Geschwindigkeitsbegrenzungen bei beweglichen Sensoren

Nachdem ich dieses Video der Docking-Szene in Interstellar mit einer Glühbirne und einem Ventilator gesehen hatte , dachte ich:

Gibt es Geschwindigkeitsbeschränkungen bei sich bewegenden Sensoren, wie zum Beispiel das Messen eines sich drehenden Rades?

Ich weiß, dass Telefone Informationen auf der Autobahn übertragen können und Flugzeuge mit sehr hoher Geschwindigkeit mit ATC kommunizieren können. Ich konzentriere mich also auf ein bestimmtes Protokoll: Bluetooth LE

• Haben sich schnell bewegende Sensoren auf das von ihnen übertragene Geschwindigkeitsmaß ausgewirkt?
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Eine zuverlässige Kommunikation zwischen digitalen Geräten erfordert ein gewisses Maß an Signalverarbeitung, um die Daten und das Timing (Takt) zu synchronisieren. Das Hinzufügen einer Relativbewegung zwischen Sender und Empfänger kann das Problem komplizieren. Sie wissen wahrscheinlich, dass Relativbewegungen Doppler-Frequenzverschiebungen hervorrufen können. Dies wirkt sich auch auf das Timing des Bitstroms aus.

Ein Gerät wie Ihr Mobiltelefon (oder sogar ein Raumschiff) verfügt über eine Signalverarbeitung, die sich an diese Art von dynamischen Bedingungen anpassen kann und im Allgemeinen eine Vielzahl dynamischer Bedingungen erfüllen kann. Diese zusätzliche Signalverarbeitung benötigt jedoch Strom, um zu funktionieren.

Ich vermute, dass es eine bewusste Entscheidung war, diese Art von Anpassungsfähigkeit nicht einzubeziehen, wenn sich ein Bluetooth LE-Gerät (Low Energy) nicht an Relativbewegungen über einen bestimmten Schwellenwert anpassen kann. Der Stromverbrauch wäre wahrscheinlich ein Grund dafür.

Dies ist eine Frage zur Grundphysik. Vorausgesetzt, alle Teile Ihres Netzwerks bewegen sich mit der gleichen Geschwindigkeit (Geben oder Nehmen), hat dies keine Auswirkungen auf einen sich bewegenden Referenzrahmen (wie wir alle auf der Erde).

Bei Fernfunkprotokollen muss die Umlaufverzögerung (Sende- / Empfangs- / Sendesynchronisation) berücksichtigt werden, und wenn ein Ende der Verbindung in Bewegung ist, werden die beiden Teile der Verzögerung asymmetrisch. Dies bedeutet, dass Protokolle für mobile Endgeräte einige Designüberlegungen erfordern, um die richtige Art der Schutzbandbehandlung zu ermöglichen.

Für den speziellen Fall von Bluetooth LE ist die Reichweite wahrscheinlich zu klein, als dass die Übertragung bei Vorhandensein eines signifikanten Geschwindigkeitsversatzes stattfinden könnte. Selbst bei einem rotierenden Objekt wird die Geschwindigkeit im Vergleich zur Bitzeit- / Ausbreitungsverzögerung wahrscheinlich angemessen eingeschränkt sein.

Möglicherweise erhalten Sie eine detailliertere / spezifischere Antwort auf EE.SE, aber Sie müssen möglicherweise auch etwas spezifischer über eine Anwendung sein.

Für ein stationäres Spinnrad: Wenn die Antenne koaxial an der Radnabe montiert ist (vorausgesetzt, die interne, normalerweise gefaltete BT-Antenne wurde durch eine gerade Drahtantenne ersetzt - ein häufiger Hack zur Verbesserung der BT-Signalstärke). Es würde dir gut gehen.

Bei einem sich bewegenden Rad, wie bei einem gerade fahrenden Auto, müssen Sie den Empfänger zusätzlich parallel zum Sender transportieren. Dies liegt hauptsächlich daran, dass die Entfernung, in der BT LE arbeitet, die Nutzzeit für die Datenübertragung stark einschränkt (Geräte mit einer Reichweite von bis zu 200 m wurden nachgewiesen, treten jedoch wahrscheinlich nicht in freier Wildbahn auf).

Wenn Ihr sich bewegendes Rad um den Empfänger kreist, geht es Ihnen wieder gut (wieder mit der Antenne an der Nabe).

Dies alles dient dazu, eine Doppler-Verschiebung zu verhindern.

Die Frequenzbänder von BT sind nur 2 MHz voneinander entfernt (Kanal 2: 2408 MHz, Kanal 3: 2410 MHz, ...). Sobald die Frequenzverschiebung zu groß wird, treten Probleme auf. Ein Sender auf Kanal 3 in einem Auto mit einer Geschwindigkeit von 200 km / h erscheint einem unbeweglichen Beobachter, um auf Kanal 4 (wenn er näher kommt, frontal) oder Kanal 2 (wenn er sofort kommt) zu arbeiten. Und ein schöner Pitch-Bend-Übergang, während er vorbeizieht. Wie von Jim erwähnt, wurde BT nicht für solche Szenarien entwickelt.

Off-Topic, aber verwandt: LTE ("4G") funktioniert bei 200 km / h nicht mehr.

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Wie John Deters betonte, ist die 200 km / h-Grenze falsch. Die Tatsache, dass Mobiltelefone in Flugzeugen arbeiten, die mit sehr hoher Geschwindigkeit fliegen, beweist nicht, dass LTE zuverlässig funktioniert (sie können immer noch auf 3G oder 2G zurückgreifen, und Hochgeschwindigkeitszüge und Passagierflugzeuge sind heutzutage mit ihren eigenen LTE-Basisstationen ausgestattet ).

LTE kann jedoch bei Geschwindigkeiten weit über 200 km / h eingesetzt werden. Tests haben gezeigt, dass Handovers bei Geschwindigkeiten von bis zu 500 km / h (möglicherweise mit merklichen Unterbrechungen) funktionieren und der Doppler-Effekt für Geschwindigkeiten von bis zu 600 km / h kompensiert werden kann. Nun - diese Tests wurden in einer Höhe von 300 m durchgeführt, was dies eher zu einem LTE-Test in einem Hochgeschwindigkeitszug als in einem Hochgeschwindigkeitsflugzeug macht.

Die aktuellen Entwurfsgrenzen hängen davon ab, welches LTE-Frequenzband verwendet wird. 350 km / h sollten in allen Frequenzbändern funktionieren, während 500 km / h für ausgewählte Frequenzen möglich sind.

Die Leistung kann stark leiden, wenn eine große Anzahl von Mobiltelefonen LTE mit so hohen Geschwindigkeiten innerhalb derselben Zelle verwendet (wie alle Passagiere in einem Zug oder Flugzeug, daher die zunehmende Verwendung von LTE-Basisstationen / Repeatern für Züge und Flugzeuge).