A comunicação sem fio pode ser síncrona?

Entendo que na comunicação síncrona, o remetente e o destinatário precisam de um relógio comum. É possível que a comunicação sem fio seja síncrona? Pode haver algum elemento comum de relógio para esse fim?

Sim. Pelo menos isso.

Como você vem de um plano de fundo com fio, construirei a analogia a partir daí:

Onde o UART funciona apenas porque os relógios do receptor e do transmissor são semelhantes o suficiente para que, por uma pequena explosão de bits, não se afastem, o mesmo se aplica às comunicações digitais sem fio.

Se a sua taxa de símbolos for suficientemente baixa e o receptor souber exatamente a taxa de símbolos que o transmissor usa, então o receptor poderá extrair os símbolos sem primeiro executar a lógica para executar a recuperação do relógio .

Em sistemas móveis e de alta taxa de transmissão, geralmente, isso não pode ser assumido: não há dois osciladores neste universo exatamente iguais e, portanto, quando você transmite muitos símbolos, deve ter certeza de que o receptor tem o mesmo relógio de amostra como o transmissor.

Agora, se você tentou levar o equivalente a SPI ao domínio sem fio:

• Sinal de dados
• Sinal de relógio de onda quadrada

você notará que o sinal do relógio de onda quadrada tem uma forma espectral muito ruim - tem largura de banda infinita e, mesmo que você aceite alguns "arredondamentos" nas bordas, ainda precisará de 5 a 7 vezes a largura de banda real do sinal de dados para transportar sua onda quadrada.

Portanto, isso geralmente não é feito.

Tenho certeza de que as comunicações sem fio anteriores tinham algum tipo de operadora secundária usada para derivar um relógio de símbolo, mas não vi isso em nenhum padrão moderno.

Você pode escolher o que eu chamaria (e este é um termo que acabei de inventar) de rota "sincronizada assíncrona":

• envie um preâmbulo de sinal conhecido, que permite ao receptor estimar sua própria taxa em relação à taxa do transmissor e apenas trabalhar a partir daí durante a duração de uma rajada

ou o modo "loop de controle de recuperação de relógio contínuo".

O segundo é realmente feito de várias maneiras diferentes, dependendo do sistema que você está vendo e da complexidade dos designers para produzir o receptor.

Um esquema muito típico é que você percebe que todas as comunicações digitais são essencialmente em forma de pulso .

Sem ter tempo de se aprofundar nisso: você realmente não pode enviar pulsos infinitamente curtos com amplitude +1, -1, -1, +1, -1, +1 ... através de um canal de largura de banda finita.

Portanto, você aplica uma forma de pulso, que serve para suavizar a transição entre eles; a idéia é que ainda, nos momentos exatos dos símbolos, os valores sejam exatamente os símbolos que você deseja enviar, mas, no meio, há uma troca suave e limitada pela largura de banda.

Você já reconhecerá isso se tiver trabalhado com barramentos com fio: conhece o diagrama dos olhos . O mesmo diagrama é usado exatamente nas comunicações sem fio, no entanto, normalmente, para uma boa comunicação com fio de curto prazo, você esperaria que o olho fosse quase quadrado, enquanto o pulso modelado com uma forma mais arredondada é intencional (embora necessário também) desde o início em comunicações sem fio.

Isso, geometricamente, implica que, no exato momento certo, o seu "formato" do sinal tem extremos, ou seja, lugares onde sua derivada é 0.

Agora você pode criar um mecanismo que observe a inclinação do sinal nos momentos em que você supõe que os seus símbolos sejam. Se essa inclinação for negativa, oh, estamos atrasados, é melhor amostrar um pouco mais cedo, se for positivo, amostrar um pouco mais tarde. Observe que esse não é o caso de todas as transições de símbolos (as transições de mesmo símbolo geralmente não têm a amplitude máxima no tempo de amostragem correto), mas é o caso da maioria das transições.

Faça algumas estatísticas mínimas e você poderá ajustá-lo a um erro (pequeno) na taxa de símbolos.

Portanto, as pessoas de comunicação sem fio investem largura de banda que poderíamos estar usando para transmitir informações (pelo que estamos pagando) para tornar a taxa de símbolos sincronizável. Não é um equivalente direto a um "barramento síncrono" no mundo com fio, porque, além de alguns sistemas especialmente estranhos que com certeza existem (caro leitor, se você conhece um, me avise nos comentários), certifique-se de evitar um portador de relógio de símbolo separado. Mas é essencialmente a mesma idéia: ter uma maneira de empurrar as informações sobre quando os símbolos devem ser amostrados no receptor.

Entendo que na comunicação síncrona, o remetente e o destinatário precisam de um relógio comum. É possível que a comunicação sem fio seja síncrona? Pode haver algum elemento comum de relógio para esse fim?

Em comunicações com fio regulares, um relógio comum pode ser alcançado sem recorrer à aplicação de um fio de relógio separado. Estou pensando aqui na codificação Manchester: -

Dados e relógio são combinados com uma porta OR exclusiva para produzir um único sinal que pode ser decodificado sem recorrer a um fio de relógio separado. É um sinal que carrega informações e dados do relógio juntos simultaneamente.

Dado que este é agora um sinal único (combinado), torna muito adequado para ser transmitido como uma onda de rádio (com técnicas de modulação adequadas).

O GSM usa osciladores de 13MHz cuidadosamente ajustados (ajustados em tempo real, em cada aparelho de assinante), para evitar desvios nos horários de início e parada dos pacotes de voz / dados GSM.

Portanto, o GSM não precisa se preocupar com colisão de pacotes e nova tentativa.

======= sobre telemetria de testes de foguetes / mísseis

A NASA e suas organizações precursoras desenvolveram vários métodos de "codificação", com definições padronizadas no IRIG Inter Range Instrumentation Group. Alguns desses padrões têm execuções longas de 111111s ou 000000000s sem informações de relógio, e os loops de bloqueio de fase baseados em terra recuperam os dados muito bem - sem nenhum canal de rádio / sem fio paralelo necessário para relógios; há muito pouco tremor de tempo entre um míssil e a antena de aterramento. Para lidar com centenas de sensores no míssil, todos multiplexados em um fluxo de dados serial, um padrão SYNCH_WORD especial é inserido uma vez por quadro.

Para funcionar, esse downlink tem esse comportamento

1) varra o intervalo de frequência esperado para cobrir os desvios inevitáveis ​​do Doppler, enquanto testa cada portadora de RF para identificar padrões (a taxa de bits esperada)

2) uma vez que a taxa de bits adequada seja encontrada, prossiga com um bloqueio de fase para as transições de bits; isso é lento na maioria dos casos, porque o PLL possui largura de banda NARROW para evitar a interrupção fácil do bloqueio de fase devido a surtos de ruído; ou o bloqueio inicial pode ser feito em banda larga e, em seguida, a largura de banda do loop é severamente reduzida, para onde os turnos do Doppler são mal acomodados (esse rastreamento do Doppler pode exigir um loop de controle de ordem superior)

3) uma vez que tenhamos um bloqueio de bits, o sistema de telemetria precisa encontrar "início do quadro", para que os dados do primeiro sensor e do segundo sensor, etc, possam ser extraídos corretamente do fluxo de bits serial; isso pode demorar um pouco, porque o sistema de telemetria DEVE SER CERTO, e, portanto, testa o fluxo de bits quanto ao padrão de bits ESPECIAL esperado repetidamente. Bloqueio de quadro incorreto significa que todos os dados são inúteis.

Observe as várias abordagens "síncronas":

a) o sistema de telemetria escolhe o canal de RF correto

b) o sistema de telemetria trava, tornando-se síncrono com a taxa de bits

c) o sistema de telemetria trava, tornando-se síncrono com o início do quadro

Como a sonda PLUTO transmitiu dados para a Terra, depois de passar o PLUTO e capturar muitas fotos e outros dados do sensor, a taxa de dados de downlink era de cerca de 100 bits por segundo, com a portadora de RF na faixa de 8 GHz.

À medida que a Terra girava, as 3 antenas da NASA DeepSpace 70 metros passaram por esse processo de "aquisição" e receberam o fluxo de dados de 100 bits pelas próximas 8 horas, todas ocorrendo de forma síncrona.

Os sistemas da NASA estavam bloqueados: RF, bit, frame.

============= história ================

Por que o IRIG foi definido? porque a telemetria de FM precisa de cerca de 20 a 25 dB de SignalNoiseRatio para que dados limpos sejam plotados nesses gravadores de gráficos.

Enquanto os dados digitais (mesmo sem correção de erros) funcionam bem em 10dB (ou 7dB, dependendo de como sua largura de banda é definida) SNR. A cerca de 0,1% de taxa de erro.

Com a potência de RF do transmissor finito em um míssil em teste, os projetos aeroespaciais literalmente não podiam obter telemetria de mísseis que saíam da atmosfera, a menos que apenas alguns sensores SLOW fossem usados. Inaceitável.

Baixando o SNR de 27dB para 7dB, uma diferença de 20dB, e dado o efeito Range ^ 2 da dispersão de energia de RF, as empresas aeroespaciais subitamente tiveram 10X o alcance, mesmo sem a detecção correta de erros.

Importância da telemetria: os soviéticos usaram 320.000 sensores no lançamento final (ainda explodiu!) Do N1. Os lançamentos anteriores 3 usavam apenas 700 sensores.

Sim, isso é feito mesclando o sinal de dados do relógio e da carga útil em um canal (sem fio).

Exemplos são o código de Manchester ou a modulação da posição do pulso . Nos dois casos (iniciar o), a recuperação do relógio no lado do receptor (por exemplo, sincronizando uma PLL) geralmente é simplificada usando um preâmbulo distinto no cabeçalho de um quadro de dados.

Uma aplicação em que o PPM sem fio é usado, por exemplo, é o Radar de vigilância secundária (ADS-B etc.) .
Um oscilograma de um quadro ADS-B é mostrado aqui .

Normalmente, os sistemas que recuperam o relógio de um único canal são chamados de "assíncronos", como UARTs, enquanto os sistemas "síncronos" requerem vários canais. Por isso, discordo das afirmações de que o uso da codificação Manchester ou similar é "síncrono".

Nos sistemas de rádio, mesmo se você usar vários canais, é difícil garantir que os sinais cheguem ao mesmo tempo ou mesmo com uma inclinação confiável, porque podem haver efeitos de difração ou de caminhos múltiplos envolvidos. O efeito Doppler também pode distorcer seus resultados.

Os sistemas GSM são baseados no slot de tempo (TDMA), mas, até onde eu entendi, o relógio central é usado apenas para controlar quais equipamentos móveis podem transmitir em qualquer intervalo de tempo - não determina limites de bits.