Як можливий зв’язок понад 24 ГГц?

Я читав статтю, що Google хоче, щоб у США був бездротовий спектр для Інтернет на балонах . Він говорить, що використовувати для зв'язку понад 24 ГГц частотний спектр.

Чи можливо коли-небудь генерувати таку високу частоту за допомогою п'єзоелектричних кристалів? Або вони використовують множник частоти PLL ?

Навіть якщо можливо генерувати цей високочастотний сигнал, і якщо ви хочете відправляти 1 біт на кожен період сигналу, повинен бути процесор, який працює набагато швидше, ніж 24 ГГц. Як це можливо на повітряній кулі?

Радіочастотні комунікації не передають ні одного біта інформації за цикл несучої хвилі - це було б цифровим базовим діапазоном зв'язку, і це вимагає неймовірної кількості пропускної здатності. Між іншим, ви можете придбати FPGA із вбудованими жорсткими блоками 28 Гбіт / с. Вони можуть серіалізувати та десеріалізувати дані для 100G Ethernet (4x25G + кодування накладні витрати). Я припускаю, що "основна" частота в цьому випадку фактично складе 14 ГГц (швидкість передачі даних / 2 - подумайте, чому це так!), І для них потрібна смуга пропускання від 200 МГц до 14 ГГц. Завдяки використанню лінійного коду 64b66b вони не доходять до DC. Частота, що використовується для приводу модулів serdes, буде генерована якимсь VCO, який фазово заблокований у кристалічному опорному генераторі.

У радіочастотному світі сигнал повідомлення модулюється на носії, який потім перетворюється на необхідну частоту для передачі змішувачами. Ці повітряні кулі, ймовірно, мають базову смугу менше 100 МГц, що означає, що спочатку цифрові дані модулюються на відносно низькій частоті носія (проміжна частота) близько 100 МГц. Ця модуляція може бути виконана цифровим способом і модульована ПЧ, породжена великою швидкістю ЦАП. Потім ця частота перекладається до 24 ГГц з генератором 23,9 ГГц і міксером. Отриманий сигнал пошириться з 23,95 до 24,05 ГГц, пропускною здатністю 100 МГц.

Існує багато способів побудови осциляторів високої частоти в цій смузі. Одним із методів є побудова ДРО, який є діелектричним резонансним осцилятором. Подумайте про це як на ланцюзі резервуарів LC - там буде деяка частота, де вона буде «резонувати» і створювати дуже високий або дуже низький опір. Ви також можете подумати про це як про вузький смуговий фільтр. У DRO використовується шматочок діелектрика - зазвичай це якась кераміка, я вважаю - що резонує на частоті, що цікавить. Фізичний розмір і форма визначають частоту. Все, що вам потрібно зробити, щоб перетворити його на джерело частоти - це додати певний приріст. Існують також способи використання спеціальних діодів, що виявляють негативну стійкість. Диод Ганна - один із прикладів. Неправильне зміщення діода Ганна призведе до коливання його на кількох ГГц. Інша можливість - це те, що називається генератором YIG. YIG розшифровується як ітрієвий гранат. Загальноприйнято будувати фільтри смугових частот, беручи невелику сферу YIG і з'єднуючи її з парою ЛЕП. YIG буває чутливим до магнітних полів, тому ви можете налаштувати або змітати центральну частоту фільтра, змінюючи магнітне поле навколишнього середовища. Додайте підсилювач, і у вас є регульований осцилятор. Порівняно легко помістити YIG в PLL. Потужність YIG полягає в тому, що можна використовувати його для отримання дуже широкої смугової розгортки, і тому вони часто використовуються в радіочастотному дослідницькому обладнанні, таких як спектральні та мережеві аналізатори, а також підмітальні та CW RF джерела. Ще один метод - просто використовувати купу множників частоти. Будь-який нелінійний елемент (наприклад, діод) буде виробляти частотні компоненти на кратних вхідних частотах (2x, 3x, 4x, 5x тощо).

Ось моя спроба резюме мирян, адаптованого з цієї відповіді .

Коли ми говоримо про спілкування, яке відбувається "на 24 ГГц", ми маємо на увазі невеликий діапазон частот. Для того щоб сигнал "на 24 ГГц" не перетоплював усі сигнали на всіх інших частотах, існує жорстке обмеження, наскільки сигнал може відрізнятися від синусоїди 24 ГГц .

Весь сенс мати радіо «групу» в тому , що, поставивши обмеження на скільки сигнал може відрізнятися від синусоїди, стає можливим створювати фільтри, що усувають сигнали , які відрізняються дуже багато від вашої синусоїди, таким чином пригнічуючи їх і зберігаючи тільки сигнал, який вас цікавить.

Наприклад, тут фільтрується випадковий шум, який містить лише частоти між 190 Гц і 210 Гц:

Зверніть увагу, що це не так далеко від синусої (200 Гц). Для порівняння, тут відфільтрований шум містить 150 Гц до 250 Гц:

Зверніть увагу, чим він значно відрізняється від ідеального синусоїди. Тепер, якщо ви візьмете синусою 24 ГГц і почнете довільно включати і вимикати біти, приймач не побачить її так, як ви надсилаєте її , оскільки включення / вимикання бітів довільно змусить сигнал виходити за межі діапазону 24 ГГц . Приймач фільтрує частоти поза діапазоном 24 ГГц, спотворюючи таким чином сигнал. Суть полягає в тому, що: якщо ви наївно модулюєте сигнал, включаючи і вимикаючи біти, це не спрацює з ідеєю фільтрації небажаних частот.

Перед фільтруванням вищевказаний сигнал виглядав так:

Подумайте про це як те, що бачить радіоприймач, перш ніж відфільтрувати небажані частоти. Я думаю, що це розумне наближення мирян. Зауважте, що горизонтальна шкала тут точно така ж, як і на зображеннях, наведених вище - все, що ви бачите, - це всі частоти вище 200-непарних Гц. Частоти нижче 200 Гц також є, але вони не очевидні неозброєним оком.

(математика працює так само на шкалах Гц або ГГц, тому не дозволяйте це відкладати)

FM-радіо передає на частоті несучої частоти 98 МГц + -10 МГц, але кожна станція має лише близько 200 Гц інформації (зайнята смуга пропускання). Аналогічно, DirecTV передає на несучій частоті 14 ГГц, але сигнал, ймовірно, складає лише 10 або 100 МГц зайнятої смуги пропускання.

Імовірно, Google хоче використовувати діапазон 24 ГГц для передачі сигналів із значно меншою зайнятою смугою пропускання. Але якщо хтось хотів насправді передавати таку велику кількість пропускної здатності, це можна зробити, застосовуючи різні методи модуляції, використовуючи кілька носіїв.

Що стосується фактичної електроніки, я раніше бачив MMIC 24 ГГц. Крім того, ви припускаєте, що потрібен єдиний "процесор". Ви можете мати 24 1 Гбіт / секунду модеми, складені на FDMA. Ефірна мережа 100 Гбіт / сек, на яку Xilinx здатна, як обговорювалося вище, я думаю, використовує паралельні Quad GMII інтерфейси.

ЕМ-спектри є континуумом, і по мірі збільшення частоти з часом ви переходите від ВЧ до оптичного. Існують системи прямолінійного огляду Laser Comm.