La comunicazione wireless può essere sincrona?

Capisco che nella comunicazione sincrona, il mittente e il destinatario necessitano di un orologio comune. È possibile che la comunicazione wireless sia sincrona? Può esserci qualche elemento di clock comune a tale scopo?

Sì. Un po ', almeno.

Mentre provieni da uno sfondo cablato, costruirò l'analogia da lì:

Laddove UART funziona solo perché gli orologi del ricevitore e del trasmettitore sono abbastanza simili in modo tale che, per una breve raffica di bit, non si allontanano, lo stesso vale per le comunicazioni digitali wireless.

Se la frequenza dei simboli è abbastanza bassa e il ricevitore conosce esattamente la frequenza dei simboli utilizzata dal trasmettitore, il ricevitore può estrarre i simboli senza prima eseguire la logica per eseguire il ripristino del clock .

Nei sistemi ad alta velocità, mobili e streaming, in generale, questo non si può presumere: non ci sono due oscillatori in questo universo esattamente uguali e quindi, quando si trasmettono molti simboli, è necessario assicurarsi che il ricevitore abbia lo stesso orologio campione come trasmettitore.

Ora, se hai provato a prendere l'equivalente di SPI nel dominio wireless:

• Segnale dati
• Segnale di orologio ad onda quadra

noterai che il segnale dell'orologio ad onda quadra ha una forma spettrale davvero cattiva - ha una larghezza di banda infinita e anche se accetti un "arrotondamento" sui bordi, avresti comunque bisogno di circa 5-7 volte la larghezza di banda del segnale dati reale per trasportare la tua onda quadra.

Quindi, ciò non è generalmente fatto.

Sono sicuro che le comunicazioni wireless precedenti avevano una sorta di operatore secondario che veniva utilizzato per derivare un orologio simbolo, ma non l'ho visto in nessuno standard moderno.

Puoi andare in quello che chiamerei (e questo è un termine che ho appena inventato) il percorso "sincronizzato asincrono":

• inviare un preambolo di segnale noto, che consente al ricevitore di stimare la propria frequenza rispetto alla frequenza del trasmettitore, e di lavorare da lì per la durata di uno scoppio

o il modo "loop di controllo del ripristino del clock continuo".

Il secondo è davvero fatto in molti modi diversi, a seconda del sistema che stai guardando e di quanto i progettisti possano permettersi di realizzare il ricevitore.

Uno schema molto tipico è che ti rendi conto che tutte le comunicazioni digitali sono essenzialmente a forma di impulso .

Senza avere il tempo di approfondire: non è possibile inviare impulsi infinitamente brevi con ampiezza +1, -1, -1, +1, -1, +1 ... su un canale di larghezza di banda finita.

Quindi, si applica una forma di impulso, che serve a facilitare la transizione tra questi; l'idea è che ancora, nei tempi esatti del simbolo, i valori siano esattamente i simboli che si desidera inviare, ma nel mezzo c'è uno scambio regolare, limitato dalla larghezza di banda.

Lo riconoscerai già se hai lavorato con i bus cablati: conosci il diagramma degli occhi . Lo stesso identico diagramma viene utilizzato nelle comunicazioni wireless, sebbene, in genere, per una buona comunicazione cablata a breve termine, ci si aspetterebbe che l'occhio sia quasi quadrato, mentre la modulazione dell'impulso con una forma più rotonda è intenzionale (anche se necessario) dall'inizio nelle comunicazioni wireless.

Ciò, molto geometricamente, implica che nei momenti esatti giusti, la "forma" del segnale ha estremi, cioè i luoghi in cui la derivata è 0.

Ora puoi costruire un meccanismo che guarda la pendenza del segnale nei momenti in cui supponi che siano i tuoi simboli. Se quella pendenza è negativa, oh, siamo troppo tardi, meglio campionare un po 'prima, se è positivo, campionare un po' più tardi. Si noti che questo non è il caso di tutte le transizioni di simboli (le transizioni dello stesso simbolo di solito non hanno l'ampiezza massima al tempo di campionamento corretto), ma di solito è il caso della maggior parte delle transizioni.

Esegui alcune statistiche minime e puoi modificarlo in un (piccolo) errore di frequenza dei simboli.

Pertanto, noi utenti della rete wireless investiamo la larghezza di banda che potremmo utilizzare per trasmettere informazioni (che è ciò per cui siamo pagati) nel rendere sincronizzabile la frequenza dei simboli. Non è un equivalente diretto di un "bus sincrono" nel mondo cablato, perché a parte alcuni sistemi particolarmente strani che sono sicuro che esistano (caro lettore, se ne conosci uno, fammelo sapere nei commenti), faremo assicurarsi di evitare di disporre di un supporto separato per l'orologio con simboli. Ma è essenzialmente la stessa idea: avere un modo per spingere le informazioni su quando i simboli dovrebbero essere campionati nel ricevitore.

Capisco che nella comunicazione sincrona, il mittente e il destinatario necessitano di un orologio comune. È possibile che la comunicazione wireless sia sincrona? Può esserci qualche elemento di clock comune a tale scopo?

Nelle normali comunicazioni cablate è possibile ottenere un orologio comune senza ricorrere all'applicazione di un filo separato per l'orologio. Sto pensando qui alla codifica Manchester: -

Dati e clock sono combinati con un gate OR esclusivo per produrre un singolo segnale che può essere decodificato senza ricorrere a un filo di clock separato. È un segnale che trasporta contemporaneamente informazioni e dati dell'orologio.

Dato che questo è ora un singolo segnale (combinato), lo rende molto adatto per essere trasmesso come un'onda radio (con adeguate tecniche di modulazione).

Il GSM utilizza oscillatori accuratamente ottimizzati (ottimizzati in tempo reale, in ciascun ricevitore) 13 oscillatori da 13 MHz, per evitare la deriva dei tempi di inizio e fine dei pacchetti voce / dati GSM.

Pertanto il GSM non deve preoccuparsi della collisione dei pacchetti e riprovare.

======= riguardo alla telemetria dai test missilistici / missilistici

La NASA, e le sue organizzazioni precursori, hanno sviluppato vari metodi di "codifica", con definizioni standardizzate nell'ambito del Gruppo di strumentazione IR Range Inter. Alcuni di questi schemi hanno lunghe serie di 111111 o 000000000 senza informazioni di clock e i loop di blocco di fase a terra ripristinano i dati bene ---- senza alcun canale radio / wireless parallelo necessario per gli orologi; c'è molto poco jitter di temporizzazione tra un missile e l'antenna a terra. Per gestire centinaia di sensori sul missile, tutti multiplexati in un flusso di dati seriale, viene inserito uno speciale pattern SYNCH_WORD una volta che un frame.

Per funzionare, un tale downlink ha questo comportamento

1) spazzare l'intervallo di frequenza previsto per coprire gli inevitabili spostamenti del Doppler, testando ogni vettore RF per identificare gli schemi (il bit rate atteso)

2) una volta trovato il bit rate corretto, quindi perseguire un blocco di fase alle transizioni di bit; questo è lento nella maggior parte dei casi perché il PLL ha una larghezza di banda NARROW per evitare un facile blocco della fase di interruzione a causa di scoppi di rumore; oppure il blocco iniziale può essere eseguito a banda larga, e quindi la larghezza di banda del loop è fortemente ridotta, dove i turni Doppler sono appena adattati (questo tracciamento di Doppler può richiedere un loop di controllo di ordine superiore)

3) una volta che abbiamo un bit-lock, il sistema di telemetria deve trovare "start of frame", quindi i dati del primo sensore e i dati del 2 ° sensore, ecc., Possono essere estratti correttamente dal flusso di bit seriale; questo potrebbe richiedere del tempo, poiché il sistema di telemetria DEVE ESSERE CERTA, e quindi verifica ripetutamente il flusso di bit per lo schema di bit SPECIAL atteso. Blocco della cornice errato significa che tutti i dati sono inutili.

Nota i vari approcci "sincroni":

a) il sistema di telemetria seleziona il canale RF corretto

b) il sistema di telemetria si blocca, diventando così sincrono con il bit rate

c) il sistema di telemetria si blocca, diventando così sincrono con l'inizio di Frame

Mentre la sonda PLUTO trasmetteva i dati a terra, dopo aver passato PLUTO e catturato molte foto e altri dati del sensore, la velocità dei dati di downlink era di circa 100 bit al secondo, con il vettore RF nella gamma di 8 GHz.

Mentre la terra ruotava, le 3 antenne della NASA DeepSpace da 70 metri ognuna passavano attraverso questo processo di "acquisizione" e quindi ricevevano quel flusso di dati a 100 bit per le successive 8 ore, tutte avvenute in modo sincrono.

I sistemi della NASA erano bloccati: RF, bit, frame.

============= storia ================

Perché è stato definito IRIG? perché la telemetria FM necessita di circa 20-25 dB SignalNoiseRatio affinché i dati puliti vengano tracciati su quei registratori grafici.

Considerando che i dati digitali (anche senza correzione degli errori) funzionano bene a 10 dB (o 7 dB, a seconda di come viene definita la larghezza di banda) SNR. A circa 0,1% di tasso di errore.

Con la potenza RF del trasmettitore finita su un missile sotto test, i progetti aerospaziali non potevano letteralmente ottenere la telemetria dai missili usciti dall'atmosfera, a meno che non fossero stati usati solo pochi sensori SLOW. Inaccettabile.

Rilasciando il SNR da 27dB a 7dB, una differenza di 20dB, e dato l'effetto Range ^ 2 della dispersione di energia RF, le compagnie aerospaziali avevano improvvisamente il raggio di 10 volte, anche senza che il rilevamento errori fosse corretto.

Importanza della telemetria: i sovietici usarono 320.000 sensori nel lancio finale (ancora esploso!) Dell'N1. I lanci precedenti 3 utilizzavano solo 700 sensori.

Sì, si ottiene unendo il segnale dati di clock e payload in un canale (wireless).

Esempi sono il codice Manchester o la modulazione della posizione dell'impulso . In entrambi i casi (avviare il clock ) il recupero dell'orologio sul lato ricevitore (ad es. Sincronizzando un PLL) è spesso semplificato usando un preambolo distinto nell'intestazione di un frame di dati.

Un'applicazione in cui viene utilizzata la PPM wireless è il radar di sorveglianza secondario (ADS-B ecc . ) . Qui
è mostrato un oscillogramma di un frame ADS-B .

Normalmente i sistemi che ripristinano l'orologio da un singolo canale sono chiamati "asincroni", come gli UART, mentre i sistemi "sincroni" richiedono più canali. Quindi non sono d'accordo con l'affermazione secondo cui l'uso della codifica Manchester o simile è "sincrono".

Nei sistemi radio, anche se si utilizzano più canali, è difficile garantire che i segnali arrivino contemporaneamente o anche con una deviazione affidabile, perché potrebbero esserci effetti di diffrazione o multipath. L'effetto Doppler può anche distorcere i risultati.

I sistemi GSM sono basati su time-slot (TDMA), ma per quanto ne so l'orologio centrale è solo usato per controllare quale apparecchiatura mobile è autorizzata a trasmettere in un qualsiasi periodo di tempo - non determina i limiti di bit.