¿Puede la comunicación inalámbrica ser sincrónica?

Sí. Al menos, al menos.

Como viene de un fondo cableado, construiré la analogía desde allí:

Donde UART solo funciona porque los relojes del receptor y del transmisor son lo suficientemente similares para que, para una breve ráfaga de bits, no se separen, lo mismo se aplica a las comunicaciones digitales inalámbricas.

Si su tasa de símbolos es lo suficientemente baja y el receptor conoce exactamente la tasa de símbolos que usa el transmisor, entonces el receptor puede extraer los símbolos sin ejecutar primero la lógica para hacer recuperación de reloj .

En los sistemas de alta velocidad, móviles y de transmisión, generalmente, esto no se puede asumir: no hay dos osciladores en este universo que sean exactamente iguales, y por lo tanto, cuando transmites muchos símbolos, debe asegurarse de que el receptor tenga el mismo reloj de muestra que el transmisor.

Ahora, si intentó llevar el equivalente de SPI al dominio inalámbrico:

• señal de datos
• señal de reloj de onda cuadrada

notará que la señal del reloj de onda cuadrada tiene una forma espectral realmente mala; tiene un ancho de banda infinito, e incluso si acepta algún "redondeo" en los bordes, aún necesitará entre 5 y 7 veces más que el real ancho de banda de la señal de datos para transportar su onda cuadrada.

Por lo tanto, eso generalmente no se hace.

Estoy seguro de que las comunicaciones inalámbricas anteriores tenían algún tipo de operador secundario que se usaba para derivar un reloj de símbolos, pero no he visto eso en ningún estándar moderno.

Puedes ir a lo que yo llamaría (y este es un término que acabo de inventar) la ruta "asíncrona sincronizada":

• enviar un preámbulo de señal conocida, que le permita al receptor estimar su propia velocidad en relación con la velocidad del transmisor, y simplemente trabajar desde allí durante la duración de una ráfaga

o la forma de "bucle de control de recuperación de reloj continuo".

El segundo realmente se realiza de muchas maneras diferentes, dependiendo del sistema que esté viendo y de la complejidad de los diseñadores para hacer el receptor.

Un esquema muy típico es que te das cuenta de que todas las comunicaciones digitales son esencialmente en forma de pulso .

Sin tener el tiempo para profundizar en eso: realmente no puede enviar pulsos infinitamente cortos con amplitud +1, -1, -1, +1, -1, +1 ... a través de un canal de ancho de banda finito .

Por lo tanto, aplica una forma de pulso, que sirve para suavizar la transición entre estos; la idea es que aún, en los tiempos exactos del símbolo, los valores son exactamente los símbolos que deseaba enviar, pero en medio, hay un intercambio suave y limitado por el ancho de banda.

Ya lo reconocerás si has trabajado con autobuses cableados: conoces el diagrama de ojo . Sin embargo, el mismo diagrama se usa exactamente en las comunicaciones inalámbricas, aunque, por lo general, para una buena comunicación por cable de corto recorrido, se espera que el ojo sea casi cuadrado, mientras que la forma del pulso con una forma más redonda es intencional (aunque también es necesario) Desde el principio en comunicaciones inalámbricas.

Esto,muygeométricamente,implicaqueenlosmomentosexactoscorrectos,su"forma" de señal tiene extremos, es decir, lugares donde su derivado es 0.

Ahora puede construir un mecanismo que mire la pendiente de la señal en los momentos en que asume que son los tiempos de sus símbolos. Si esa pendiente es negativa, oh, estamos demasiado tarde, mejor muestra un poco antes, si es positiva, muestra un poco más tarde. Tenga en cuenta que este no es el caso para todas las transiciones de símbolos (las transiciones con el mismo símbolo generalmente no tienen la amplitud máxima en el momento correcto de muestreo), pero es el caso de most Transiciones, por lo general.

Realice algunas estadísticas mínimas y puede hacer que se pueda ajustar a un error (pequeño) de tasa de símbolos.

Por lo tanto, las personas de comunicaciones inalámbricas invertimos en el ancho de banda que podríamos utilizar para transmitir información (que es por lo que nos pagan) para que la velocidad de los símbolos sea sincronizable. No es un equivalente directo a un "bus síncrono" en el mundo cableado, porque aparte de algunos sistemas especialmente extraños que estoy seguro de que existen (querido lector, si lo sabe, hágamelo saber en los comentarios), asegúrese de evitar tener un cargador de reloj de símbolos separado. Pero es esencialmente la misma idea: tener una forma de obtener información sobre cuándo se deben muestrear los símbolos en el receptor.

  

Entiendo que en la comunicación síncrona, el remitente y   El receptor necesita un reloj común. ¿Es posible que inalámbrico?   ¿La comunicación es sincrónica? ¿Puede algún elemento de reloj común ser   allí para tal propósito?

En las comunicaciones regulares por cable, se puede lograr un reloj común sin tener que recurrir a un cable de reloj separado. Estoy pensando aquí en la codificación de Manchester: -

Los datos y el reloj se combinan con una puerta exclusiva O para producir una única señal que puede decodificarse sin tener que recurrir a un cable de reloj separado. Es una señal que transporta información de reloj y datos juntos simultáneamente.

Dado que ahora se trata de una señal única (combinada), es muy adecuado para transmitirla como una onda de radio (con técnicas de modulación adecuadas).

GSM utiliza osciladores de 13MHz cuidadosamente retocados (ajustados en tiempo real, en cada teléfono del suscriptor), para evitar el desvío de los tiempos de inicio y finalización de los paquetes de datos / voz GSM.

Por lo tanto, GSM no debe preocuparse por la colisión de paquetes y volver a intentarlo.

======= con respecto a la telemetría de las pruebas de cohetes / misiles

La NASA, y sus organizaciones precursoras, desarrollaron varios métodos de "codificación", con definiciones estandarizadas bajo el Grupo de Instrumentación de Intervalos IRIG. Algunos de estos patrones tienen recorridos largos de 111111s o 000000000s sin información de temporización, y los bucles de bloqueo de fase basados en tierra recuperan los datos sin problemas, sin necesidad de ningún canal de radio / inalámbrico paralelo para los relojes; hay muy poca fluctuación de tiempo entre un misil y la antena de tierra. Para manejar cientos de sensores en el misil, todos multiplexados en un flujo de datos en serie, se inserta un patrón especial SYNCH_WORD una vez por marco.

Para funcionar, este enlace descendente tiene este comportamiento

1) barrer el intervalo de frecuencia esperado para cubrir los inevitables cambios Doppler, mientras se prueba a cada portadora de RF para identificar patrones (la tasa de bits esperada)

2) una vez que se encuentra la tasa de bits adecuada, entonces realice un bloqueo de fase para las transiciones de bits; esto es lento en la mayoría de los casos debido a que el PLL tiene un ancho de banda NARROW para evitar un bloqueo fácil de la fase debido a las ráfagas de ruido; o el bloqueo inicial se puede realizar en banda ancha, y luego el ancho de banda del bucle se reduce considerablemente, hasta que los cambios Doppler apenas se acomodan (este seguimiento de Doppler puede requerir un bucle de control de orden superior)

3) una vez que tenemos un bloqueo de bits, el sistema de telemetría necesita encontrar el "inicio del cuadro", por lo que los datos del primer sensor y los datos del segundo sensor, etc., pueden extraerse correctamente del flujo de bits en serie; esto puede llevar un tiempo, porque el sistema de telemetría DEBE ESTAR CIERTO y, por lo tanto, prueba el flujo de bits para el patrón de bits ESPECIAL esperado una y otra vez. El bloqueo de marco incorrecto significa que todos los datos son inútiles.

Tenga en cuenta los diversos enfoques "síncronos":

a) el sistema de telemetría elige el canal de RF correcto

b) el sistema de telemetría se bloquea para, por lo tanto, sincronizarse con la velocidad de bits

c) el sistema de telemetría se bloquea para, por lo tanto, sincronizarse con el inicio de Frame

A medida que la sonda PLUTO transmitía datos a tierra, después de pasar PLUTO y tomar muchas fotos y otros datos del sensor, la velocidad de datos del enlace descendente era de unos 100 bits por segundo, con la portadora de RF en el rango de 8 GHz.

A medida que la Tierra giraba, las 3 antenas de la NASA DeepSpace de 70 metros pasaron por este proceso de "adquisición" y luego recibieron ese flujo de datos de 100 bits durante las siguientes 8 horas, todo esto de manera sincrónica.

Los sistemas de la NASA estaban bloqueados: RF, bit, frame.

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¿Por qué se definió IRIG? porque la telemetría de FM necesita aproximadamente una señal SignalNoiseRatio de 20 a 25 dB para que los datos limpios se puedan trazar en esos registradores gráficos.

Mientras que los datos digitales (incluso sin corrección de errores) funcionan bien a 10dB (o 7dB, dependiendo de cómo se define su ancho de banda) SNR. Con una tasa de error de aproximadamente el 0,1%.

Con la potencia de RF del transmisor finito en un misil bajo prueba, los proyectos aeroespaciales literalmente no pudieron obtener telemetría de misiles que salieron de la atmósfera, a menos que solo se usaran unos pocos sensores LENTOS. Inaceptable.

Bajando la SNR de 27dB a 7dB, una diferencia de 20dB, y dado el efecto Rango ^ 2 de la dispersión de energía de RF, las compañías aeroespaciales de repente tuvieron 10 veces el rango, incluso sin error-detectar-corregir.

Importancia de la telemetría: los soviéticos utilizaron 320,000 sensores en el lanzamiento final (¡aún explotó!) del N1. Los lanzamientos anteriores 3 solo utilizaban 700 sensores.

Sí, se hace combinando el reloj y la señal de datos de carga útil en un canal (inalámbrico).

Los ejemplos son Código de Manchester o Modulación de posición de pulso . En ambos casos (iniciar el) recuperación de reloj en el lado del receptor (por ejemplo, mediante la sincronización de un PLL) a menudo se simplifica utilizando un distintivo Preámbulo en el encabezado de un marco de datos.

Una aplicación en la que se usa PPM inalámbrico, por ejemplo, es Radar de vigilancia secundaria (ADS-B, etc.) .
Se muestra un oscilograma de un cuadro ADS-B aquí .

Normalmente, los sistemas que recuperan el reloj de un solo canal se denominan "asíncronos", como los UART, mientras que los sistemas "síncronos" requieren múltiples canales. Así que no estoy de acuerdo con las afirmaciones de que el uso de la codificación Manchester o similar es "síncrono".

En los sistemas de radio, incluso si utiliza varios canales, es difícil garantizar que las señales lleguen al mismo tiempo, o incluso con un sesgo confiable, ya que puede haber efectos de difracción o multipath. El efecto Doppler también puede distorsionar los resultados.

Los sistemas GSM están basados en intervalos de tiempo (TDMA), pero, según tengo entendido, el reloj central solo se usa para controlar qué equipo móvil puede transmitir en cualquier intervalo de tiempo, no determina los límites de bits. p>