฉันไม่เห็นว่าในมาตรฐานสมัยใหม่ใด ๆ

คุณสามารถไปในสิ่งที่ฉันเรียก (และนี่คือคำที่ฉันเพิ่งคิดค้น) เส้นทาง "ซิงโครไนซ์แบบอะซิงโครนัส":

• ส่งสัญญาณเริ่มต้นของสัญญาณที่รู้จักซึ่งช่วยให้ผู้รับสามารถประเมินอัตราของตัวเองเมื่อเทียบกับอัตราของเครื่องส่งสัญญาณและทำงานจากที่นั่นในช่วงระยะเวลาของการระเบิด

หรือวิธี "ลูปการควบคุมการกู้คืนนาฬิกาอย่างต่อเนื่อง"

ขั้นตอนที่สองนั้นทำในหลายวิธีแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับระบบที่คุณกำลังมองหาและความซับซ้อนของการออกแบบที่นักออกแบบสามารถสร้างเครื่องรับสัญญาณได้

หนึ่งในโครงการปกติมากคือการที่คุณตระหนักว่าทุกการสื่อสารแบบดิจิตอลที่มีสาระสำคัญในการเต้นของชีพจรรูป

หากคุณไม่มีเวลาที่จะทำอย่างเต็มที่: คุณไม่สามารถส่งพัลส์สั้น ๆ แบบไม่ จำกัด พร้อมแอมพลิจูด +1, -1, -1, +1, +1, -1, +1 ... ผ่านช่องทางของแบนด์วิดท์ที่ จำกัด

ดังนั้นคุณจะใช้รูปร่างของพัลส์ซึ่งจะช่วยให้การเปลี่ยนแปลงระหว่างสิ่งเหล่านี้ราบรื่น ความคิดคือยังคงตามเวลาที่แน่นอนสัญลักษณ์ค่าเป็นสัญลักษณ์ที่คุณต้องการส่ง แต่ในระหว่างนั้นมีการแลกเปลี่ยนแบนด์วิดท์ จำกัด ที่ราบรื่น

แล้วคุณจะได้รับรู้นี้ถ้าคุณได้ทำงานร่วมกับขนส่งแบบใช้สาย: คุณรู้แผนภาพตา ไดอะแกรมเดียวกันนี้ใช้ในการสื่อสารไร้สาย แต่โดยทั่วไปแล้วสำหรับการสื่อสารแบบมีสายระยะสั้นคุณคาดหวังว่าตาจะเกือบจะเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสในขณะที่รูปคลื่นพัลส์ที่มีรูปร่างกลมมีความตั้งใจ (แม้ว่าจำเป็นเช่นกัน) จากจุดเริ่มต้นในการสื่อสารไร้สาย

นี่หมายความว่าในเชิงเรขาคณิตหมายความว่าในเวลาที่ถูกต้องสัญญาณ "รูปร่าง" ของคุณมี extrema นั่นคือสถานที่ที่อนุพันธ์ของคุณเป็น 0

ตอนนี้คุณสามารถสร้างกลไกที่ดูความลาดเอียงของสัญญาณในเวลาที่คุณถือว่าสัญลักษณ์ของคุณเป็น ถ้าความชันนั้นเป็นค่าลบโอ้เราสายเกินไปลองสุ่มตัวอย่างเร็วขึ้นหน่อยถ้ามันเป็นบวกลองอีกหน่อย โปรดสังเกตว่านี่ไม่ใช่กรณีของการเปลี่ยนสัญลักษณ์ทั้งหมด (โดยทั่วไปการเปลี่ยนสัญลักษณ์เดียวกันจะไม่มีแอมพลิจูดสูงสุดในเวลาการสุ่มตัวอย่างที่ถูกต้อง) แต่เป็นกรณีของการเปลี่ยนภาพส่วนใหญ่โดยปกติ

ทำสถิติขั้นต่ำบางอย่างและคุณสามารถทำให้ข้อผิดพลาดของอัตราการปรับสัญลักษณ์นี้ (เล็ก)

ดังนั้นพวกเราจึงใช้แบนด์วิดท์เพื่อลงทุนแบนด์วิดธ์ที่เราสามารถใช้ในการส่งข้อมูล (ซึ่งเป็นสิ่งที่เราได้รับการจ่าย) เพื่อทำให้อัตราสัญลักษณ์ตรงกัน มันไม่เทียบเท่าโดยตรงกับ "รถบัสแบบซิงโครนัส" ในโลกที่มีสายเพราะนอกเหนือจากระบบแปลก ๆ บางอย่างที่ฉันแน่ใจว่ามีอยู่ (ผู้อ่านที่รักถ้าคุณรู้โปรดแจ้งให้เราทราบในความคิดเห็น) ต้องแน่ใจว่าได้หลีกเลี่ยงผู้ให้บริการนาฬิกาสัญลักษณ์แยกต่างหาก แต่โดยพื้นฐานแล้วมันก็เป็นความคิดเดียวกันนั่นคือมีวิธีการผลักข้อมูลเกี่ยวกับเวลาที่ควรจะเก็บตัวอย่างสัญลักษณ์ไว้ในเครื่องรับ

ฉันเข้าใจว่าในการสื่อสารแบบซิงโครนัสผู้ส่งและผู้รับต้องมีนาฬิการ่วมกัน เป็นไปได้หรือไม่ที่การสื่อสารไร้สายซิงโครนัส? องค์ประกอบการตอกบัตรทั่วไปสามารถมีไว้เพื่อจุดประสงค์ดังกล่าวได้หรือไม่?

ในการใช้สายโทรศัพท์ทั่วไปสามารถทำได้นาฬิกาทั่วไปโดยไม่ต้องหันไปใช้สายนาฬิกาแยกกัน ฉันกำลังคิดถึงการเข้ารหัสแมนเชสเตอร์ที่นี่: -

ข้อมูลและนาฬิกาถูกรวมเข้ากับประตู Exclusive-OR เพื่อสร้างสัญญาณเดียวที่สามารถถอดรหัสได้โดยไม่ต้องหันไปใช้สายนาฬิกาแยกต่างหาก เป็นสัญญาณที่นำข้อมูลนาฬิกาและข้อมูลมารวมกันพร้อมกัน

เมื่อพิจารณาว่านี่เป็นสัญญาณเดียว (รวมกัน) ทำให้เหมาะอย่างยิ่งที่จะส่งเป็นคลื่นวิทยุ (ด้วยเทคนิคการมอดูเลตที่เหมาะสม)

GSM ใช้การปรับแต่งอย่างระมัดระวัง (tweaked ในเรียลไทม์ในโทรศัพท์มือถือของสมาชิกแต่ละคน) oscillators 13MHz เพื่อหลีกเลี่ยงการลอยเวลาเริ่มต้นและหยุดเวลาของแพ็กเก็ตเสียง / ข้อมูล GSM

GSM จึงไม่จำเป็นต้องกังวลเกี่ยวกับการชนกันของแพ็กเก็ตและลองอีกครั้ง

======= เกี่ยวกับ telemetry จากการทดสอบจรวด / ขีปนาวุธ

นาซ่าและองค์กรผู้นำได้พัฒนาวิธีการ "เข้ารหัส" แบบต่าง ๆ โดยมีคำจำกัดความที่เป็นมาตรฐานภายใต้ IRIG Inter Range Instrumentation Group รูปแบบเหล่านี้บางรูปแบบมีความยาว 111111s หรือ 000000000s ที่ไม่มีข้อมูลการตอกบัตรและลูปเฟสล็อคล็อกตามพื้นสามารถกู้คืนข้อมูลได้ดีโดยไม่ต้องมีช่องสัญญาณวิทยุ / ไร้สายขนานที่จำเป็นสำหรับนาฬิกา มีเวลากระวนกระวายใจน้อยมากระหว่างขีปนาวุธและเสาอากาศภาคพื้นดิน เพื่อจัดการเซ็นเซอร์หลายร้อยตัวบนขีปนาวุธมัลติเพล็กซ์ทั้งหมดลงในสตรีมข้อมูลอนุกรมรูปแบบ SYNCH_WORD พิเศษจะถูกแทรกหนึ่งเฟรม

ในการทำงาน downlink ดังกล่าวมีพฤติกรรมนี้

1) กวาดช่วงความถี่ที่คาดว่าจะครอบคลุมการเลื่อนดอปเลอร์ที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในขณะที่ทดสอบผู้ให้บริการ RF แต่ละรายเพื่อระบุรูปแบบ (อัตราบิตที่คาดหวัง)

2) เมื่อพบอัตราบิตที่เหมาะสมจากนั้นติดตามเฟสล็อคไปยังบิตทรานซิชัน ในกรณีส่วนใหญ่จะช้าเนื่องจาก PLL มีแบนด์วิดท์ NARROW เพื่อหลีกเลี่ยงการทำลายเฟสล็อกได้ง่ายเนื่องจากเสียงระเบิด หรือล็อคเริ่มต้นสามารถทำได้ด้วยบรอดแบนด์จากนั้นแบนด์วิดท์ของลูปจะแคบลงอย่างรุนแรงซึ่งการเลื่อนของ Doppler นั้นแทบไม่รองรับเลย (การติดตาม Doppler นี้อาจต้องใช้ลูปควบคุมที่สูงกว่า)

3) เมื่อเรามีบิตล็อคระบบ telemetry ต้องการค้นหา "เริ่มต้นของเฟรม" ดังนั้นข้อมูลเซ็นเซอร์แรกและข้อมูลเซ็นเซอร์ที่ 2 ฯลฯ สามารถสกัดได้อย่างถูกต้องจากสตรีมบิตอนุกรม สิ่งนี้อาจใช้เวลาสักครู่เนื่องจากระบบตรวจสอบระยะไกลต้องผ่านการทดสอบแล้วจึงทดสอบบิตสตรีมสำหรับรูปแบบบิตพิเศษที่คาดไว้ซ้ำไปซ้ำมา การล็อคเฟรมไม่ถูกต้องหมายความว่าข้อมูลทั้งหมดไม่มีประโยชน์

บันทึกแนวทาง "ซิงโครนัส" ที่หลากหลาย:

a) ระบบ telemetry เลือกช่องสัญญาณ RF ที่ถูกต้อง

b) ระบบ telemetry ล็อคเพื่อให้กลายเป็นแบบซิงโครนัสด้วยอัตราบิต

c) ระบบ telemetry ล็อคเพื่อให้กลายเป็นซิงโครนัสกับการเริ่มต้นของเฟรม

เมื่อโพรบ PLUTO ส่งข้อมูลไปยังโลกหลังจากผ่าน PLUTO และจับภาพจำนวนมากและข้อมูลเซ็นเซอร์อื่น ๆ อัตราข้อมูล downlink อยู่ที่ประมาณ 100 บิตต่อวินาทีโดยผู้ให้บริการ RF ในช่วง 8GHz

เมื่อโลกหมุนรอบเสาอากาศ 70 เมตร 3 แห่งของ NASA ผ่านกระบวนการ "ซื้อ" และได้รับ 100 บิตดาต้าสตรีมใน 8 ชั่วโมงถัดไปทั้งหมดเกิดขึ้นพร้อมกัน

ระบบของนาซาถูกล็อค: RF, บิต, เฟรม

============= ประวัติ ================

ทำไม IRIG จึงถูกกำหนด? เนื่องจาก FM telemetry ต้องการประมาณ 20--25 dB SignalNoiseRatio สำหรับข้อมูลที่สะอาดในการลงจุดบนเครื่องบันทึกแผนภูมิเหล่านั้น

ในขณะที่ข้อมูลดิจิตอล (แม้ไม่มีการแก้ไขข้อผิดพลาด) ทำงานได้ดีที่ 10dB (หรือ 7dB ขึ้นอยู่กับการกำหนดแบนด์วิดท์ของคุณ) SNR ที่อัตราความผิดพลาดประมาณ 0.1%

ด้วยการส่งสัญญาณ RF แบบ จำกัด บนขีปนาวุธภายใต้การทดสอบโครงการการบินและอวกาศอย่างแท้จริงไม่สามารถรับ telemetry จากขีปนาวุธที่ออกจากชั้นบรรยากาศได้เว้นแต่จะใช้เซ็นเซอร์ SLOW เพียงไม่กี่ตัว รับไม่ได้

การลด SNR จาก 27dB เป็น 7dB มีความแตกต่าง 20dB และได้รับ Range ^ 2 ผลของการกระจายพลังงาน RF บริษัท การบินและอวกาศมีช่วง 10 เท่าโดยไม่มีข้อผิดพลาดในการตรวจจับ

ความสำคัญของ telemetry: โซเวียตใช้เซ็นเซอร์ 320,000 ตัวในการเปิดตัว N1 ครั้งสุดท้าย (ยังคงระเบิด!) ก่อนหน้า 3 การเปิดตัวใช้เซ็นเซอร์ 700 ครั้งเท่านั้น

ใช่ทำได้โดยการรวมสัญญาณนาฬิกาและน้ำหนักบรรทุกข้อมูลเข้ากับช่องสัญญาณเดียว (ไร้สาย)

ตัวอย่างเช่นรหัสแมนเชสเตอร์หรือชีพจรตำแหน่ง Modulation ในทั้งสองกรณี (เริ่มต้น) การกู้คืนนาฬิกาที่ฝั่งผู้รับ (เช่นโดยการซิงโครไนซ์ PLL) มักจะทำให้ง่ายขึ้นโดยใช้คำนำที่แตกต่างกันในส่วนหัวของกรอบข้อมูล

แอพลิเคชันหนึ่งที่ PPM ไร้สายที่ใช้สำหรับตัวอย่างคือการเฝ้าระวังรองเรดาร์ (ADS-B ฯลฯ )
oscillogram ของกรอบ ADS-B จะแสดงที่นี่

โดยปกติระบบที่กู้คืนนาฬิกาจากช่องสัญญาณเดียวจะเรียกว่า "asynchronous" เช่น UART ในขณะที่ระบบ "แบบซิงโครนัส" ต้องใช้หลายช่องสัญญาณ ดังนั้นฉันไม่เห็นด้วยกับข้ออ้างว่าการใช้การเข้ารหัสแมนเชสเตอร์หรือคล้ายกันคือ "ซิงโครนัส"

ในระบบวิทยุแม้ว่าคุณจะใช้หลายช่องสัญญาณมันเป็นเรื่องยากที่จะตรวจสอบให้แน่ใจว่าสัญญาณมาถึงในเวลาเดียวกันหรือแม้กระทั่งด้วยความน่าเชื่อถือเนื่องจากอาจมีการเลี้ยวเบนหรือการแสดงผลหลายทางที่เกี่ยวข้อง Doppler effect อาจบิดเบือนผลลัพธ์ของคุณ

ระบบ GSM นั้นใช้ Time-slot based (TDMA) แต่เท่าที่ฉันเข้าใจนาฬิกากลางนั้นใช้เพื่อควบคุมว่าอุปกรณ์มือถือชนิดใดที่ได้รับอนุญาตให้ส่งในช่วงเวลาเดียว - มันไม่ได้กำหนดขอบเขตบิต