移動センサーの速度制限


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インターステラーのドッキングシーンのこのビデオを見て、電球とファンを使ってスウェードしました

たとえば、スピニングホイールの測定など、移動するセンサーに速度制限はありますか?

電話は高速道路で情報を運ぶことができ、飛行機は非常に高速でATCと通信できることを知っています。だから私は特定のプロトコルに焦点を合わせています:Bluetooth LE

  • 高速で移動するセンサーは、送信する速度測定に影響を与えますか?
  • IoTチップセットは距離の急激な変化に対応していますか?

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これは、Cassini–Huygens通信の実際の問題でした。
JDługosz

回答:


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デジタルデバイス間の信頼できる通信には、データとタイミング(クロック)を同期させるためのある程度の信号処理が必要です。送信機と受信機の間に相対的な動きを追加すると、問題が複雑になる可能性があります。相対運動がドップラー周波数シフトを与える可能性があることをおそらくご存じでしょう。これは、ビットストリームのタイミングにも影響します。

携帯電話(または宇宙船)のようなデバイスには、このタイプの動的条件に適応できる信号処理があり、一般に広範囲の動的条件に対応できます。しかし、この追加の信号処理は機能するのに力が必要です。

Bluetooth LE(低エネルギー)デバイスがしきい値の限界を超える相対モーションに適応できない場合、そのような適応機能を含めないことは意識的な設計上の決定だったと思います。おそらく電力消費がその理由の1つでしょう。


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これは基本的な物理学に関する質問です。ネットワークのすべての部分が同じ速度(ギブまたはテイク)で移動している場合、移動する参照フレーム内にいることによる影響はありません(私たちはすべて地球上にいるため)。

長距離無線プロトコルの場合、往復遅延(送信/受信/送信同期)を考慮する必要があり、リンクの一方の端が動いていると、遅延の2つの部分が非対称になります。これは、適切な種類のガードバンド処理を可能にするために、モバイル端末プロトコルに設計上の考慮事項必要であることを意味します。

Bluetooth LEの特定のケースでは、範囲がおそらく小さすぎて、重大な速度オフセットが存在する場合に伝送を行うことができません。回転するオブジェクトでも、速度はビットタイミング/伝播遅延に比べておそらく適度に制約されます。

EE.SEでより詳細で具体的な回答が得られる場合もありますが、アプリケーションについてもう少し具体的にする必要がある場合もあります。


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十分に速く移動する場合、キャリアメディアも移動する必要があります;)
Helmar

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発光するエーテル?
Sean Houlihane 2017

発信元/宛先で重力が大きく異なる非常に長距離の無線プロトコルの場合、時間の膨張によりキャリア周波数にわずかな違いがあると想定します。たとえば、地球から送信される2.0 GHz信号は、地上30 kmで〜1.99999999887 GHzと見なされます。。たとえばGPS衛星の高度20,000 kmでのはるかに大きな違い(レシーバーがトランスミッターに対して移動していない場合でも影響はあります)。
Jason C

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固定スピニングホイールの場合:アンテナがホイールのハブに同軸に取り付けられている場合(通常は折りたたまれた内部のBTアンテナがストレートワイヤーアンテナに置き換えられていると仮定-BT信号強度を向上させるために行われる一般的なハック)、大丈夫だよ

直進車のように動くホイールの場合は、トランスミッターと並行してレシーバーを輸送する必要があります。これは主に、BT LEが動作する距離によって、データを送信するのに有効な時間が大幅に制限されるためです(最大200mの範囲のデバイスが実証されていますが、ワイルドに表示されることはほとんどありません)。

動いているホイールがレシーバーの周りを回っている場合は、再び(大丈夫ですが、ハブのアンテナを使用して)元気です。

これはすべて、ドップラーシフトを防ぐためです。

BTの周波数帯域は2MHzしか離れていないため(チャネル2:2408MHz、チャネル3:2410MHzなど)、周波数シフトが大きくなりすぎると、問題が発生します。速度200km / h(125mph)の車のチャネル3の送信機は、移動していない観測者にはチャネル4(近づくと正面)またはチャネル2(直進の場合)で動作するように見えます。そして、それが過ぎ去っている間、素晴らしいピッチ・ベンド・トランジション。ジムが述べたように、BTはそのようなシナリオ用に設計されていません。

トピック外ですが、関連しています:LTE( "4G")は200 km / hで動作を停止します。


編集:

John Detersが指摘したように、200km / h制限は間違っています。携帯電話が非常に高速で移動する飛行機で機能するという事実は、LTEが確実に機能することを証明していません(それらはまだ3Gまたは2Gにフォールバックでき、高速旅客列車と旅客機は現在、独自のLTE基地局を備えています) )。

ただし、LTEは200 km / hをはるかに超える速度で使用できます。テストでは、ハンドオーバーが最大500km / hの速度で(おそらく目立った中断がある場合に)動作し、ドップラー効果が最大600km / hの速度で補正できることが示されています。さて-これらのテストは300mの高度で行われたため、高速航空機でのテストよりも高速列車でのLTEのテストのほうが多くなります。

現在の設計制限は、どのLTE周波数帯域が使用されているかによって異なります。350km / hはすべての周波数帯域で機能するはずですが、選択した周波数では500km / hが可能です。

多数の携帯電話が同じセル内でこのような高速でLTEを使用する場合、パフォーマンスに大きな影響を与える可能性があります(電車や飛行機のすべての乗客、したがって、電車や飛行機のLTE基地局/リピーターの使用の増加など)。


この数学は桁違いです。最初の証拠は、携帯電話が時速200 kmを大幅に超える速度で移動する航空機で問題なく機能することです。
John Deters、
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