Konsistentes Timing der Funkwellenerkennung

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Was muss ich tun? Ich muss ein Funksignal senden und ein anderes Gerät dieses empfangen und einen Spannungsimpuls ausgeben lassen, wobei die Zeit zwischen dem Beginn des Sendens des Signals und dem Beginn der Ausgabe des Spannungsimpulses jedes Mal so konstant wie möglich ist (Null-Variation ist perfekt, Pikosekunde oder weniger ist gut, Nanosekunde ist schlecht, Millisekunde bedeutet wahrscheinlich, dass ich meine Zeit verschwende).

Ich muss wissen, ob es möglich ist, und wenn ja, wie hoch die wahrscheinliche Timing-Inkonsistenz sein wird, sei es aufgrund von Schaltkreisen oder Interferenzen oder anderem - ich brauche eher die Größenordnung der Inkonsistenz als eine genaue Zahl, obwohl genau oder Eine Formel wäre gut.

Notiz:

  1. Die Frequenz kann jede sein, die in https://www.ntia.doc.gov/page/2011/united-states-frequency-allocation-chart als „Amateur“ aufgeführt ist
  2. Während die Reaktionszeit langsam sein könnte, wäre schneller besser.
  3. Ich glaube, ich brauche das mit einem analogen AM-Signal und ohne Digitaluhr in diesem Teil des Geräts (da diese aufgrund der Auflösung der Digitaluhr zu zeitlichen Inkonsistenzen führen und / oder teure oder nicht vorhandene ultraschnelle Uhren erfordern ). Ich kann mich damit irren - ich dachte, ich würde herausfinden, ob es so gemacht werden könnte, und wenn nicht, würde ich nach anderen, komplizierteren Wegen suchen, die diese beiden Anforderungen brechen.

Ursprüngliche Frage:

Stellen Sie sich vor, ich habe einen analogen AM-Funksender mit einer Frequenz von 222 MHz, der zum Zeitpunkt 0 s mit der Übertragung eines Signals mit voller Stärke beginnt, und einen standardmäßigen analogen AM-Empfänger in 100 Metern Entfernung (abgestimmt auf 222 MHz).

Der Ausgang des Empfängers wird (möglicherweise über einen Verstärker) an eine digitale Wandlerschaltung geleitet, die normalerweise 0 V ausgibt, aber, wenn das empfangene Signal (mindestens) 80 % der gesendeten Signalstärke durchläuft, 5 V ausgibt. Hinweis: Der Konverter verwendet kein digitales Takt- oder Zeitsignal.

Meine erste Frage ist folgende: Mir wurde gesagt, dass die Zeit vom Beginn der Übertragung (0 s) bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Konverter zum ersten Mal 5 V ausgibt (T Sekunden), keine konsistente Zeit sein wird, da die empfangene Welle nicht sein wird genau das gleiche wie die Übertragung - diese Interferenz (natürlich oder künstlich) führt dazu, dass die empfangene Welle kleine Störungen aufweist, die das genaue Timing, wenn der Eingang / Ausgang des Empfängers 80% erreicht, subtil ändern, wodurch diese Zeit jedes Mal anders wird. Während der Effekt klein sein wird, wird er nicht Null sein. Ist das korrekt? Kann mir jemand ungefähr sagen, wie der Effekt sein wird (in Bezug auf die Zeitvariation)?

Meine zweite Frage lautet: Gibt es eine Art Schaltung oder etwas anderes, was ich tun kann, um dies zu vermeiden? Ich brauche dieses Timing wirklich, um völlig konsistent zu sein (und ich meine, wenn möglich bis auf Pikosekunden oder weniger ).

Ich habe die Schaltungen noch nicht ausgelegt, aber ich stelle mir vor, dass der Sender nach dem Vorbild von https://www.electroschematics.com/2522/am-transmitter-circuit/ oder http://www.circuitstoday.com/ aussehen würde. am-transmitter-circuit , und der Empfänger wäre so etwas wie https://www.electroschematics.com/601/2-transistor-radio-receiver/ oder https://www.electroschematics.com/9043/am-receiver- Schaltung/ - und ich habe keine digitale Wandlerschaltung, aber wenn ich mich an meinen Elektronikunterricht vor langer Zeit erinnere, ist das eine ziemlich normale, einfache Sache.

BEARBEITEN: Der Schlüssel hier ist Konsistenz über mehrere Übertragungen innerhalb kurzer Zeit (Sekunden, nicht Stunden). Es macht mir nichts aus, wenn es eine beständige Verzögerung ist. Ich sollte auch beachten, dass ich aus Gründen, die das Grundkonzept brechen, keine digitalen Signale oder eine Uhr in der Signalanalyse verwenden kann (weil die Uhr inkonsistente Verzögerungen hinzufügen würde). Optische oder Kabel sind auch raus.

Ich habe dieselbe Frage in Physik gestellt, da es einige Überschneidungen gibt, und ich begrüße die unterschiedlichen Standpunkte - https://physics.stackexchange.com/questions/408378/consistent-radio-wave-detection-timing

Bitte beachten Sie, dass dies mit https://physics.stackexchange.com/questions/401512/radio-wave-detection-timing zusammenhängt , aber nicht dieselbe Frage ist - obwohl ich in den Kommentaren eine Version der obigen Frage gestellt habe.

Vielen Dank im Voraus.

XY-Frage:

Bis zu einem gewissen Grad hast du Recht. Es hilft wahrscheinlich nicht, dass ich an den Programmierstack-Austausch gewöhnt bin, wo eine bestimmte, begrenzte Frage im Allgemeinen bis zu einem gewissen Punkt nützlicher ist als eine vage „große Abbildung“. Das bedeutet jedoch nicht, dass diese Frage keinen Wert hat oder dass ich keine Antwort brauche.

1) Dies ist ein Versuch, etwas auf eine neue Art und Weise zu tun. Es gibt also Möglichkeiten, dies zu erreichen, aber sie sind nicht sehr gut und ich möchte sie nicht replizieren. Um auf die noch größere Frage als die obige zurückzukommen, belasse ich nur die vorhandenen Methoden und trete sie wahrscheinlich in ganz andere Bereiche ein (z. B. Physik). Wenn Einstein unter bestimmten Umständen nach der Schwerkraft gefragt hätte, würden Sie ihn auf die Newtonschen Gesetze verweisen? Oder würden Sie seine scheinbar XY-Frage beantworten? (Ich bin kein Einstein, aber der Punkt ist immer noch gültig)

2) Es gibt eine Grenze dafür, wie viele weitere Informationen ich preisgeben kann, ohne meine gesamte Idee darzulegen. Nennen Sie mich egoistisch, aber das möchte ich vorerst vermeiden.

3) Als ich eine allgemeinere Frage stellte, wurde mir im Grunde gesagt, ich solle spezifischer sein. Dies war mein Versuch, dies zu tun.

Sie möchten Pikosekunden-Genauigkeit mit einem Signal haben, das eine Periode von 4500 Pikosekunden hat ..... vielleicht sollten Sie eine optische Methode für Ihre Signalübertragung verwenden
Es hört sich so an, als würden Sie beschreiben, was Jitter auf dem empfangenen Signal genannt wird. Sie können eine PLL verwenden, um Jitter zu entfernen. Abhängig von der PLL und den Eigenschaften des übertragenen Signals könnten Sie möglicherweise Jitter auf PS-Ebene einer lokalen Digitaluhr bekommen, die PLL-synchronisiert auf den übertragenen 222-MHz-Träger ist.
Hi jsotola, optisch ist leider nicht wirklich eine Option. Ich wünschte, es wäre!
Hallo crj11, ich habe die ursprüngliche Frage bearbeitet, um zu verdeutlichen, dass ich in diesen Teilen der Schaltung keine Digitaluhr verwenden kann.
Riecht nach einem XY-Problem. Bitte beschreiben Sie, was Sie funktional erreichen möchten, ohne zu erwähnen, wie Sie es erreichen möchten.
Ich stimme für das XY-Problem. „Ich brauche dieses Timing wirklich, um vollständig konsistent zu sein (und ich meine, wenn möglich bis auf Pikosekunden oder weniger).“ Sub-Pikosekunden-Burst-Start-Erkennung mit 222 MHz? Gönnen Sie uns allen eine Pause. Beginnen Sie von vorne und beschreiben Sie genau, was Sie tun und warum. Erklären Sie genau, was Ihre Anforderungen sind (warum in Gottes Namen suchen Sie nach einer Pikosekundenauflösung - bis Sie diese erklären, gehe ich davon aus, dass Sie nur mit den Händen winken und Ihr Problem nicht verstehen.)

Antworten (3)

Das Timing auf Pikosekundenebene ist schwierig, wenn Signale durch die Luft gesendet werden.

Bei HF-Frequenzen beträgt der Brechungsindex von Luft etwa 1,003, was einer zusätzlichen Verzögerung (bezüglich Vakuum) von etwa einer Nanosekunde entspricht. Aber das kann sich aufgrund von Lufttemperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit leicht ändern. Es wäre schwierig, die Ausbreitungszeit stabil auf 50 ps über 100 m Luft zu bringen.

Ein Ein / Aus-AM-Signal wird dies jedoch wahrscheinlich nicht erreichen. Es ist sehr schwierig, eine stabile Vorderkante zu erhalten, indem man einfach einen Oszillator einschaltet.

Wenn Sie wirklich Präzision benötigen, sollten Sie einen stabilisierten Oszillator in Betracht ziehen, der ein kontinuierliches Wellensignal aussendet, das Sie am anderen Ende phasensynchronisieren können. Dann können Sie ein Signal mit niedrigerer Genauigkeit, wie Ihren AM-Impuls, verwenden, um zu übermitteln, dass „den nächsten Nulldurchgang des Präzisionssignals verwenden“.

Aber wenn Sie es tun können, könnte der einfachste Ansatz ein digitales Zeitsignal über Glasfaser sein.

CERN weiß viel darüber, wie dies auf mehreren Genauigkeitsebenen zu erreichen ist. Auf dieser Seite finden Sie eine Übersicht. Es gibt auch einen Zweig der Geodäsie, der auf dieser Ebene arbeitet, zum Beispiel in diesem Metrologia-Papier .

Wenn Sie Ihre Frage mit weiteren Informationen zu Ihren Anforderungen bearbeiten (oder einen Kommentar hinzufügen), können wir wahrscheinlich Papiere finden, die hilfreich wären.

Sobald Sie eine konsistente Zeitreferenz zwischen den beiden Punkten haben, müssen Sie immer noch die willkürliche Ereigniszeit passieren (vorausgesetzt, Sie können diese nicht von der gemeinsamen Uhr stimulieren). Zur Diskussion siehe das Metrologia-Papier .

Ein Ansatz ist die Aufzeichnung der Δ T da eine Referenz, also einen Nulldurchgang, und leite diese an das andere Ende weiter. Das kannst du digital oder analog machen. Präzise Spannung-zu-Zeit-Schaltungen sind verfügbar (obwohl es eine praktische Grenze für die Genauigkeit von tVt aufgrund von Rauschen usw. gibt).

Hallo Bob, du hast mir viel zu sehen gegeben, danke dafür. Der Schlüssel hier ist Konsistenz . Es macht mir nichts aus, wenn es eine beständige Verzögerung ist. Ich sollte auch beachten, dass ich aus Gründen, die das Grundkonzept brechen, keine digitalen Signale oder eine Uhr in der Signalanalyse verwenden kann (weil die Uhr inkonsistente Verzögerungen hinzufügen würde). Ich werde mir ansehen, was Sie gesagt haben, und sehen, ob ich mehr hinzufügen kann.

Was Sie beschreiben, ist die Übertragung eines Signals durch einen Kanal mit Rauschen . Es ist ein grundlegendes Problem, und es wurde viel darüber geforscht.

Die Timing-Variation am Empfänger ist eine Funktion Ihres Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) in Ihrer Verarbeitungsbandbreite. Sie müssen berücksichtigen: -

a) Die Stärke des empfangenen Signals
b) Die Stärke des empfangenen Rauschens
c) Die Verarbeitungsbandbreite des Empfängers

Du könntest also ...

  • Sendeleistung erhöhen, begrenzt durch Mittel und örtliche Vorschriften
  • verlieren weniger Signal, verlustarme Antennenkabel (insbesondere Empfangskabel)
  • Verwenden Sie Richtantennen, die durch die Größe oder den Bedarf an omnidirektionalem Betrieb begrenzt sind
  • Wählen Sie eine Betriebsfrequenz, bei der es weniger Umgebungsgeräusche gibt
  • Wählen Sie einen Kanal, bei dem es weniger Signalverlust oder weniger Anfälligkeit für Umgebungsgeräusche gibt (z. B. optisch gegenüber Funk).
  • Verwenden Sie einen rauscharmen Empfänger, mehr $$$ ermöglicht es Ihnen, sich der unantastbaren thermischen Grenze zu nähern
  • Werfen Sie das Signal nicht weg, sobald Sie es haben, verwenden Sie einen kohärenten Empfänger anstelle der Hüllkurvenerkennung

Und schließlich ist die subtilste Überlegung die Empfängerbandbreite. Hier können Sie die Latenz , also die Zeit, die der Empfänger braucht, um auf Änderungen im Signal zu reagieren, gegen die Rauschbandbreite abwägen . Thermisches Rauschen und viel Umgebungsrauschen ist ein breites Spektrum, eine breitere Bandbreite empfängt mehr Rauschleistung, verschlechtert also das SNR.

Im schlimmsten Fall (1) kommen Ihre Signale zufällig und Ihr Empfänger muss innerhalb von (sagen wir) 10 uS nach Erhalt einer Eingabe ausgeben. Sie benötigen eine Verarbeitungsbandbreite in der Größenordnung von 100 kHz und können diese nicht reduzieren.

Im nächstbesseren Fall (2) kommen Ihre Signale immer noch zufällig, aber Sie haben (sagen wir) 1 Sekunde Zeit, bevor Sie sie ausgeben. Auf diese Weise können Sie das Signal eine Weile kohärent integrieren, bevor Sie die Entscheidung treffen, wodurch Ihre effektive Rauschbandbreite in diesem Fall auf die Größenordnung von 1 Hz reduziert wird. Sie können dies für den Empfänger einfacher machen, indem Sie Ihr gesendetes Signal so gestalten, dass es leicht erkannt werden kann, möglicherweise durch Verwendung von Chirp oder einer anderen Spreizspektrummodulation .

Im besten Fall (3) kommen Ihre Signale regelmäßig. Sie können dann eine Uhr mit niedrigem Jitter an Ihren Empfänger stellen und das Timing leicht anpassen, wenn jedes Signal empfangen wird. So funktioniert Remote-Timing im Mobilfunknetz. Wenn der Sender hier natürlich eine Änderung an seinem Timing vornimmt, dauert es viele Signale, bis sich die Empfangsuhr vollständig auf das neue Timing eingestellt hat, es könnte Minuten dauern. Der Kompromiss besteht jedoch darin, dass Ihre Rauschbandbreite jetzt in der Größenordnung von 0,01 Hz liegt, wenn die Anpassung an das neue Timing 100 Sekunden dauert.

Für eine zeitliche Auflösung von 1 Nanosekunde benötigen Sie eine Bandbreite von etwa 1 Gigahertz. Ihre Antenne unterstützt diese Bandbreite nicht.

Ich weiß nicht, ob sich dies auf Ihre Antwort auswirken würde, aber bitte beachten Sie, dass ich die Übertragungs- und Reaktionszeit nicht auf eine Nanosekunde einstellen muss - ich brauche, dass die Übertragungs- und Reaktionszeit für jede Verwendung konsistent ist Konsistenz innerhalb von 1 Nanosekunde oder weniger (vorzugsweise weniger) sein.
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