ワイヤレス通信は同期できますか？
回答:
はい。少なくとも。
あなたが有線の背景から来ているように、そこから類推を構築します：
UARTが機能するのは、レシーバーとトランスミッターのクロックが十分に類似しているため、ビットの短いバーストに対してドリフトが発生しないため、ワイヤレスデジタル通信にも同じことが当てはまります。
シンボルレートが十分に低く、トランスミッタが使用するシンボルレートをレシーバが正確に把握している場合、レシーバはクロックリカバリを実行するためのロジックを最初に実行しなくてもシンボルを抽出できます。
高レートのモバイルシステムとストリーミングシステムでは、通常、これを想定することはできません。この宇宙には2つのオシレーターがまったく同じものではないため、多くのシンボルを送信するときは、レシーバーが同じであることを確認する必要があります送信機としてのサンプルクロック。
ここで、SPIに相当するものをワイヤレスドメインに取り込もうとした場合：
- データ信号
- 方形波クロック信号
方形波クロック信号のスペクトル形状は非常に悪く、帯域幅は無限であり、エッジで「丸め」を受け入れても、実際のデータ信号帯域幅の約5〜7倍が必要であることに気付くでしょう。方形波を転送します。
したがって、通常は行われません。
以前の無線通信には、シンボルクロックを導出するために使用された何らかの種類のセカンダリキャリアがあったと思いますが、現代の標準では見ていません。
「同期非同期」ルートを呼び出すこともできます（これは私が発明したばかりの用語です）。
- 既知の信号のプリアンブルを送信します。これにより、受信機は、送信機の速度に対して自身の速度を推定でき、バーストの持続時間だけそこから動作します。
または「連続クロック回復制御ループ」方法。
2番目の方法は、実際に多くの異なる方法で実行されます。これは、使用しているシステム、および設計者がレシーバーを作成する余裕があるかどうかによって異なります。
非常に典型的なスキームの1つは、すべてのデジタル通信が本質的にパルス状であることを認識することです。
十分に時間をかけずに：帯域幅が有限のチャネルで、振幅が+ 1、-1、-1、+ 1、-1、+ 1、...の無限に短いパルスを送信することはできません。
したがって、パルス形状を適用すると、これらの間の移行がスムーズになります。つまり、正確なシンボル時間では、値は送信したいシンボルとまったく同じですが、その間には、帯域幅が制限されたスムーズな交換が行われます。
有線バスを使用したことがある場合は、これをすでに認識しています。アイダイアグラムを知っています。ワイヤレス通信でもまったく同じ図が使用されますが、通常、短期間の有線通信では、目がほぼ正方形であることが期待されますが、丸い形状のパルス整形は意図的です（必要ではありますが）ワイヤレス通信の最初から。
これは、非常に幾何学的に、正確なタイミングで、信号の「形状」に極値、つまり微分が0になる場所があることを意味します。
これで、シンボル時間が想定される時間に信号の勾配を調べるメカニズムを構築できます。その傾きが負の場合、遅すぎます。少し早くサンプリングし、正の場合は少し遅れてサンプリングしてください。これはすべてのシンボル遷移の場合ではないことに注意してください（通常、同じシンボル遷移は正しいサンプリング時間で最大振幅を持ちません）が、通常はほとんどの遷移の場合です。
最小限の統計を行うと、これを（小さな）シンボルレートエラーに調整できるようになります。
そのため、無線通信の人々は、シンボルレートを同期可能にするために、情報を送信するために使用できる帯域幅を投資します（これは私たちが支払われるものです）。有線の世界では「同期バス」に直接相当するものではありません。確かに存在するはずのいくつかの特に奇妙なシステム（読者の皆様、ご存知の方はコメントでお知らせください）を除けば、別個のシンボルクロックキャリアを使用しないようにしてください。しかし、それは本質的に同じ考えです。シンボルをレシーバーにサンプリングするタイミングに関する情報を示す方法を持っているということです。
同期通信では、送信者と受信者に共通のクロックが必要であることを理解しています。ワイヤレス通信が同期する可能性はありますか？そのような目的で、いくつかの一般的なクロッキング要素を使用できますか？
通常の有線通信では、個別のクロックワイヤを適用することなく、共通クロックを実現できます。私はここでマンチェスターエンコーディングについて考えています：-
データとクロックを排他的ORゲートと組み合わせて、個別のクロックワイヤを使用せずにデコードできる単一の信号を生成します。これは、クロック情報とデータの両方を同時に伝送する信号です。
これが単一の（結合された）信号であるため、（適切な変調技術を使用して）電波として送信するのに非常に適しています。
GSMは、GSM音声/データパケットの開始時間と停止時間のドリフトを回避するために、慎重に調整された（各サブスクライバーハンドセットでリアルタイムに調整された）13MHzオシレーターを使用します。
したがって、GSMはパケットの衝突と再試行について心配する必要はありません。
=======ロケット/ミサイル試験のテレメトリについて
NASAとその前駆組織は、IRIG Inter Range Instrumentation Groupで標準化された定義を使用して、さまざまな「コーディング」方法を開発しました。これらのパターンの一部には、クロック情報のない111111または000000000の長い実行があり、地上ベースのフェーズロックループはデータを問題なく回復します。ミサイルと地上アンテナの間にタイミングジッタはほとんどありません。すべてがシリアルデータストリームに多重化されたミサイル上の数百のセンサーを処理するために、特別なSYNCH_WORDパターンがフレームに1回挿入されます。
機能するために、そのようなダウンリンクにはこの動作があります
1）パターン（予想ビットレート）を識別するために各RFキャリアをテストしながら、避けられないドップラーシフトをカバーすると予想される周波数スパンをスイープします。
2）適切なビットレートが見つかったら、ビット遷移への位相ロックを追跡します。ノイズバーストによる位相ロックの簡単な解除を避けるために、PLLにはNARROW帯域幅があるため、ほとんどの場合、これは遅くなります。または、初期ロックをブロードバンドで行い、その後、ループ帯域幅を厳しく引き締めて、ドップラーシフトにほとんど対応できない場合（このドップラーの追跡には、高次の制御ループが必要になる場合があります）
3）ビットロックを取得したら、テレメトリシステムは「フレームの開始」を見つける必要があるため、最初のセンサーのデータや2番目のセンサーのデータなどをシリアルビットストリームから正しく抽出できます。テレメトリシステムを特定する必要があるため、これには時間がかかる場合があります。したがって、予期されるSPECIALビットパターンのビットストリームを繰り返しテストします。誤ったフレームロックは、すべてのデータが役に立たないことを意味します。
さまざまな「同期」アプローチに注意してください。
a）テレメトリシステムが正しいRFチャネルを選択する
b）テレメトリシステムはビットレートにロックし、ビットレートと同期します。
c）テレメトリシステムは、フレームの開始にロックされているため、フレームの開始と同期します。
PLUTOプローブが地球にデータを送信したため、PLUTOを通過して多くの写真やその他のセンサーデータを取得した後、ダウンリンクデータレートは約100ビット/秒で、RFキャリアは8 GHzの範囲でした。
地球が回転すると、3つのNASA DeepSpace 70メートルアンテナがそれぞれこの「取得」プロセスを通過し、その後8時間にわたって100ビットのデータストリームを受信し、すべて同期して発生しました。
NASAシステムはロックされました：RF、ビット、フレーム。
=============履歴================
IRIGが定義されたのはなぜですか？FMテレメトリでは、これらのチャートレコーダーにプロットするクリーンデータに約20〜25 dBのSignalNoiseRatioが必要なためです。
一方、デジタルデータは（エラー訂正なしでも）10dB（または帯域幅の定義方法によっては7dB）SNRで良好に機能します。約0.1％のエラー率。
テスト対象のミサイルに有限の送信機RF電力があると、航空宇宙プロジェクトは、少数のSLOWセンサーを使用しない限り、文字通り、最高球から出たミサイルからテレメトリーを取得できませんでした。受け入れられない。
SNRが27dBから7dBに低下し、20dBの差があり、RFエネルギー分散のRange ^ 2効果を考慮すると、航空宇宙企業は、エラー検出修正なしでも突然10倍の範囲になりました。
テレメトリーの重要性：ソビエト連邦は、N1の最終（まだ爆発している！）打ち上げに32万個のセンサーを使用しました。以前の3回の起動では700個のセンサーしか使用していませんでした。
はい、クロックとペイロードのデータ信号を1つの（無線）チャネルにマージすることで行われます。
例は、マンチェスターコードまたはパルス位置変調です。両方の場合（開始）、受信側でのクロックリカバリ（たとえば、PLLの同期による）は、データフレームのヘッダーに個別のプリアンブルを使用することで簡単になります。
たとえば、ワイヤレスPPMが使用される1つのアプリケーションは、セカンダリ監視レーダー（ADS-Bなど）です。
ADS-Bフレームのオシログラムをここに示します。
通常、単一のチャネルからクロックを回復するシステムは、UARTなどの「非同期」と呼ばれますが、「同期」システムには複数のチャネルが必要です。したがって、マンチェスター符号化などを使用することは「同期」であるという主張には同意しません。
無線システムでは、複数のチャネルを使用している場合でも、回折やマルチパス効果が関係している可能性があるため、信号が同時に到着したり、信頼できるスキューで到着したりすることを保証することは困難です。ドップラー効果も結果を歪める可能性があります。
GSMシステムはタイムスロットベース（TDMA）ですが、私が理解している限り、中央クロックは、1つのタイムスロットで送信できるモバイル機器を制御するために使用されます-ビット境界を決定しません。