Как работает беспроводная связь?

Это проблема, которая всегда немного сбивала меня с толку. Как на самом деле работает высокочастотная (более 100 МГц) беспроводная связь? Я понимаю, что у него есть антенны, и для приема он усиливает его и проверяет логическую 1 или 0 и реверсирует для передачи.

Я не понимаю, как IC может общаться на таких скоростях? Взять, к примеру, Wi-Fi, 2,4 ГГц. Есть ли чип, который фактически обрабатывает каждый бит 2,4 миллиарда раз в секунду? Это кажется невозможным. Может ли кто-нибудь объяснить, как передатчик и приемник на самом деле работают электрически?

Здесь важно отметить несущую частоту и модуляцию.

2,4 ГГц - ваша несущая частота, в современных форматах модуляции она будет постоянно присутствовать в эфире. Передатчик излучает все время, когда вы посылаете сигнал.

Как на самом деле отправляются данные?

Фазовая модуляция является наиболее распространенным методом. Вы можете думать о том, что происходит очень четко, на установленном таймере вы собираетесь либо изменить фазу, либо нет. В Википедии есть хороший график QPSK , где вы фактически отправляете два сигнала одновременно в противофазе, и каждый кодирует немного. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/QPSK_timing_diagram.png ">

Это может показаться немного запутанным, но вы видите, что когда они меняют то, что посылают, происходит внезапное изменение сигнала. PSK имеет самую низкую частоту ошибок по битам из разных методов модуляции для одной и той же скорости передачи. Это означает, что при той же допустимой частоте ошибок по битам у вас самая высокая скорость соединения с PSK.

Я надеюсь, что изображение позволяет понять, что происходит за кулисами. Дайте мне знать, если я смогу опубликовать больше, чтобы помочь сделать это понятным.

Какое оборудование это делает?

Этот раздел я придерживаюсь, потому что есть много разных способов подойти к этому с помощью оборудования. Схема, которая позволяет большинству микросхем выполнять внутреннюю передачу или прием, происходит из ячейки Гилберта .

Когда это сделать?

Если вы модулируете на правильную частоту непосредственно перед излучением и демодулируете непосредственно перед приемом сигнала, с которым ваша схема имеет дело везде, это будет медленный цифровой сигнал, и ваша схема может с этим справиться.

Хотя я буду уклоняться от вопроса о модуляции, я довольно хорошо знаком со стороной IC.

«Как IC может общаться на скоростях выше 100 МГц?»

Начну с простого случая. Intel разработала процессор, который работает на тактовой частоте 3,8 ГГц. Это выполняет несколько логических операций и сохраняет результаты каждый цикл. Таким образом, сигналы могут обрабатываться не только на частоте 2,4 ГГц +, но, вероятно, ваш компьютер уже делает это.

Причина этого в том, что транзисторы на микросхеме БЫСТРЫ! В процессе SiGe BiCMOS 130 нм частота единичного усиления указана как 230 ГГц. Я полагаю, что мог бы создать схему, которая работала бы, по крайней мере, на 5-10% от этого значения, и это даже не передовой процесс.

Если вы хотите максимизировать тактовую частоту последовательного порта, вы можете использовать схему под названием De-Serializer, которая в основном является регистром сдвига высокой частоты. Вам понадобится очень высокочастотная схема для входа, а затем преобразовать ее в параллельный формат с более низкой скоростью передачи данных. Это обычно используется в высокоскоростных протоколах, таких как HDMI.

Хотя есть некоторые особые исключения, большая часть радиосвязи обычно достигается с помощью повышающего преобразования и понижающего преобразования.

По сути, передатчик начинается с цепи для модуляции информации (будь то голос или данные) на сигнал с удобной низкой частотой, с которой легко работать - несколько десятков или сотен килогерц для узкополосных приложений, часто где-то между 10 и 45 МГц. для более широких групп. На этих частотах аналоговые схемы работают хорошо, или можно фактически использовать цифроаналоговый преобразователь на выходе DSP, который выполняет математическую модуляцию. (Для скоростей передачи данных выше, чем может обрабатывать «микросхема DSP», используется параллельная логика в ASIC или FPGA, поэтому каждый отдельный путь может рассчитывать только каждый 8-й или 32-й или какой-либо другой выбор, необходимый для DA).

Передатчик также содержит генератор или синтезатор для генерации сигнала, близкого к требуемой частоте передатчика, и смеситель, который умножает два сигнала вместе, вызывая генерацию суммарной и разностной частот. Либо сумма, либо разница будут желаемой частотой передачи и выбираются фильтром, усиливаются и отправляются на антенну. (Иногда требуется несколько этапов конвертации)

Приемник работает так же, только наоборот. Сигнал гетеродина вычитается из усиленного сигнала антенны (или наоборот), создавая промежуточную разностную частоту, которая возвращается в диапазон, более удобный для работы (в приемниках AM вещания, обычно 455 кГц - для FM, традиционно 10,7 кГц, а затем снова преобразуется в 455 кГц, хотя сегодня работает и на 10,7 МГц). Эта промежуточная частота может обрабатываться схемой демодулятора или оцифровываться в быстром аналого-цифровом преобразователе и подаваться в потенциально параллельный DSP для завершения процесса.

Если желаемая полоса пропускания данных, которые должны быть переданы, составляет менее примерно 10 кГц, фактически можно использовать компьютерную звуковую карту для создания высокопроизводительного приемника или передатчика, расположив промежуточную частоту, скажем, на 10 кГц и используя программное обеспечение для обработки полосы пропускания 5 -15 кГц.

Сегодня распространенным методом является использование некоторых свойств комплексных чисел и балансировка модуляции / демодуляции вокруг центральной частоты 0, так что она содержит как положительные, так и отрицательные частоты. Используя две фазы генератора и то, что называется микшером отклонения изображения, одна из двух результирующих частот отменяется, а другая усиливает. Однако необходимы два цифроаналоговых или аналого-цифровых преобразователя - один для фазы «I», а другой для «Q». Вы можете сделать это с помощью звуковой карты со стереозвуком, хотя заглушки, блокирующие постоянный ток, создадут дыру в полосе пропускания прямо посередине, что преобразуется в 0 частот.

100 МГц - несущая частота, а не скорость передачи данных. Модуляция несущей частоты - это то, что переносит данные. AM-радио изменяет амплитуду сигнала для его модуляции. FM немного меняет частоту от несущей частоты. PSK - фазовая манипуляция. Это меняет фазу несущего сигнала.

Модулятор задает данные и применяет модуляцию к несущей для их отправки. Демодулятор получает носитель и отделяет модуляцию от него, извлекая данные.