De snelheid (m/s) van de draaggolf

[N3vS]

Hoi,

Wij zijn hier op school bezig met een project. Door middel van bluetooth willen we de richting bepalen van een zender (onderwerp).

Nou kwam net de leraar binnen met het verhaal dat de draaggolf van bluetooth met de snelheid van licht zal gaan. Nou is dit niet mooi, want dat betekend dat we de informatie moeten verwerken op snelheid van licht. Dus we moeten nu een overzicht leveren, zodat we kunnen aantonen of het wel of onze computer de informatie wel of niet kan verwerken.

Wij willen graag uitrekenen met welke snelheid bluetooth zich door de lucht verplaatst. Mij lijkt dat een lagere golflengte meer tijd nodig heeft om te reizen dan hogere golflengtes. (Als voorbeeld licht en geluid)

Ik heb een concrete vraag:

• Hoe is het uit te rekenen hoe snel een golflengte zich door de lucht verplaatst. Bijv. hoelang doet een draaggolf van 100hz om 100m af te leggen.

[ Voor 2% gewijzigd door Confusion op 18-05-2005 17:30 . Reden: groeten onder bericht verwijderd; zie FAQ ]

[Varienaja]

Je leraar heeft gelijk. Bluetooth werkt gewoon met electromagnetische straling (ergens in de GHz-sfeer), en dat soort straling verplaatst zich met de snelheid van het licht.

Wat je kunt doen, is de interne klok van twee computers synchroniseren, en dan informatie uit 1 bluetooth-ontvanger door beide computers laten analyseren. De verst van de bron verwijderde computer zal de informatie steeds net iets later ontvangen. Ik heb alleen geen flauw idee hoe goed en betrouwbaar de klokken in computers zijn (ik denk dat ze voor jouw geval nutteloos zijn).

[ Voor 19% gewijzigd door Varienaja op 18-05-2005 17:24 ]

[Rey Nemaattori]

N3vS schreef op woensdag 18 mei 2005 @ 17:11:
Wij zijn hier op school bezig met een project. Door middel van bluetooth willen we de richting bepalen van een zender (onderwerp).

De richting bepalen? Hoe moet ik dat überhaupt voorstellen

N3vS schreef op woensdag 18 mei 2005 @ 17:11:
*KNIP*

Overigens heeft Varienaja hier gelijk. Bluetooth is gewoon licht, alleen onzichtbaar voor ons oog.

N3vS schreef op woensdag 18 mei 2005 @ 17:11:
Ik heb een concrete vraag:

• Hoe is het uit te rekenen hoe snel een golflengte zich door de lucht verplaatst. Bijv. hoelang doet een draaggolf van 100hz om 100m af te leggen.

Wederom moet ik Varienaja gelijk geven. Synchroniseer de computers, verplaats ze 100 meter uit elkaar, zend vanaf de positie van computer A een puls naar de andere computer 100 verderop, en meet het verschil in gelopen timers.

De key is de timers tegelijk laten beginnen, maar je kunt ook gewoon de timers synchroniseren en zenden. Dan meet je het verschil tussen het begin van het zenden en het aankomen aan de andere kant. Je kunt natuurlijk ook gewoon google raadplegen

[ Voor 3% gewijzigd door Rey Nemaattori op 18-05-2005 17:35 ]

[Confusion]

N3vS schreef op woensdag 18 mei 2005 @ 17:11:
Nou is dit niet mooi, want dat betekend dat we de informatie moeten verwerken op snelheid van licht.

Waarom zou dat moeten? Wat betekent dat uberhaupt? Als het ding informatie verzend, dan doet het dat met een eindige snelheid, zoals over elke verbinding. Als je alleen signaalsterkte op wil pikken, dan kan je zelf kiezen hoe vaak de computer een meting moet verrichten. De noodzakelijke resolutie is afhankelijk van wat je ermee wilt: wil je hem kunnen bijsturen binnen 10 cm? Wil je op ieder moment op 10 cm. nauwkeurig weten waar het ding is? Dan is het bijvoorbeeld bij snelheden onder de 5 km/u, ruim voldoende om elke 1/10e seconde te meten.

[caipirinha]

Je kunt een interferometersysteem maken, dus twee ontvangers gebruiken en het onderling ontvangen faseverschil van het radiosignaal meten. Je kan dan 180° fout zitten. Is moeilijk te realiseren voor iemand zonder radio/electronica/signaalprocessing kennis

Het kan ook op audioniveau, dus door de zender met een sinustoontje te moduleren en weer twee ontvangers te gebruiken, nu bepaal je het faseverschil tussen de gedemoduleerde toontjes in ontvanger 1 en ontvanger 2. Voordeel, kan met simpele software. Nadeel is dat de afstand tussen de twee ontvangers en de zender erg groot moet zijn om enig faseverschil te krijgen (dus bij bluetooth werkt dit niet). Bij 100m heb je al µs timers nodig en die zitten niet standaard in een pc
(vooropgesteld dat alle ontvangers gelijk zijn en voldoende stabiel zijn wat betreft group delay in de filters etc)

Mogelijkheid 3 is met drie ontvangers in een driehoek de amplitude (signaalsterkte) van het bluetoothzendertje te bepalen. Werkt redelijk nauwkeurig voor kleine afstanden, bij grotere afstanden gaan reflecties tegen objecten een rol spelen en neemt de nauwkeurigheid af.
(NB: signaalsterkte verloopt kwadratisch met de afstand)

Ik zou optie 3 nemen, verder is het gewoon een beetje goniometrie.

suc6

[ Voor 3% gewijzigd door caipirinha op 18-05-2005 21:08 ]

[LeonM]

N3vS schreef op woensdag 18 mei 2005 @ 17:11:
*knip*
Ik heb een concrete vraag:

• Hoe is het uit te rekenen hoe snel een golflengte zich door de lucht verplaatst. Bijv. hoelang doet een draaggolf van 100hz om 100m af te leggen.

Ten eerste: een draaggolf van 100hz bestaat praktisch niet, op zo een lage frequentie valt er bijna niet uit te zenden. Vanaf 30kHz is er een pril begin, maar in de praktijk gaat men wegens praktische redenen veel hoger zitten.

Radio golven zijn elektro-magnetische golven, deze planten zich inderdaad voort met de snelheid van het licht. Als vuistregel wordt altijd 300.000km/h genomen. Dat is 83333m/s. Een radiosignaal doet er dus (100/83.333=)0,0012 seconden over om 100m af te leggen, dat is 1,2ms.

En voor zover ik weet heeft de frequentie niks te maken met de voortplantingssnelheid van het signaal. Hogere frequenties (zoals die van BlueTooth) worden gekozen om de volgende redenen:

• Alle frequenties onder de gekozen frequenties zijn al in gebruik
• Er moet een hoge dataoverdracht plaatsvinden, dus een snellere modulatie (hoger LF signaal) en dus een hogere frequentie om die nog goed te kunnen realiseren.
• Wegens de komst van de magnetron (die op 2,4GHz werkt, en 100mW mag uitstralen naar buiten) mag er door consumenten zonder vergunning met maximaal 100mW worden uitgezonden op 2.4GHz. Hierop werkt BlueTooth en WLAN dus.

Conclusie:

• Het signaal zal er 1,2ms over doen als de zender en ontvanger 100m van elkaar verwijderd staan
• De frequentie van BlueTooth (2,45GHz) is gekozen omdat die frequentie vrij is, en zonder licentie door de eindgebruiker mag worden gebruikt en om een hogere bitrate (bandbreedte) te verkrijgen, dit heeft dus niks te maken met de snelheid waarmee je een draaggolf overstuurt.

[ Voor 5% gewijzigd door LeonM op 19-05-2005 19:31 ]

[elgringo]

Het is een em-golf deze gaat ongeveer @ 3*10^8 m/s Als je een pc gebruikt ben je te traag, als je de data ontvangt zit je al een kilometer voordat je hem verwerkt hebt.

Je kunt echter wel een datalogger gebruiken die de tijd van aakomst opslaat, dan moet een je gesynchroniseerde klok hebben, en zal het vervonden tijdstip verstuurt moeten worden, welke je dan uitleest.


@leonM:
300000000m/s is de snelheid, ik weet niet hoe je aan 300.000 km/h komt. Altans dit heeft mijn professor over electrodynamisch (em-golven) verteld

edit:
geluid zit op 300m/s gemiddeld, hoe lager het geluid hoe lager de voorplantingssnelheid. en met 300m/s kun je nog mee rekenen. Dit is overigens veel makkelijk realiseerbaar en er zijn ook al handheld devices te koop die dit doen...

[ Voor 19% gewijzigd door elgringo op 19-05-2005 19:39 ]

[zerok]

LeonM schreef op donderdag 19 mei 2005 @ 19:31:
[...]

Radio golven zijn elektro-magnetische golven, deze planten zich inderdaad voort met de snelheid van het licht. Als vuistregel wordt altijd 300.000km/h genomen. Dat is 83333m/s. Een radiosignaal doet er dus (100/83.333=)0,0012 seconden over om 100m af te leggen, dat is 1,2ms.
[/list]

Licht snelheid is 300.000 km/s of nog exacter 299.792.458 m/s

edit: te traag

[ Voor 5% gewijzigd door zerok op 19-05-2005 19:42 ]

[LeonM]

elgringo schreef op donderdag 19 mei 2005 @ 19:37:
@leonM:
300000000m/s is de snelheid, ik weet niet hoe je aan 300.000 km/h komt. Altans dit heeft mijn professor over electrodynamisch (em-golven) verteld

edit:
geluid zit op 300m/s gemiddeld, hoe lager het geluid hoe lager de voorplantingssnelheid. en met 300m/s kun je nog mee rekenen. Dit is overigens veel makkelijk realiseerbaar en er zijn ook al handheld devices te koop die dit doen...

VErhip, je hebt gelijk

De snelheid van elektro magnetische golven zijn dus gelijk aan de lichtsnelheid. Dit is in vacuum 299.792.458 m/s. Dit ronden we voor het gemak af naar 300.000.000 m/s, zoals elgringo al zij.

300.000.000 m/s is dus 300.000km/s, als we nu de data opnieuw berekenen:

100/300.000.000 = 0,33*10^-6seconden = 0,33µs

Je radiogolf doet er dus 0,33µs over om die 100m af te leggen

[MSalters]

Yep, en PC klokken zijn niet beter dan op een paar µs te synchroniseren. Dat gaat dus niet werken. caipirinha heeft denk ik de meest haalbare oplossing, maar zegt terecht dat het erg moeilijk is.

[Confusion]

MSalters schreef op vrijdag 20 mei 2005 @ 09:27:
Yep, en PC klokken zijn niet beter dan op een paar µs te synchroniseren. Dat gaat dus niet werken. caipirinha heeft denk ik de meest haalbare oplossing, maar zegt terecht dat het erg moeilijk is.

Een andere mogelijkheid is volgens mij een ontvanger met eindige afmetingen die de signaalsterkte op verschillende plekken kan meten. 2D bekeken levert een puntbron een uniek profiel op een bepaalde lijn op.

[elgringo]

Confusion schreef op vrijdag 20 mei 2005 @ 09:59:
[...]

Een andere mogelijkheid is volgens mij een ontvanger met eindige afmetingen die de signaalsterkte op verschillende plekken kan meten. 2D bekeken levert een puntbron een uniek profiel op een bepaalde lijn op.

zoals caipirinha zei

[MSalters]

Weet alleen niet of ik de signaalsterkte zou meten, of dat ik er eerst 3 opamps tussen zet en daarmee de (versterkte) verschillen zou meten. Mijn gevoel zegt dat het laatste betere resultaten oplevert. Als je toch aan het solderen bent kun je dan meteen een HW lowpass filter bouwen (2 diodes en condensator)

[Sabbi]

de simpelste (en meest onbetrouwbare) manier:

[list]
• 2 bt enabled pc's in 2 hoeken van grote lege zaal.
• 1 pda ergens in de zaal.
• pomp random data heen en weer, bereken packetloss tussen pc's en pda
• verzamel data op 1 pc
• trianguleer en ijk de resultset op de uitersten
• plot mini pda icon in vierkant op monitor

[caipirinha]

MSalters schreef op vrijdag 20 mei 2005 @ 13:22:
Weet alleen niet of ik de signaalsterkte zou meten, of dat ik er eerst 3 opamps tussen zet en daarmee de (versterkte) verschillen zou meten. Mijn gevoel zegt dat het laatste betere resultaten oplevert. Als je toch aan het solderen bent kun je dan meteen een HW lowpass filter bouwen (2 diodes en condensator)

Die ontvangertjes zijn allemaal verschillend en ook de omgeving speelt een rol als je wat grotere afstanden wilt overbruggen. Het geheel in software maken heeft als voordeel dat je het systeem makkelijk kunt kalibreren. Met een hardware oplossing kan dat in principe ook maar je zult dan moeten sleutelen aan potmetertjes etc en da´s in dit geval onnodig. Denk ook aan de lengte van je kabels en de signaalconditionering, geeft alleen maar ellende..

@sabbi: Dit zal ook wel werken en is een variant op de signaalsterkte meet methode, alleen is packet loss / signaalsterkte een niet lineaire functie die ook nog eens een heel beperkt gebied bestrijkt. Voordeel is het simplisme waarmee dit te realiseren is, nadeel de onnauwkeurigheid maar dat had je al aangegeven.

Ik wacht op pictures / verslag van het eindresultaat

[KILLorBE]

elgringo schreef op donderdag 19 mei 2005 @ 19:37:
edit:
geluid zit op 300m/s gemiddeld, hoe lager het geluid hoe lager de voorplantingssnelheid. en met 300m/s kun je nog mee rekenen. Dit is overigens veel makkelijk realiseerbaar en er zijn ook al handheld devices te koop die dit doen...

Volgens mij niet (Ik maakte laatst dezelfde fout).
Een volledige sinus duurd korter bij een hoger geluid maar legt ook een kortere afstand af (Ik was vergeten dat de afgelegde afstand korter was), bij dezelfde afstand doet het geluid ,hoog of laag, er dus even lang over.

[Bl@ckbird]

* Bl@ckbird heeft het idee, dat iedereen denkt dat Bluetooth een mooi sinus signaaltje is...

Van Wikipedia:

The protocol operates in the license-free ISM band at 2.45 GHz. In order to avoid interfering with other protocols which use the 2.45 GHz band, the Bluetooth protocol divides the band into 79 channels (each 1 MHz wide) and changes channels up to 1600 times per second. Implementations with versions 1.1 and 1.2 reach speeds of 723.1 kbit/s. Version 2.0 implementations feature Bluetooth Enhanced Data Rate (EDR), and thus reach 2.1 Mbit/s. Technically version 2.0 devices have a higher power consumption, but the three times faster rate reduces the transmission times, effectively reducing consumption to half that of 1.x devices (assuming equal traffic load).

Een andere link, gevonden via Wikipedia:

RF system
Running in the 2.4 GHz ISM band, Bluetooth employs frequency hopping techniques with the carrier modulated using Gaussian Frequency Shift Keying (GFSK).

With many other users on the ISM band from microwave ovens to Wi-Fi, the hopping carrier enables interference to be avoided by Bluetooth devices. A Bluetooth transmission only remains on a given frequency for a short time, and if any interference is present the data will be re-sent later when the signal has changed to a different channel which is likely to be clear of other interfering signals. The standard uses a hopping rate of 1600 hops per second. These are spread over 79 fixed frequencies and they are chosen in a pseudo-random sequence. The fixed frequencies occur at 2400 + n MHz where the value of n varies from 1 to 79. This gives frequencies of 2402, 2404 ….. 2480 MHz. In some countries the ISM band allocation does not allow the full range of frequencies to be used. In France, Japan and Spain, the hop sequence has to be restricted to only 23 frequencies because of the ISM band allocation is smaller.

During the development of the Bluetooth standard it was decided to adopt the use of frequency hopping system rather than a direct sequence spread spectrum approach because it is able to operate over a greater dynamic range. If direct sequence spread spectrum techniques were used then other transmitters nearer to the receiver would block the required transmission if it is further away and weaker.

Modulation
The way in which the data is modulated onto the Bluetooth carrier was also carefully chosen. A form of frequency shift keying known as Gaussian Frequency Shift Keying is employed. Here the frequency of the carrier is shifted to carry the modulation. A binary one is represented by a positive frequency deviation and a binary zero is represented by a negative frequency deviation. It is then filtered using a filter with a Gaussian response curve to ensure the sidebands do not extend too far either side of the main carrier. By doing this it achieves a bandwidth of 1 MHz with stringent filter requirements to prevent interference on other channels. For correct operation the level of BT is set to 0.5 and the modulation index must be between 0.28 and 0.35.

Transmitter power levels
The transmitter powers for Bluetooth are quite low, although there are three different classes of output dependent upon the anticipated use and the range required. Power Class 1 is designed for long range communications up to about 100m devices, and this has a maximum output power of 20 dBm, Next is Power Class 2 which is used for what are termed for ordinary range devices with a range up to about 10m, with a maximum output power of 4 dBm. Finally there is Power Class 3 for short range devices. This support communication only to about 10cm and it has a maximum output power of 0 dBm.

There are also some frequency accuracy requirements for Bluetooth transmissions. The transmitted initial centre frequency must be within ±75 kHz from the receiver centre frequency. The initial frequency accuracy is defined as being the frequency accuracy before any information is transmitted and as such any frequency drift requirement is not included.

In order to enable effective communications to take place in an environment where a number of devices may receive the signal, each device has its own identifier. This is provided by having a 48 bit hard wired address identity giving a total of 2.815 x 10^14 unique identifiers.

Als je hier iets hardwarematigs voor wil bouwen heb je nodig:
1 Profi test apparatuur, zoals een oscilloscoop / spectrum analyzer.
2 De volledige specs van Bluetooth op het gebied van RF.
3 Uitgebreide kennis op het gebied van electronica en HF transmissiesystemen.

Als ik jou was, zou ik de specs opvragen van Bluetooth. Het RF pad is een klein deel van de Bluetooth specificatie. Zo is er bijvoorbeeld ook een complete protocolstack gedefiniëerd.
Er zullen vast wel parameters zijn, die je softwarematig uit de hardware kan vissen.
(Over bijv. de veldsterkte / verzonden vermogen, enz.)

Volledige specs kun je vinden op:
https://www.bluetooth.org/spec/
(Maar daar moet je je natuurlijk weer voor registreren )

[Bl@ckbird]

Offtopic, doch leerzaam :

LeonM schreef op donderdag 19 mei 2005 @ 19:31:
[...]

Ten eerste: een draaggolf van 100hz bestaat praktisch niet, op zo een lage frequentie valt er bijna niet uit te zenden. Vanaf 30kHz is er een pril begin, maar in de praktijk gaat men wegens praktische redenen veel hoger zitten.

[...]

Very Low Frequency: 3-30 kHz (VLF)
Extremely Low Frequency: 40–80 Hz (ELF)

Very Low Frequency (VLF) communications transmitters use digital signals to communicate with submerged submarines on at frequencies of 3-30 kHz. The eighteen Trident submarines constitute about half the US strategic nuclear capability. The supporting infrastructure for these submarines includet connectivity links such as the Extremely Low Frequency (ELF), Very Low Frequency (VLF), and TACAMO Airborne VLF communications systems.

The Navy shore VLF/LF transmitter facilities transmit a 50 baud submarine command and control broadcast which is the backbone of the submarine broadcast system.

En..

This unique communication system is designed to transmit short alerting messages to submarines operating far below the ocean surface. The ELF frequencies used, in the 40–80 Hz range, were selected for their long range signal propagation (i.e., global) and ability to penetrate seawater to depths several hundred feet below the surface. In addition to the inherent covertness this communication system provides, it also provides the submarine Commanding Officer with operational flexibility to remain at required mission depth and speed. The ELF communication system is used as a “bellringer” to notify the submarine crew to come shallow to copy a higher data rate broadcast (e.g., SSIXS). At present, POM funding is provided for two site ELF operation.

Samengevat:
40-80 Hz is genoeg om de aandacht van je ondergedoken onderzeeër-vloot te trekken.
14 to 60 kHz is genoeg om (in ondiep water) het "Launch Nuke" commando te ontvangen @ 50 Baud.

Zie:
http://www.fas.org/nuke/guide/usa/c3i/vlf.htm
http://www.fas.org/man/dod-101/navy/docs/scmp/part07.htm
http://www-star.stanford.edu/~vlf/

[Verwijderd]

Hey allemaal ik heb een opdracht van een frequentie modulatie maar kom er niet uit.
De opdracht luidt als volgt om een carrier frequentie te berekenen van deze golf?
De golf is een frequentie modulatie met als
T= 4ms en T= 4.37ms
Het eind antwoord moet 2702khz worden maar kom er niet uit.
Hoe bereken ik dit uit?

[Migrator]

Beste @Verwijderd, welkom op GoT

Het is hier niet de bedoeling zeer oude topics te kicken met een eigen vraag. Hiervoor kun je eventueel een eigen topic openen, maar zorg dan dat je je houdt aan de quickstart voor het openen van topics: Het algemeen beleid #quickstart. We verwachten een stuk meer eigen inzet, in plaats van het simpelweg stellen van de vraag.

Ik zou als advies geven hulp te vragen aan anderen die dezelfde opdracht hebben, een docent, etc. Dit topic gaat op slot.