Чи може бездротове спілкування бути синхронним?

Я розумію, що для синхронного спілкування відправника та одержувача потрібен спільний годинник. Чи можливо бездротовий зв’язок бути синхронним? Чи може бути якийсь загальний елемент годинника для такої мети?

Так. Начебто, принаймні.

Оскільки ви приїжджаєте з дротового тла, я буду будувати аналогію звідти:

Там, де UART працює лише тому, що годинник приймача та передавача досить схожий, так що для короткого сплеску біт вони не розходяться, те саме стосується бездротового цифрового зв’язку.

Якщо ваш показник символів досить низький, і приймач точно знає швидкість передачі символів, яку використовує передавач, то приймач може витягувати символи без попередньої запущеної логіки для відновлення годинника .

У високій швидкості, мобільні і потокові системи, як правило, це не може бути прийнято: немає двох осциляторів в цій Всесвіті не в точності те ж саме, і , отже, при передачі багато символів, ви повинні зробити дуже впевнений , що приймач має ті ж зразковий годинник як передавач.

Тепер, якщо ви намагалися взяти еквівалент SPI до бездротового домену:

• Сигнал даних
• Квадратний хвильовий годинниковий сигнал

ви помітите, що сигнал прямокутної прямокутної сигналу має дуже погану спектральну форму - він має нескінченну пропускну здатність, і навіть якщо ви приймете деяке "округлення" по краях, вам все одно знадобиться приблизно в 5 - 7 разів більше фактичної пропускної здатності сигналу даних транспортувати вашу квадратну хвилю.

Отже, це, як правило, не робиться.

Я впевнений, що раніше бездротові комунікатори мали якийсь вторинний носій, який використовувався для отримання символьних годин, але я цього не бачив у жодних сучасних стандартах.

Ви можете піти так, як я б назвав (і це я щойно вигадав термін) "синхронізованим асинхронним" маршрутом:

• надіслати преамбулу відомого сигналу, яка дозволяє одержувачу оцінити власну швидкість відносно швидкості передавача і просто працювати звідти протягом тривалості вибуху

або спосіб "безперервного циклу управління відновленням годинника".

Другий з них справді робиться дуже багато різних способів, залежно від того, яку систему ви дивитесь, і наскільки складні дизайнери могли дозволити собі зробити приймач.

Одна дуже типова схема полягає в тому, що ви розумієте, що всі цифрові комунікації по суті мають форму імпульсу .

Не маючи часу повністю зайнятися цим: Ви дійсно не можете надсилати нескінченно короткі імпульси з амплітудою +1, -1, -1, +1, -1, +1 ... по каналу кінцевої пропускної здатності.

Отже, ви застосовуєте форму імпульсу, яка служить для згладження переходу між ними; ідея полягає в тому, що все-таки, у точний час символів, значення є саме тими символами, які ви хотіли надіслати, але між ними є плавний обмін обмеженою пропускною здатністю.

Ви вже впізнаєте це, якщо працювали з дротовими шинами: ви знаєте діаграму очей . Точно така ж діаграма використовується в бездротових комунікаціях, хоча, як правило, для хорошого короткострокового дротового зв'язку ви очікуєте, що око буде майже квадратним, тоді як формування імпульсу з більш круглою формою навмисне (хоч і потрібно) від початку в бездротових комунікаціях.

Це, дуже геометрично, означає, що у точний правильний час ваш сигнал "форми" має екстремуми, тобто місця, де ваша похідна дорівнює 0.

Тепер ви можете побудувати механізм, який дивиться на нахил сигналу в той час, коли ви вважаєте, що ваш час символу. Якщо цей нахил від’ємний, ой, ми запізнилися, краще зразок трохи раніше, якщо він позитивний, зразок трохи пізніше. Зауважте, що це не так для всіх переходів символів (переходи однакових символів зазвичай не мають максимальної амплітуди в правильний час вибірки), але це стосується більшості переходів, як правило.

Зробіть кілька мінімальних статистичних даних, і ви можете зробити цю регульовану помилку (швидкістю) символів.

Таким чином, ми бездротові кому-люди інвестуємо пропускну здатність, яку ми могли б використовувати для передачі інформації (за що нам і платять), щоб синхронізувати швидкість передачі символів. Це не прямий еквівалент "синхронної шини" в провідному світі, адже окрім кількох особливо дивних систем, які я впевнений, що існують (шановний читачу, якщо ви знаєте її, дайте мені знати в коментарях), ми обов'язково уникайте окремого носія символу. Але це по суті та сама ідея: створити спосіб передачі інформації про те, коли символи повинні бути відібрані в приймач.

Я розумію, що для синхронного спілкування відправника та одержувача потрібен спільний годинник. Чи можливо бездротовий зв’язок бути синхронним? Чи може бути якийсь загальний елемент годинника для такої мети?

У звичайних провідних комунікаціях загальний годинник може бути досягнутий, не вдаючись до застосування окремого проводу годинника. Я думаю про кодування Манчестера: -

Дані та годинник поєднуються із шлюзом Ексклюзивний-АБО для отримання єдиного сигналу, який можна декодувати, не вдаючись до окремого тактового проводу. Це сигнал, який одночасно передає інформацію про годинник та дані.

Зважаючи на те, що зараз це єдиний (комбінований) сигнал, це робить його дуже придатним для передачі у вигляді радіохвилі (з відповідними методами модуляції).

GSM використовує ретельно налаштовані (налаштовані в режимі реального часу, у кожній абонентській трубці) осцилятори 13 МГц, щоб уникнути дрейфування часу початку та зупинки GSM-пакетів голосу / даних.

Таким чином, GSM не потрібно турбуватися про зіткнення пакетів та повторну спробу.

======= щодо телеметрії від випробувань ракет / ракет

NASA та його організації-попередники розробили різні методи "кодування", з визначеннями, стандартизованими в рамках групи інструментів IRIG Inter Range Instrumentation Group. Деякі з цих шаблонів мають тривалий пробіг 111111s або 000000000s без інформації про тактову синхронізацію, і наземні фазові шлюзові петлі відновлюють дані прекрасно ---- без паралельного радіо / бездротового каналу, необхідного для годин; між ракетою та наземною антеною дуже мало часу. Для обробки сотень датчиків на ракеті, всі мультиплексовані в послідовний потік даних, один раз кадр вставляється спеціальний зразок SYNCH_WORD.

Для функціонування така низхідна лінія має таку поведінку

1) підмітати діапазон частоти, який очікується для покриття неминучих доплерівських зрушень, під час тестування кожного радіочастотного носія для виявлення шаблонів (очікувана швидкість передачі бітів)

2) як тільки буде знайдена відповідна швидкість передачі бітів, слід здійснити блокування фаз для бітових переходів; у більшості випадків це повільно, оскільки PLL має пропускну здатність NARROW, щоб уникнути легкого порушення фазового блокування через шумові сплески; або початковий замок можна зробити широкосмуговим, а потім пропускну здатність петлі сильно затягнутий до місця, де доплерівські зрушення ледве розміщені (це відстеження Доплера може зажадати циклу управління вищого порядку)

3) щойно у нас є біт-блокування, телеметричній системі потрібно знайти «початок кадру», тому дані першого датчика та дані 2-го датчика тощо можуть бути правильно вилучені з потоку послідовних бітів; це може зайняти деякий час, оскільки система телеметрії ОБОВ'ЯЗКОВО БУДЕ ВІДПОВІДНА, і таким чином тестує бітовий потік на очікуваний СПЕЦІАЛЬНИЙ бітовий шаблон знову і знову. Неправильне блокування кадру означає, що всі дані марні.

Зверніть увагу на різні "синхронні" підходи:

а) телеметрична система вибирає правильний радіочастотний канал

б) система телеметрії блокується, таким чином, стає синхронною з бітовою швидкістю

в) система телеметрії блокується, стаючи, таким чином, синхронним з початком кадру

Коли зонд PLUTO передав дані на землю, після передачі PLUTO та захоплення багатьох фотографій та інших даних датчика, швидкість передачі даних низхідній лінії зв'язку становила близько 100 біт на секунду, при цьому радіочастотний носій знаходився в діапазоні 8 ГГц.

Коли земля оберталася, 3 антени NASA DeepSpace 70 метрів проходили через цей процес "придбання", а потім отримували цей 100-бітовий потік даних протягом наступних 8 годин, і все це відбувається синхронно.

Системи NASA були заблоковані: RF, біт, фрейм.

============== історія =================

Чому було визначено IRIG? оскільки FM-телеметрії потрібно близько 20--25 дБ SignalNoiseRatio для чистих даних для побудови на цих діаграмах.

Тоді як цифрові дані (навіть без виправлення помилок) добре працюють при 10 дБ (або 7 дБ, залежно від того, як визначена ваша пропускна здатність) SNR. Приблизно 0,1% похибки.

З обмеженою потужністю радіочастотного випромінювання на ракеті, що перебуває під тестом, аерокосмічні проекти буквально не могли отримати телеметрію від ракет, які вийшли з майже всферу, якщо тільки не було використано декілька датчиків низькочастотного сповільнення. Неприпустимо.

Зниження SNR з 27 дБ до 7 дБ, різниця в 20 дБ, і враховуючи ефект Дісперсії РЧ енергії в діапазоні ^ 2, аерокосмічні компанії раптом мали 10-кратний діапазон, навіть без виявлення помилок-виправлення.

Важливість телеметрії: на останньому (все-таки вона вибухнула!) Радянській Раді використали 320 000 датчиків на останньому запуску N1. До 3 запуску використовували лише 700 датчиків.

Так, це відбувається шляхом об'єднання сигналу даних та годинника та корисного навантаження в один (бездротовий) канал.

Приклади - код Манчестера або модуляція імпульсної позиції . В обох випадках (запуск) відновлення годин на стороні приймача (наприклад, синхронізація PLL) часто спрощується за допомогою чіткої преамбули в заголовку кадру даних.

Одним із застосувань, де, наприклад, використовується бездротовий РРМ, є радари вторинного спостереження (ADS-B тощо) .
Осцилограма кадру ADS-B показаний тут .

Зазвичай системи, які відновлюють годинник з одного каналу, називаються "асинхронними", як UART, тоді як "синхронні" системи потребують декількох каналів. Тому я не погоджуюся з твердженнями, що використання кодування Манчестера чи подібного є "синхронним".

У радіосистемах, навіть якщо ви використовуєте декілька каналів, важко забезпечити, щоб сигнали надходили одночасно або навіть з надійним перекосом, оскільки можуть бути задіяні дифракційні або багатошарові ефекти. Ефект доплера може також перекрутити ваші результати.

Системи GSM базуються на часових інтервалах (TDMA), але, наскільки я розумію, центральний годинник використовується лише для контролю того, яке мобільне обладнання дозволено передавати в будь-якому часовому інтервалі - це не визначає бітових меж.