Limitações de velocidade nos sensores em movimento

Depois de assistir a este vídeo da cena de atracação no Interstellar, usando uma lâmpada e um ventilador , pensei:

Existem limitações de velocidade com sensores em movimento, como medir uma roda giratória, por exemplo?

Eu sei que os telefones podem transportar informações na estrada e os aviões podem se comunicar com o ATC em velocidade muito alta. Então, eu estou focando em um protocolo específico: Bluetooth LE

• os sensores em movimento rápido têm impacto na medida de velocidade que estão transmitindo?
• os chipsets IoT lidam com mudanças rápidas de distância?

Comunicações confiáveis ​​entre dispositivos digitais requerem algum grau de processamento de sinal para sincronizar os dados e o tempo (relógio). Adicionar movimento relativo entre o transmissor e o receptor pode complicar o problema. Você provavelmente está ciente de que o movimento relativo pode gerar mudanças de frequência Doppler. Isso também afeta o tempo do fluxo de bits.

Um dispositivo como o seu telefone celular (ou até uma espaçonave) possui processamento de sinal que pode se adaptar a esse tipo de condição dinâmica, geralmente podendo acomodar uma ampla gama de condições dinâmicas. Mas esse processamento de sinal adicional requer energia para funcionar.

Eu suspeito que, se um dispositivo Bluetooth LE (baixa energia) não puder se adaptar ao movimento relativo além de algum limite, foi uma decisão consciente do projeto não incluir esse tipo de capacidade adaptativa. O consumo de energia provavelmente seria uma das razões para isso.

Esta é uma pergunta sobre física básica. Desde que todas as partes da sua rede estejam se movendo na mesma velocidade (mais ou menos), não há impacto de estar em um quadro de referência móvel (como todos nós estamos na Terra).

Para protocolos de rádio de longo alcance, é necessário considerar o atraso de ida e volta (sincronização de transmissão / recepção / transmissão), e ter uma extremidade do link em movimento terá o efeito de tornar as duas partes do atraso assimétricas. Isto significa que os protocolos de terminais móveis fazem precisa de alguma consideração de projeto para permitir o tipo certo de tratamento banda de guarda.

Para o caso específico do Bluetooth LE, o alcance é provavelmente muito pequeno para que a transmissão ocorra na presença de um deslocamento de velocidade significativo. Mesmo em um objeto em rotação, a velocidade provavelmente será razoavelmente limitada em comparação com o atraso de tempo / propagação do bit.

Você pode obter uma resposta mais detalhada / específica no EE.SE, mas também pode ser um pouco mais específico sobre um aplicativo.

Para uma roda giratória estacionária: quando a antena é montada de forma axial no cubo da roda (assumindo que a antena BT interna, normalmente dobrada, tenha sido substituída por uma antena de fio reto - um truque comum para melhorar a força do sinal da BT), você ficaria bem.

Para uma roda em movimento, como em um carro em movimento, você também precisará transportar o receptor em paralelo ao transmissor. Isso ocorre principalmente porque a distância em que o BT LE opera limita severamente o tempo útil para a transmissão de dados (dispositivos com alcance de até 200 m foram demonstrados, mas é improvável que apareçam na natureza).

Se sua roda giratória estiver circulando em torno do receptor, você ficaria bem novamente (novamente com a antena no hub).

Isso é tudo para evitar o deslocamento do Doppler.

As bandas de frequência do BT estão separadas apenas por 2 MHz (canal 2: 2408 MHz, canal 3: 2410 MHz, ...). Assim, quando a mudança de frequência ficar muito grande, você terá problemas. Um transmissor no canal 3 em um carro com velocidade de 200 km / h (125 mph) aparecerá para um observador sem movimento para operar no canal 4 (ao se aproximar, de frente) ou no canal 2 (ao se aproximar). E uma boa transição de inclinação enquanto passa. Como mencionado por Jim, a BT não foi projetada para esses cenários.

Fora de tópico, mas relacionado: o LTE ("4G") deixará de funcionar a 200 km / h.

Editar:

Como John Deters apontou, o limite de 200 km / h está errado. O fato de os telefones celulares funcionarem em aviões que viajam em velocidade muito alta não prova que o LTE funcionará de maneira confiável (eles ainda podem voltar para 3G ou 2G, e trens de passageiros de alta velocidade e aeronaves de passageiros hoje em dia estão equipados com suas próprias estações base LTE )

No entanto, o LTE é utilizável em velocidades bem acima de 200 km / h. Os testes mostraram que as transferências funcionam a velocidades de até 500 km / h (possivelmente com interrupções visíveis) e o efeito Doppler pode ser compensado por velocidades de até 600 km / h. Bem - esses testes foram realizados a uma altitude de 300m, o que torna mais um teste de LTE em um trem de alta velocidade do que em uma aeronave de alta velocidade.

Os limites atuais de design dependem de qual faixa de frequência LTE é usada. 350 km / h devem funcionar em todas as faixas de frequência, enquanto 500 km / h são possíveis para determinadas frequências.

O desempenho pode sofrer muito se um grande número de telefones celulares usar LTE em velocidades tão altas na mesma célula (como todos os passageiros em um trem ou avião), portanto, o uso crescente de estações base / repetidores LTE para trens e aviões).