क्या वाई-फाई 340 किमी / घंटा की गति से काम करेगा?

ग्रीष्मकालीन इंटर्नशिप के दौरान, मुझे यह पता लगाने के लिए निर्देश दिया गया था कि क्या रिसीवर ट्रांसमीटर के सापेक्ष तेज़ी से चलता है तो वायरलेस कनेक्शन काम करेगा या नहीं। इस लेख में मैं डॉपलर प्रभाव के बारे में बात करूंगा और यह कितना डरावना होगा; वाई-फाई डिवाइस को इससे डरने की ज़रूरत नहीं है, और एक प्रयोग के परिणामों को भी साझा करें, जिसमें हम 340 किलोमीटर प्रति घंटे की गति तक पहुंच गए हैं!



मेरा नाम इल्या शुक्मान है, और हाल ही में जब तक मैं यूराल फेडरल यूनिवर्सिटी इंस्टीट्यूट ऑफ रेडियोलेक्ट्रोनिक्स और सूचना प्रौद्योगिकी (आईआरआईटी-आरटीएफ) का छात्र था। मेरा विशेषज्ञता कागज इंजीनियर है, वास्तव में - एसटीएम -32 प्रोग्रामिंग का एक सा था, परियोजना की योजना थी, एक रेडियो सिस्टम सिमुलेशन था, मुझे सिस्को उपकरण का शौक था। रोजमर्रा के काम से स्नातक होने के बाद, मैं InfiNet वायरलेस पर अभ्यास करने गया।

मुझे एक ऐसा प्रयोग तैयार करने का निर्देश दिया गया था, जो इस कंपनी के रेडियो उपकरणों के लिंक पर शक करने की संभावना के बारे में संदेह दूर कर दे, जहां ग्राहक बेस स्टेशन के सापेक्ष उच्च गति से चलते हैं। उदाहरण के लिए, यदि यह सैप्सन लोकोमोटिव पर मुहिम की जाती है। इस मामले में खतरों में से एक डॉपलर प्रभाव है, जिसमें ट्रांसमीटर और रिसीवर के सापेक्ष आंदोलन के साथ तरंग आवृत्ति बदल जाती है।

डॉपलर प्रभाव

इस प्रभाव की प्रकृति क्या है? कल्पना कीजिए कि आपको एक कागज का रोल दिया गया था और उस पर एक साइन लहर खींचने का निर्देश दिया गया था। आपने जिम्मेदारी से कार्य को शुरू किया, लेकिन इस प्रक्रिया में, जिस कागज पर आप ड्राइंग कर रहे हैं, वह एक निश्चित गति से चलना शुरू हुआ। जाहिर है, अगर आप ऐसा दिखावा करते हैं कि कुछ नहीं हुआ, तो आपके ड्राइंग में तरंगदैर्घ्य बढ़ जाएगा और आवृत्ति कम हो जाएगी। इस प्रभाव को डॉपलर फ्रीक्वेंसी शिफ्ट कहा जाता है।

एक संकीर्ण संकेत में, डॉपलर शिफ्ट को निम्न सूत्र द्वारा दर्शाया जाता है [1]:

$$

$$f_d = f_0 \ cdot \ frac vc$$

जहाँ $$$f_0$- सिग्नल की वाहक आवृत्ति, $$$वी$- गति की सापेक्ष गति, $$$सी$प्रकाश की गति है।

उदाहरण के लिए, हम अपने उपकरण और कार्य की स्थिति के करीब पैरामीटर लेते हैं: गति - 300 किमी / घंटा, वाहक आवृत्ति - 5.3 गीगा, प्रकाश की गति - हमेशा 3 * 10 ^ 8 मीटर / सेकंड।

आइए गिनती:

$$$ $ प्रदर्शन $ $ f_d = 5.3 \ cdot 10 ^ 9 Hz \ cdot \ frac {300 \ frac {किमी} {h}} {3 \ cdot 10 ^ 8 \ fracms} = 5.3 \ cdot 10 = 9 Hz \ cdot \ frac {300 \ fracms} {3,6 \ cdot 3 \ cdot 10 ^ 8 \ fracms} = 1472 \ hz≈1,5 \ kHz $ $ प्रदर्शन $ $

रेडियो पर डेटा संचारित करने के लिए, QAM मॉड्यूलेशन का उपयोग किया जा सकता है, जिसमें जानकारी नक्षत्रों के आधार पर एन्कोडेड है। तारामंडल में जितने अधिक बिंदु हैं, रेडियो चैनल की बैंडविड्थ उतनी ही अधिक है। हम माटलैब में एक मॉडल के रूप में चावल चैनल का उपयोग करते हुए सामान्य रेडियो ट्रांसमिशन का अनुकरण करेंगे:


मुझे आपको याद दिलाना है कि एक बाइट अंक के प्रत्येक क्लस्टर से मेल खाती है। हां, अंक थोड़ा फैल गए हैं, लेकिन शालीनता की सीमा के भीतर, और रिसीवर अभी भी स्पष्ट रूप से समझ सकता है कि प्रत्येक बिंदु किस बाइट से मेल खाती है। अब 30 किमी / घंटा की गति से डॉपलर शिफ्ट जोड़ें:


70 किमी / घंटा पर:


100 किमी / घंटा पर:


हम देखते हैं कि पहले से ही 70 किमी / घंटा की गति से किस तरह अंक एक दूसरे के क्षेत्र में चले गए और ओवरलैप हो गए, जिससे तुरंत त्रुटियों की संख्या बढ़ जाती है। सौभाग्य से, ओएफडीएम मॉड्यूलेशन को अतिरिक्त रूप से रेडियो चैनल में लागू किया जाता है, जो डॉपलर प्रभाव के प्रति अधिक सहिष्णु है।


OFDM मॉड्यूलेशन में, कई संकेतों को विशेष रूप से चयनित आवृत्ति के साथ समानांतर में प्रेषित किया जाता है ताकि एक सिग्नल की आवृत्ति पर शेष संकेतों की शक्ति शून्य हो। डॉपलर शिफ्ट सभी सबकेरियर्स की फ्रिक्वेंसी को ट्रांसफर कर देगा, इसलिए रिसीवर पर आसन्न सबएकेरियर के बीच हस्तक्षेप होगा और "सिग्नल" - "शोर" स्तर कम हो जाएगा। कितना? 253 किमी / घंटा की गति से 5.3 गीगाहर्ट्ज़ की आवृत्ति के लिए, कमी 0.1 डीबी होगी, जो नगण्य है, और 1 डीबी से गिरावट 750 किमी / घंटा की गति से मनाई जाएगी - यह पहले से ही अधिक गंभीर है, लेकिन फिर भी संचार चैनल [2] में विराम नहीं होगा।

विशेष रूप से आवंटित आवृत्तियों पर ओएफडीएम में उपकारकों के प्रसार का मुकाबला करने के लिए, एक उच्च आयाम के साथ पहले से ज्ञात अनुक्रम को एक सरल और विश्वसनीय बीपीएसके एल्गोरिदम द्वारा संशोधित किया जाता है।

रिसीवर आसानी से उनका पता लगा सकता है, यह देख सकता है कि इन विशेष संकेतों में चरण और आवृत्ति कैसे स्थानांतरित हो गए हैं, और इन आंकड़ों के अनुसार, सब कुछ वापस स्थानांतरित करें।

इसी तरह का काम

इस मुद्दे पर अन्य अध्ययनों पर एक नज़र डालें। कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के पिएरपोलो बर्गामो, डेनिएला मानेज़ो और कुंग याओ ने 240 किमी / घंटा की कुल गति से एक-दूसरे की ओर दो कारें चलाकर एक रेगिस्तानी ट्रैक पर एक प्रयोग किया और प्रदर्शन किया कि पैकेट त्रुटियों और देरी की संख्या शून्य [4] के करीब थी।

इसी तरह के परिणाम फ्रांस से हासन GHANNOUM, डेविड SANZ, बर्नैडेट VILLEFORCEIX, हेनरी फिलिप और पास्कल मर्किर द्वारा भी प्राप्त किए गए थे, जब उन्होंने एक रेलमार्ग के साथ टावरों पर बेस स्टेशन स्थापित करके इस प्रयोग को अंजाम दिया था, जिस पर 300 मीटर / घंटा की गति से गुजरने वाले उपकरणों के साथ एक ट्रेन गुजरती थी। [5]।



डेटा ट्रांसफर दर में छलांग इस तथ्य के कारण थी कि इन क्षणों में ट्रेन पहले और फिर दूसरे बेस स्टेशनों (बीएस) से गुजरी, और पुन: संयोजन अवधि के दौरान संचार खो गया था।

एक प्रयोग

सभी सैद्धांतिक अनुसंधान के बाद, प्रयोगों की तीन श्रृंखलाएं की गईं। उनका उद्देश्य संचार चैनल की स्थिरता की जाँच करना था।

Infinet R5000-Smn उपकरण पर, 5 गीगाहर्ट्ज़, 40 मेगाहर्ट्ज की बैंडविड्थ के साथ, विभिन्न ऑपरेशन परिदृश्यों में एम्पलीफायर पावर 25dBm।


प्रयोग निर्माण के तहत येकातेरिनबर्ग रिंग रोड के एक हिस्से पर किए गए, जिसमें निम्नलिखित निर्देशांक और इलाके प्रोफ़ाइल हैं:



प्रयोगों की तीन श्रृंखलाएँ की गईं:

1. पहली श्रृंखला में, एक तारे पर 23 डीबी एंटीना के साथ एक बेस स्टेशन लगाया गया था। एक अन्य उपकरण एक कार में स्थापित किया गया था जिसमें 4 डीबीआई के लाभ के साथ दो सर्वदिशात्मक फिन एंटेना का उपयोग किया गया था।

हमने १००, १३०, १५० और १ h० किमी / घंटा की गति से ४ प्रयोग किए और १ /० एमबी / एस की निरंतर बिटरेट के साथ १ experiments० किमी / घंटा की गति से एक प्रयोग किया। कार से बीएस की दिशा में बर्कुट डिवाइस द्वारा यूनिडायरेक्शनल ट्रैफिक उत्पन्न किया गया था। TDMA-MISO ऑपरेटिंग मोड। आंकड़े बेस स्टेशन से लिए गए थे।



विभिन्न गति पर सिग्नल स्तर के ग्राफ़ हमें दिखाते हैं कि गति में वृद्धि का इस सीमा में कोई प्रभाव नहीं है। उपरोक्त कारणों से, चैनल क्षमता ग्राफ केवल 150 और 170 किमी / घंटा के लिए दिया जाएगा।

1) 150 किमी / घंटा, डाउनलिंक


2) 170 किमी / घंटा, डाउनलिंक


ये ग्राफ़ हमें एक कदम (90-135 एमबी / एस) से अधिक की बैंडविड्थ प्रसार दिखाते हैं, जो हमें बताता है कि कनेक्शन स्थिर से अधिक है।

2. प्रयोगों की दूसरी श्रृंखला में, संचार चैनल पर त्वरण के प्रभाव का अध्ययन किया गया था। कार से बीएस तक गोल्डन ईगल के माध्यम से यातायात को भी परोक्ष रूप से चला गया। एक कार में डेटा अधिग्रहण हुआ: मैं एक लैपटॉप के साथ यात्री की सीट पर बैठा और ग्राफ़ को देखा।

कम दूरी पर उच्च त्वरण और लंबी दूरी पर चर त्वरण-मंदी के दो परीक्षण किए गए। इस तथ्य के कारण कि सामान्य ऑपरेटिंग मोड से कोई महत्वपूर्ण विचलन नहीं थे, मैं केवल ट्रांसमिशन ग्राफ पर बैंडविड्थ ग्राफ दे दूंगा:

2.1 उच्च त्वरण, अपलिंक


अंत में गिरावट इस तथ्य के कारण हुई कि उस समय सर्वव्यापी एंटेना के साथ एक कार ने एक स्थिर रूप से निर्देशित ऐन्टेना को पीछे छोड़ दिया और अपने कवरेज क्षेत्र से परे चला गया।

2.2 त्वरण-मंदी, अपलिंक


ये रेखांकन हमें दिखाते हैं कि त्वरण का प्रभाव, यदि कोई हो, बहुत ही महत्वहीन है।

3. प्रयोगों की तीसरी श्रृंखला में, दो कारों का उपयोग किया गया था, और उनके बीच एक ठोस विभाजन के साथ विपरीत गलियों के साथ कारें एक-दूसरे की ओर बढ़ गईं। दोनों कारों पर, पंखों को एंटेना के रूप में इस्तेमाल किया गया था, इसलिए इन प्रयोगों में हमारे चैनल की ऊर्जा 19 डीबी से कम थी, और संचार गुणवत्ता में काफी कमी आई। संदर्भ के लिए, पहले रन में, कारें 85 किमी प्रति घंटा (कुल - 170 किमी \ h) की गति से चलीं, ताकि हम पिछले प्रयोगों के साथ परिणामों की तुलना कर सकें।

3.1 170 किमी / घंटा, अपलिंक



इस प्रयोग से पता चलता है कि बिजली की एक बूंद घटती है, लेकिन डेटा ट्रांसफर दरों में फैलता गैर-राजनीतिक है, जो पिछले लोगों के साथ इस प्रयोग के संबंध की पुष्टि करता है।

170 किमी / घंटा (कुल = 340 किमी / घंटा), अपलिंक की गति से एक-दूसरे की ओर दो कारों का 3.2 संचलन



यह प्रयोग यह भी दर्शाता है कि इसकी विशेषताएं पिछले एक से भिन्न नहीं हैं, जिसका अर्थ है कि इन गति पर उपकरणों का संचालन संभव है।

निष्कर्ष

340 किमी / घंटा तक की विभिन्न गति पर रेडियो संचार चैनल की विशेषताएँ और स्थैतिक लिंक के लिए गुणात्मक और मात्रात्मक दोनों रूप से मेल खाते हैं। हम इस गति सीमा में रेडियो चैनल पर गति या त्वरण के किसी भी प्रभाव को रिकॉर्ड नहीं कर सके।

हमारे साथ बने रहने के लिए धन्यवाद)