Ograniczenia prędkości poruszających się czujników

Po obejrzeniu tego filmu ze sceny dokowania w Interstellar za pomocą żarówki i wentylatora pomyślałem:

Czy istnieją ograniczenia prędkości związane z ruchomymi czujnikami, takie jak na przykład pomiar obracającego się koła?

Wiem, że telefony mogą przenosić informacje na autostradzie, a samoloty mogą komunikować się z ATC z bardzo dużą prędkością. Dlatego skupiam się na konkretnym protokole: Bluetooth LE

• czy szybko poruszające się czujniki mają wpływ na przesyłaną miarę prędkości?
• czy chipsety IoT obsługują szybkie zmiany odległości?

Niezawodna komunikacja między urządzeniami cyfrowymi wymaga pewnego stopnia przetworzenia sygnału w celu zsynchronizowania danych i taktowania (zegar). Dodanie względnego ruchu między nadajnikiem a odbiornikiem może skomplikować problem. Prawdopodobnie zdajesz sobie sprawę, że ruch względny może powodować przesunięcia częstotliwości Dopplera. Wpływa to również na czas strumienia bitów.

Urządzenie takie jak Twój telefon komórkowy (lub nawet statek kosmiczny) ma przetwarzanie sygnału, które może dostosować się do tego rodzaju warunków dynamicznych, na ogół zdolnych do dostosowania się do szerokiego zakresu warunków dynamicznych. Ale to dodatkowe przetwarzanie sygnału wymaga zasilania do działania.

Podejrzewam, że jeśli urządzenie Bluetooth LE (Low Energy) nie może przystosować się do ruchu względnego poza pewien próg, świadomą decyzją projektową było nie uwzględnienie tego rodzaju zdolności adaptacyjnych. Jednym z powodów byłby prawdopodobnie pobór mocy.

To pytanie dotyczy podstawowej fizyki. Pod warunkiem, że wszystkie części twojej sieci poruszają się z tą samą prędkością (dawaj lub bierz), nie ma to wpływu na poruszanie się w ramce odniesienia (jak wszyscy jesteśmy na Ziemi).

W przypadku protokołów radiowych dalekiego zasięgu należy uwzględnić opóźnienie w obie strony (synchronizacja transmisji / odbioru / transmisji), a posiadanie jednego końca łącza w ruchu spowoduje, że dwie części opóźnienia będą asymetryczne. Oznacza to, że telefony protokoły końcowe zrobić potrzebujemy projekt rozważenia w celu umożliwienia odpowiedniego rodzaju leczenia zespołu strażnik.

W konkretnym przypadku Bluetooth LE zasięg jest prawdopodobnie zbyt mały, aby transmisja mogła się odbyć w obecności znacznego przesunięcia prędkości. Nawet na obracającym się obiekcie prędkość będzie prawdopodobnie rozsądnie ograniczona w porównaniu z bitowym opóźnieniem / opóźnieniem propagacji.

Możesz uzyskać bardziej szczegółową / konkretną odpowiedź na EE.SE, ale może być także konieczne bardziej szczegółowe określenie aplikacji.

W przypadku stacjonarnego kołowrotka: gdy antena jest zamontowana współosiowo na piaście koła (przy założeniu, że wewnętrzna, zwykle złożona antena BT została zastąpiona anteną z prostym drutem - wspólny hack wykonany w celu poprawy siły sygnału BT), wszystko będzie dobrze.

W przypadku poruszającego się koła, podobnie jak w jadącym prosto samochodzie, dodatkowo trzeba będzie transportować odbiornik równolegle do nadajnika. Wynika to głównie z tego, że odległość, na której działa BT LE, poważnie ogranicza użyteczny czas na transmisję danych (wykazano urządzenia o zasięgu do 200 m, ale raczej nie pojawią się na wolności).

Jeśli twoje ruchome koło krąży wokół odbiornika, wszystko będzie w porządku (ponownie z anteną na piaście).

Wszystko po to, by zapobiec przesunięciu Dopplera.

Pasma częstotliwości BT są oddalone tylko o 2 MHz (kanał 2: 2408 MHz, kanał 3: 2410 MHz, ...), więc gdy przesunięcie częstotliwości stanie się zbyt duże, napotkasz problemy. Nadajnik na kanale 3 w samochodzie o prędkości 200 km / h (125 km / h) pojawi się nieruchomemu obserwatorowi, aby mógł działać na kanale 4 (przy zbliżaniu się, jechać dalej) lub na kanale 2 (przy odjeżdżaniu od razu). I przyjemne przejście między pochyleniem podczas przesuwania się. Jak wspomniał Jim, BT nie został zaprojektowany do takich scenariuszy.

Nie na temat, ale powiązane: LTE („4G”) przestanie działać przy prędkości 200 km / h.

Edytować:

Jak zauważył John Deters, limit 200 km / h jest błędny. Fakt, że telefony komórkowe działają w samolotach poruszających się z bardzo dużą prędkością, nie dowodzi, że LTE będzie działać niezawodnie (nadal mogą wrócić do 3G lub 2G, a szybkie pociągi pasażerskie i samoloty pasażerskie są obecnie wyposażone we własne stacje bazowe LTE ).

Jednak LTE jest użyteczny przy prędkościach znacznie przekraczających 200 km / h. Testy wykazały, że przekazywanie będzie działać przy prędkościach do 500 km / h (być może z zauważalnymi przerwami), a efekt Dopplera można zrekompensować dla prędkości do 600 km / h. Cóż - testy te przeprowadzono na wysokości 300 m, co czyni to bardziej testem LTE w szybkim pociągu niż w szybkim samolocie.

Obecne granice projektowe zależą od tego, które z pasm częstotliwości LTE jest używane. 350 km / h powinno działać na wszystkich pasmach częstotliwości, a 500 km / h jest możliwe dla wybranych częstotliwości.

Wydajność może znacznie ucierpieć, jeśli duża liczba telefonów komórkowych korzysta z LTE z tak dużymi prędkościami w tej samej komórce (podobnie jak wszyscy pasażerowie w pociągu lub samolocie, stąd rosnące wykorzystanie stacji bazowych / repeaterów LTE dla pociągów i samolotów).