Может ли беспроводная связь быть синхронной?

Я понимаю, что при синхронной связи отправителю и получателю нужны общие часы. Возможно ли, чтобы беспроводная связь была синхронной? Может ли быть какой-то общий элемент синхронизации для этой цели?

Да. Вроде, по крайней мере.

Поскольку вы пришли из проводного фона, я построю аналогию оттуда:

В тех случаях, когда UART работает только потому, что тактовые частоты приемника и передатчика достаточно схожи, поэтому при коротком наборе битов они не расходятся, то же самое относится и к беспроводной цифровой связи.

Если ваша скорость передачи символов достаточно низкая, и приемник точно знает скорость передачи символов, которую использует передатчик, тогда приемник может извлечь символы без предварительной логики для восстановления тактового сигнала .

В высокой скорости, мобильные и потоковые системы, как правило, это не может быть принято: нет двух осцилляторов в этой вселенной не в точности то же самое, и , следовательно, при передаче много символов, вы должны сделать очень уверен , что приемник имеет те же Сэмпл часов в качестве передатчика.

Теперь, если вы попытались перенести эквивалент SPI в беспроводной домен:

• Сигнал данных
• Сигнал прямоугольной формы

вы заметите, что прямоугольный синхросигнал имеет действительно плохую спектральную форму - он имеет бесконечную полосу пропускания, и даже если вы допустите некоторое «округление» по краям, вам все равно потребуется примерно в 5-7 раз больше фактической полосы пропускания сигнала данных. транспортировать вашу прямоугольную волну.

Следовательно, это обычно не делается.

Я уверен, что у более ранних беспроводных коммуникаций была какая-то вторичная несущая, которая использовалась для получения символьных часов, но я не видел этого ни в каких современных стандартах.

Вы можете использовать то, что я бы назвал (и это термин, который я только что изобрел), «синхронизированный асинхронный» маршрут:

• отправить преамбулу известного сигнала, которая позволяет приемнику оценить свою собственную скорость относительно скорости передатчика, и просто работать оттуда в течение пакета

или "непрерывный цикл управления восстановлением часов".

Второй действительно выполняется разными способами, в зависимости от того, на какую систему вы смотрите, и от того, насколько сложные конструкторы могут позволить себе сделать приемник.

Одна очень типичная схема заключается в том, что вы понимаете, что все цифровые коммуникации в основном имеют импульсную форму .

Не имея времени полностью погрузиться в это: вы действительно не можете посылать бесконечно короткие импульсы с амплитудой +1, -1, -1, +1, -1, +1 ... по каналу с конечной полосой пропускания.

Следовательно, вы применяете форму импульса, которая служит для сглаживания перехода между ними; Идея состоит в том, что, все же, в точное время символа значения являются именно теми символами, которые вы хотели отправить, но между ними происходит плавный обмен с ограниченной пропускной способностью.

Вы уже узнаете это, если работали с проводными автобусами: вы знаете схему глаз . Точно такая же диаграмма используется в беспроводной связи, хотя, как правило, для хорошей краткосрочной проводной связи вы ожидаете, что глаз будет почти квадратным, тогда как формирование импульса с округлой формой является преднамеренным (хотя и необходимым) с самого начала в беспроводной связи.

Это очень геометрически означает, что в правильные моменты времени «форма» вашего сигнала имеет экстремумы, то есть места, где ваша производная равна 0.

Теперь вы можете создать механизм, который смотрит на наклон сигнала в моменты времени, когда вы полагаете, что время вашего символа равно. Если этот наклон отрицателен, о, мы слишком поздно, лучше сэмплируем немного раньше, если он положительный, сэмплируем немного позже. Обратите внимание, что это не относится ко всем символьным переходам (переходы с одним и тем же символом обычно не имеют максимальной амплитуды в правильное время выборки), но обычно это относится к большинству переходов.

Сделайте некоторую минимальную статистику, и вы можете настроить ее на (небольшую) ошибку в скорости передачи символов.

Таким образом, мы, сотрудники беспроводной связи, инвестируем пропускную способность, которую мы могли бы использовать для передачи информации (за что нам платят), чтобы синхронизировать скорость передачи символов. Это не прямой эквивалент "синхронной шины" в проводном мире, потому что помимо нескольких особенно странных систем, которые, я уверен, существуют (дорогой читатель, если вы знаете одну, дайте мне знать в комментариях), мы будем Обязательно избегайте использования отдельного символьного носителя. Но это по сути та же самая идея: иметь способ передать информацию о том, когда символы должны быть выбраны в приемник.

Я понимаю, что при синхронной связи отправителю и получателю нужны общие часы. Возможно ли, чтобы беспроводная связь была синхронной? Может ли быть какой-то общий элемент синхронизации для этой цели?

В обычных проводных соединениях можно получить общие часы, не прибегая к использованию отдельного провода часов. Я думаю здесь о манчестерской кодировке:

Данные и часы объединяются с вентилем Exclusive-OR для создания единого сигнала, который можно декодировать, не прибегая к отдельному проводу синхронизации. Это сигнал, который одновременно передает и тактовую информацию, и данные.

Учитывая, что это теперь один (комбинированный) сигнал, это делает его очень подходящим для передачи в качестве радиоволны (с подходящими методами модуляции).

GSM использует тщательно настроенные (в реальном времени, в каждой телефонной трубке) осцилляторы 13 МГц, чтобы избежать смещения времени начала и окончания голосовых / голосовых пакетов GSM.

Таким образом, GSM не нужно беспокоиться о конфликте пакетов и повторных попытках.

======= относительно телеметрии от испытаний ракет / ракет

НАСА и его организации-предшественники разработали различные методы «кодирования», определения которых были стандартизированы в рамках IRIG Inter Range Instrumentation Group. Некоторые из этих шаблонов имеют длительные циклы 111111 или 000000000 с отсутствием информации о тактировании, а наземные циклы фазовой синхронизации восстанавливают данные просто отлично ---- без какого-либо параллельного радио / беспроводного канала, необходимого для тактирования; между ракетой и наземной антенной очень мало временного дрожания. Для обработки сотен датчиков ракеты, все мультиплексированные в поток последовательных данных, один кадр SYNCH_WORD вставляется один раз в кадр.

Чтобы функционировать, такой нисходящий канал имеет такое поведение

1) развернуть диапазон частот, который, как ожидается, будет охватывать неизбежные доплеровские сдвиги, при этом проверяя каждую РЧ несущую на предмет выявления закономерностей (ожидаемой скорости передачи в битах)

2) как только найдена правильная битовая скорость, следует выполнить фазовую синхронизацию с битовыми переходами; в большинстве случаев это происходит медленно, поскольку ФАПЧ имеет узкую полосу пропускания, чтобы избежать легкого нарушения фазовой синхронизации из-за шумовых всплесков; или начальная блокировка может быть сделана широкополосной, а затем полоса пропускания петли сильно ограничена, так что доплеровские сдвиги едва приспособлены (для этого отслеживания допплера может потребоваться цикл управления более высокого порядка)

3) когда у нас есть битовая блокировка, телеметрическая система должна найти «начало кадра», чтобы данные первого датчика, данные второго датчика и т. Д. Могли быть правильно извлечены из последовательного битового потока; это может занять некоторое время, потому что телеметрическая система ДОЛЖНА БЫТЬ ОПРЕДЕЛЕННОЙ, и, таким образом, снова и снова проверяет поток битов на ожидаемый СПЕЦИАЛЬНЫЙ битовый шаблон. Неправильная блокировка кадра означает, что все данные бесполезны.

Обратите внимание на различные «синхронные» подходы:

а) система телеметрии выбирает правильный канал RF

b) система телеметрии синхронизируется с битрейтом

c) система телеметрии блокируется, таким образом, становится синхронной с началом кадра

Когда зонд PLUTO передавал данные на землю, после прохождения PLUTO и сбора множества фотографий и других данных с датчиков скорость передачи данных по нисходящей линии связи составляла около 100 бит в секунду, а несущая РЧ находилась в диапазоне 8 ГГц.

По мере вращения Земли каждая из 70-метровых антенн NASA DeepSpace прошла через этот процесс «сбора данных» и затем получила этот 100-битовый поток данных в течение следующих 8 часов, причем все происходило синхронно.

Системы НАСА были заблокированы: RF, бит, кадр.

============= История ================

Почему был определен IRIG? потому что FM-телеметрия требует около 20-25 дБ SignalNoiseRatio для чистых данных, которые можно нанести на эти карт-рекордеры.

В то время как цифровые данные (даже без исправления ошибок) хорошо работают при 10 дБ (или 7 дБ, в зависимости от того, как определяется ваша полоса пропускания) SNR. При частоте ошибок около 0,1%.

С конечной радиочастотной мощностью передатчика при испытании ракеты аэрокосмические проекты в буквальном смысле не могли получить телеметрию от ракет, которые выходили из атмосферы, если только не было использовано несколько датчиков SLOW. Неприемлемый.

Снижая SNR с 27 дБ до 7 дБ, с разницей в 20 дБ, и учитывая эффект Range ^ 2 рассеивания РЧ-энергии, аэрокосмические компании неожиданно получили 10-кратный диапазон, даже без исправления ошибок обнаружения.

Важность телеметрии: Советы использовали 320 000 датчиков на последнем (все еще взорвавшемся) запуске N1. До 3-х запусков использовалось только 700 датчиков.

Да, это делается путем объединения тактового сигнала и сигнала данных полезной нагрузки в один (беспроводной) канал.

Примерами являются манчестерский код или импульсная модуляция положения . В обоих случаях (запуск) восстановления тактового сигнала на стороне приемника (например, путем синхронизации ФАПЧ) часто упрощается путем использования отдельной преамбулы в заголовке кадра данных.

Одним из приложений, где используется, например, беспроводной PPM, является вторичный радар наблюдения (ADS-B и т . Д.) .
Осциллограмма кадра ADS-B показана здесь .

Обычно системы, которые восстанавливают тактовую частоту из одного канала, называются «асинхронными», как UART, в то время как «синхронные» системы требуют нескольких каналов. Так что я не согласен с утверждениями о том, что использование манчестерской кодировки или аналогичной "синхронно".

В радиосистемах, даже если вы используете несколько каналов, трудно гарантировать, что сигналы поступают в одно и то же время или даже с надежным перекосом, поскольку могут иметь место эффекты дифракции или многолучевого распространения. Эффект Доплера также может исказить ваши результаты.

Системы GSM основаны на временных интервалах (TDMA), но, насколько я понимаю, центральные часы просто используются для управления тем, какое мобильное оборудование разрешено передавать в одном временном интервале - оно не определяет битовые границы.