Könnte die Sende-/Empfangsumkehr verbessert werden, indem ein Überlagerungsempfänger vorhanden ist, der zwischen High-Side- und Low-Side-Injektion umschaltbar ist

Bei einigen der kleinen Funkgeräte, mit denen ich gearbeitet habe, wie z. B. der Nordic Semiconductor 24LE-Reihe, gibt es eine erhebliche Verzögerung (100 us+) zwischen der Datenübertragung und dem Empfang einer Antwort. Nach meinem Verständnis dreht sich ein großer Faktor bei dieser Verzögerung um die Tatsache, dass ein Sender eine PLL benötigt, die auf die exakt gewünschte Sendefrequenz abgestimmt ist, während ein Empfänger eine PLL benötigt, die auf eine Frequenz abgestimmt ist, die sich von der gewünschten um eine Zwischenfrequenz unterscheidet . Somit erfordert das Umschalten zwischen Senden und Empfangen ein Neuabstimmen des PLL, und die Notwendigkeit, den PLL neu abzustimmen, stellt einen beträchtlichen Teil der Durchlaufzeit dar.

Wäre es praktisch, ein Funkgerät so zu konstruieren, dass der Empfänger so konfiguriert werden könnte, dass er eine Frequenz entweder über oder unter der PLL-Frequenz empfängt und dann eine Handshake-Sequenz wie folgt ablaufen lässt:

  • Sender setzt PLL auf 2315Hz, Empfängermodus auf „100Mhz darüber“
  • Werdender Empfänger stellt PLL auf 2415 Hz und Empfängermodus auf „100 MHz unter“
  • Der Sender lauscht eine Weile, um seine AGC einschwingen zu lassen.
  • Der Sender sendet Pakete mit 2315 Hz aus, während PLL konstant gehalten wird
  • Der Empfänger hört ein Paket, das 100 MHz unter seiner PLL-Frequenz gesendet wurde
  • Der Sender schaltet den Empfängermodus auf "100 MHz darüber", während die PLL konstant gehalten wird
  • Der Empfänger sendet die Antwort mit 2415 Hz, während die PLL konstant gehalten wird.
  • Ursprünglicher Sender empfängt Antwort, die 100 MHz über seiner PLL-Frequenz gesendet wurde

Bei Verwendung einer 100-MHz-Zwischenfrequenz (was meiner Meinung nach für die 2,4-GHz-Kommunikation normal ist) wäre dieser Ansatz leider auf die Verwendung der oberen und unteren 50 Hz des 2,4-GHz-Bands beschränkt, aber es scheint, dass eine Verringerung der Sende- / Empfangsdurchlaufzeit würde sei hilfreich. Alternativ würde die Verwendung einer niedrigeren Zwischenfrequenz die erforderliche Trennung zwischen Sende- und Empfangsfrequenzen verringern.

Werden solche Ansätze überhaupt verwendet, sei es in 2,4-GHz-Funkgeräten oder in anderen Anwendungen? Haben sie besondere Probleme?

Antworten (3)

Wenn ein Transceiver sendet, wird die PLL-Frequenz auf Fs eingestellt, und wenn er empfängt, wird die PLL-Frequenz entweder auf eine Frequenz eingestellt, die um die Zwischenfrequenz größer als Fs ist, oder um eine Frequenz, die um die Zwischenfrequenz niedriger als Fs ist, d. h

Beim Senden:

F PLL = F S

und beim Empfang:

F PLL = { F S F ICH F für Low-Side-Einspritzung F S + F ICH F für High-Side-Einspritzung

Denken Sie daran, dass wir nur über einen sehr niedrigen Frequenzbereich senden dürfen, z. B. 2,39 GHz bis 2,42 GHz, sodass wir keinen der oben vorgeschlagenen Ansätze verwenden können, da Fs konstant sein muss.

Beachten Sie außerdem, dass die einzige Möglichkeit, eine Neuabstimmung der PLL zu vermeiden, darin besteht, die Zwischenfrequenz auf Null zu setzen, wodurch unser Superhet-Empfänger jetzt im Wesentlichen zu einem einstufigen TRF-Empfänger wird (Sie können die Nachteile von TRF-Empfängern im bereitgestellten Link nachlesen ).

Was die von Ihnen vorgeschlagene Lösung zum Reduzieren der ZF-Frequenz auf eine sehr niedrige Frequenz betrifft, damit wir den Umfang der durchzuführenden Abstimmung reduzieren können, müssen Sie bedenken, dass die Bildkanalunterdrückung unseres Systems umso schlechter ist, je niedriger der Wert unserer ZF-Frequenz ist haben, also gibt es eine Grenze dafür, wie niedrig unser IF sein kann. Wir können IF nicht einfach auf einen sehr niedrigen Wert setzen.

Was würden Sie als praktischen Weg vorschlagen, um ein kostengünstiges Verhältnis des Stils zu erzielen, der für Dinge wie Bluetooth Low-Energy verwendet wird, die eine effiziente Paketabwicklung ermöglichen?

Das klingt nach Overkill, aber könnten Sie nicht zwei Transceiver verwenden - einen permanent auf Empfang und einen permanent auf Senden, dann müssen Sie auch nicht ihre jeweiligen PLLs verschieben. Es kann Probleme geben, sie an dieselbe Antenne anzuschließen, aber etwas in meinem Hinterkopf sagt mir, dass einige dieser "Typen" von Transceivern separate Empfangs- und Sendeausgangsleitungen haben und Sie externe Komponenten verwenden, um sie mit einer gemeinsamen Antenne zu verbinden. Es könnte einen Versuch wert sein, nur um zu sehen, welche Antworten Sie erhalten.

Ich werde auch hinzufügen (und ich habe mir die technischen Daten für diese Geräte seit Ewigkeiten nicht mehr angesehen), dass es möglicherweise eine "geplante" Verzögerung gibt, damit das Klingeln (nach einer HF-Übertragung) an den Komponenten, die den Empfänger verbinden, abklingen kann und tx an die Antenne und Sie können tatsächlich nichts gewinnen.

Das Ziel wäre es, Geräten einen effizienten Handshake ohne zu hohe zusätzliche Hardwarekosten zu ermöglichen. Die Verwendung separater Abstimmoszillatoren würde funktionieren, aber ich würde erwarten, dass dies teurer wäre als die Verwendung eines Oszillators und die Auswahl von High-Side- oder Low-Side-Injektion.

Die Nordic Radios sind, wie ich vermute, Null-ZF-Radios, bei denen das Signal in Quadratur auf 0 Hz herunterkonvertiert wird, sodass es keine ZF-Frequenz gibt. Dadurch können Sie den Empfänger in einen einzigen Chip integrieren. Die Neuabstimmung soll einen Halbduplexbetrieb ermöglichen, so dass unterschiedliche Einheiten auf unterschiedlichen Frequenzen senden und empfangen. 100uS Retuning-Geschwindigkeit ist nicht allzu schlecht, Sie müssen immer noch Synchronisationsprobleme zwischen verschiedenen Radios berücksichtigen. Selbst wenn Sie das halbieren könnten, wie viele Bits könnten Sie in dieser Zeit übertragen?

Das Problem ist nicht nur, wie viele Bits man übertragen könnte. Wenn ein Funkgerät nicht weiß, ob da draußen jemand ist, könnte die Zeit, die es braucht, um nach einem Ping wach zu bleiben und auf eine Antwort zu warten, viel kürzer gemacht werden, wenn die Bearbeitungszeit schnell und vorhersehbar wäre. Da das Abhören einer Antwort nach einem Ping mehr Energie erfordert als das Senden des Pings, würde eine Verkürzung dieser Zeit erhebliche Energieeinsparungen ermöglichen.
Welche Faktoren, abgesehen von der Neueinstellung, würden verhindern, dass ein Funkgerät 5 us nach dem Senden eine Antwort erhält? Frieren Sie den AGC-Zustand vor der Übertragung ein (da er sonst überlastet würde) und er sollte immer noch auf einem guten Niveau sein, wenn die Übertragung abgeschlossen ist.
Nein, das Problem ist ausschließlich die Anzahl der Bits, die Sie über eine riesige Population von Funkgeräten übertragen können. Der ganze Grund, warum Sie ein Funknetzwerk haben, ist es, Bits hin und her zu bewegen, es gibt keinen anderen Grund für seine Existenz. Soweit zu anderen Faktoren: Möglicherweise erhält man ein bisschen Daten durch Filter, sowohl digital als auch analog, und kompensiert einen DC-Offset. Die Schaltzeiten für Verstärkungsstufen liegen im Bereich von 10 ns, also wären Filter und DC-Offsets die ersten beiden Dinge, über die ich mir Sorgen machen würde
Es gibt viele Anwendungen, bei denen erwartet werden kann, dass ein Funkgerät tagelang ohne erfolgreichen Austausch von Informationen mit jemandem funktioniert und sehr wenig Energie verbraucht und dennoch in der Lage ist, eine externe Weckanforderung innerhalb weniger Sekunden zu erfüllen. Eine Möglichkeit, dies zu handhaben, besteht darin, ein Funkgerät periodisch in etwas zufälligen Intervallen von wenigen Sekunden einen "Ping" senden zu lassen und auf eine Antwort zu warten. Wenn niemand auf den Ping antwortet, kann das Radio wieder schlafen gehen. Je schneller eine andere Einheit in der Lage wäre, auf einen Ping zu antworten, desto weniger Zeit und Energie müsste die wartende Einheit zum Zuhören aufwenden.