Limitaciones de velocidad en sensores móviles

Después de ver este video de la escena de acoplamiento en Interstellar sweded usando una bombilla y un ventilador , estaba pensando:

¿Existen limitaciones de velocidad con sensores en movimiento, como medir una rueda giratoria, por ejemplo?

Sé que los teléfonos pueden transportar información en la carretera y los aviones pueden comunicarse con ATC a muy alta velocidad. Así que me estoy centrando en un protocolo particular: Bluetooth LE

• ¿Los sensores de movimiento rápido tienen un impacto en la medida de velocidad que están transmitiendo?
• Cómo manejan los chipsets IoT los cambios rápidos de distancia?

Las comunicaciones confiables entre dispositivos digitales requieren cierto grado de procesamiento de señal para sincronizar los datos y el tiempo (reloj). Agregar movimiento relativo entre el transmisor y el receptor puede complicar el problema. Probablemente sepa que el movimiento relativo puede impartir cambios de frecuencia Doppler. Esto también afecta la sincronización del flujo de bits.

Un dispositivo como su teléfono celular (o incluso una nave espacial) tiene un procesamiento de señal que se puede adaptar a este tipo de condición dinámica, y generalmente puede adaptarse a una amplia gama de condiciones dinámicas. Pero este procesamiento de señal adicional toma potencia para funcionar.

Sospecho que si un dispositivo Bluetooth LE (baja energía) no puede adaptarse al movimiento relativo más allá de un límite umbral, fue una decisión de diseño consciente no incluir ese tipo de capacidad de adaptación. El consumo de energía probablemente sería una razón para eso.

Esta es una pregunta sobre física básica. Siempre que todas las partes de su red se muevan a la misma velocidad (más o menos), entonces no hay impacto de estar en un marco de referencia en movimiento (ya que todos estamos en la Tierra).

Para los protocolos de radio de largo alcance, es necesario tener en cuenta el retraso de ida y vuelta (transmisión / recepción / sincronización de transmisión), y tener un extremo del enlace en movimiento tendrá el efecto de hacer que las dos partes del retraso sean asimétricas. Esto significa que los protocolos de terminales móviles hacen necesitan alguna consideración de diseño para permitir el tipo adecuado de tratamiento de banda de protección.

Para el caso específico de Bluetooth LE, el rango es probablemente demasiado pequeño para que la transmisión tenga lugar en presencia de un desplazamiento de velocidad significativo. Incluso en un objeto giratorio, la velocidad probablemente estará razonablemente restringida en comparación con el tiempo de bits / retraso de propagación.

Es posible que obtenga una respuesta más detallada / específica en EEEE, pero también es posible que deba ser un poco más específico sobre una aplicación.

Para una rueda giratoria estacionaria: cuando la antena se monta coaxialmente en el cubo de la rueda (suponiendo que la antena BT interna, típicamente plegada, se haya reemplazado por una antena de cable recto, un truco común para mejorar la intensidad de la señal BT), Estarías bien.

Para una rueda en movimiento, como en un automóvil en movimiento recto, adicionalmente tendrá que transportar el receptor en paralelo al transmisor. Esto se debe principalmente a que la distancia a la que BT LE opera limita severamente el tiempo útil para transmitir datos (se han demostrado dispositivos con rangos de hasta 200 m, pero es poco probable que aparezcan en la naturaleza).

Si su rueda en movimiento gira alrededor del receptor, estaría bien nuevamente (nuevamente con la antena en el centro).

Esto es todo para evitar el cambio Doppler.

Las bandas de frecuencia de BT están separadas solo por 2MHz (canal 2: 2408MHz, canal 3: 2410MHz, ...), por lo que una vez que el cambio de frecuencia sea demasiado grande, se encontrará con problemas. Un observador inmóvil le mostrará un transmisor en el canal 3 en un automóvil con una velocidad de 200 km / h (125 mph) para operar en el canal 4 (al acercarse, de frente) o en el canal 2 (al acercarse de inmediato). Y una buena transición de pitch-bend mientras pasa rápidamente. Como mencionó Jim, BT no fue diseñado para tales escenarios.

Fuera de tema, pero relacionado: LTE ("4G") dejará de funcionar a 200 km / h.

Editar:

Como John Deters señaló que el límite de 200 km / h está mal. El hecho de que los teléfonos celulares funcionen en aviones que viajan a muy alta velocidad no prueba que LTE funcionará de manera confiable (todavía pueden retroceder a 3G o 2G, y los trenes de pasajeros de alta velocidad y las aeronaves de pasajeros actualmente están equipados con sus propias estaciones base LTE). )

Sin embargo, LTE es utilizable a velocidades muy superiores a 200 km / h. Las pruebas han demostrado que las transferencias funcionarán a velocidades de hasta 500 km / h (posiblemente con interrupciones notables) y el efecto Doppler puede compensarse con velocidades de hasta 600 km / h. Bueno, estas pruebas se realizaron a una altitud de 300 m, lo que hace que sea más una prueba de LTE en un tren de alta velocidad que en un avión de alta velocidad.

Los límites de diseño actuales dependen de cuál de las bandas de frecuencia LTE se utiliza. 350 km / h debería funcionar en todas las bandas de frecuencia, mientras que 500 km / h son posibles para frecuencias seleccionadas.

El rendimiento puede sufrir enormemente si una gran cantidad de teléfonos celulares usan LTE a velocidades tan altas dentro de la misma celda (como todos los pasajeros en un tren o en un avión, de ahí el uso cada vez mayor de estaciones base / repetidores LTE para trenes y aviones).