Як працює бездротовий зв’язок?


13

Це проблема, яка мене завжди трохи бентежила. Як насправді працює високочастотний (більше 100 МГц) бездротовий зв’язок? Я розумію, що у нього є антени, і для отримання їх посилюється і перевіряється на логічний 1 або 0 і зворотний для передачі.

Що я не розумію - це як ІМС може спілкуватися з такою швидкістю? Візьмемо для прикладу wifi, 2,4 ГГц. Чи є чіп, який насправді обробляє кожен біт 2,4 мільярда разів за секунду? Це здається неможливим. Чи може хтось пояснити, як передавач і приймач насправді працюють електрично?


У вашому прикладі 2,4 ГГц - несуча частота, а не швидкість передачі даних (яка вимірюється в Боді, а не Гц). Макс. швидкість передачі даних приблизно в 100-1000 разів нижча за несучу частоту (залежно від багатьох факторів, наприклад, типу модуляції, SNR тощо)
Curd

Відповіді:


14

Тут важливо звернути увагу на несучу частоту та модуляцію.

2,4 ГГц - ваша несуча частота, в сучасних форматах модуляції вона буде постійно знаходитися в повітрі. Передавач випромінює весь час, коли ви надсилаєте сигнал.

Як насправді надсилаються дані?

Фазова модуляція - найпоширеніший метод. Ви можете подумати про те, що відбувається дуже чітко, у встановлений таймер ви збираєтесь або змінити фазу, або ні. У Вікіпедії є хороший графік QPSK , де ви насправді надсилаєте два сигнали одночасно поза фазою, і кожен з них кодує трохи. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/QPSK_timing_diagram.png ">

Це може виглядати трохи заплутано, але ви бачите, коли вони змінюють, який біт вони надсилають, відбувається раптовий зсув сигналу. PSK має найнижчу швидкість бітових помилок у різних техніках модуляції для тієї ж швидкості передачі. Це означає, що для тієї ж допустимої швидкості бітових помилок у вас найбільша швидкість зв'язку з PSK.

Я сподіваюся, що зображення дозволяє зрозуміти, що відбувається за лаштунками. Повідомте мене, чи зможу я розмістити більше, щоб зробити це зрозумілим.

Яке обладнання це робить?

Цей розділ я короткий, тому що існує багато різних способів підходу до цього за допомогою апаратних засобів. Схема, яка дозволяє більшості ІМ виконувати внутрішні TX або RX, походить з осередку Гілберта .

Коли це робити?

Якщо ви модулюєте до правильної частоти безпосередньо перед випромінюванням і демодулюєте безпосередньо перед тим, як приймати сигнал, ваш ланцюг займається скрізь ще, буде сигналом повільної швидкості, який є цифровим, і ваша схема може мати справу.


Чи справді чіпи використовують клітинку Гілберта? Виглядає схильним до шуму, температурних перепадів та високого енергоспоживання ...
tyblu

1
@tyblu, Скільки приймачів низької потужності ви бачили. Це є основою модуляції та демодуляції ІС. У них багато факторів у їх дизайні.
Кортук

Клітини Гілберта, безумовно, легітимні. Основна перевага клітини Гілберта полягає в тому, що ви можете отримати з неї прибуток.
W5VO

@tyblu, @ w5vo, я вважаю, що ви можете спричинити, що клітина Гілберта буде меншою потужністю, але вимагає більш високої потужності, що приймається від лінії RX. Також більшість мікросхем IC RX можна розмістити в режимі малої потужності.
Кортук

10

Хоча я ухиляюся від питання модуляції, я досить добре знайомий зі стороною ІС.

"Як ІМС може спілкуватися зі швидкістю, що перевищує 100 МГц?"

Почну з простого випадку. Intel розробила процесор, який працює на тактовій частоті 3,8 ГГц. Це виконує кілька логічних операцій та зберігає результати кожного циклу. Таким чином, не тільки сигнали можуть оброблятися на частоті 2,4 ГГц +, ваш комп'ютер, ймовірно, робить це вже.

Причиною цього є те, що транзистори на ІС швидкі! У процесі 130-нм SiGe BiCMOS частота посилення єдності вказана як 230 ГГц. Я вважаю, що я міг би створити схему, яка працює принаймні на 5-10% від цього значення, і це навіть не передовий процес.

Якщо ви хочете максимізувати частоту послідовних тактових частот, ви можете використовувати схему під назвою De-Serializer, яка в основному є регістром зсуву високої частоти. Вам знадобиться дуже високочастотна схема для введення, а потім перетворити її в паралельний формат із меншою швидкістю передачі даних. Це зазвичай використовується у високошвидкісних протоколах, таких як HDMI.


Цікаво, що я зосередився переважно на модуляції. Мені сподобалося те, що ти додав.
Кортук

Я не думаю, що ваша відповідь насправді відповідає тому, що він запитує. Існує різниця між швидкістю передачі даних і частотою несучої. Логічні / транзистори повинні мати можливість обробляти швидкість передачі даних. Модуляція та демодуляція відбуваються як перше останнє і найперше у вашій системі.
Kellenjb

Крім того, що комп'ютер може працювати на 2,4 ГГц, це не означає, що він може працювати з пропускною здатністю 2,4 ГГц. Це починає грати з теорією вибірки, розміром кожного зразка тощо.
Kellenjb

@Kellenjb, я не згоден з цим твердженням. Хоча, безумовно, є різниця між швидкістю передачі даних і частотою несучої, все одно було б нормально, якби не було різниці, тобто якщо швидкість передачі даних становила 2,4 ГГц. Я б стверджував, що як мінімум, комп'ютер 2,4 ГГц мав би пропускну здатність 2,4 ГГц * кількість ліній передачі даних, тактованих на частоті 2,4 ГГц. Якщо тактовий сигнал (який генерується на мікросхемі) становить 2,4 ГГц, то сигнал матиме гармоніки в діапазоні 7,2 ГГц. Я звертаюся лише до однієї частини його питання: "як ІМС може спілкуватися з такою швидкістю".
W5VO

@kellenjb, @ w5vo, ви обоє говорите щось інше. Так, модуляція зменшує частоту до частоти, на якій дешевше працювати. Так, схеми можуть йти так швидко, але це збільшує вартість. Я думаю, що обидва є важливими поняттями.
Кортук

6

Хоча існують деякі особливі винятки, більшість радіозв'язку, як правило, досягається за допомогою конверсії та конверсії вниз.

В основному передавач починається з ланцюга модуляції інформації (будь то голос або дані) на сигнал зручно низької частоти, з яким легко працювати - кілька десятків або сотень кілогерц для вузькосмугових додатків, часто десь від 10 до 45 МГц для ширших гуртів. На цих частотах аналогові схеми працюють добре, або можна реально використовувати перетворювач D / A на виході DSP, який робить модуляцію математично. (Для швидкості передачі даних, що може перевищувати "чіп DSP", використовується паралельна логіка в ASIC або FPGA, тому кожен окремий шлях може мати тільки обчислення кожного 8-го чи 32-го або зразка, який необхідний DA).

Передавач також містить генератор або синтезатор для генерації сигналу, наближеного до потрібної частоти передавача, і мікшер, який множує два сигнали разом, викликаючи генерацію сумарних та різницьких частот. Або сума, або різниця буде бажаною частотою передачі, і вибирається фільтром, посилюється і надсилається на антену. (Іноді потрібні кілька етапів конверсії)

Приймач працює так само, тільки в зворотному напрямку. Сигнал локального осцилятора віднімається від посиленого сигналу антени (або навпаки), створюючи проміжну різницю частоти, яка знижується в діапазоні, зручнішому для роботи (У приймачах широкомовної передачі AM, як правило, 455 кГц - для FM, традиційно 10,7 КГц, а потім знову зменшено до 455 КГц, хоча сьогодні залишається на 10,7 МГц теж працює). Ця проміжна частота може бути оброблена ланцюгом демодулятора, або оцифрована у швидкому перетворювачі А / Д і подана в потенційно паралельний ЦСП для завершення процесу.

Якщо бажана пропускна здатність даних, що передаються, менше приблизно 10 КГц, можна фактично використовувати звукову карту комп'ютера, щоб зробити приймач або передавач високої продуктивності, розмістивши проміжну частоту в скажімо 10 КГц і використовуючи програмне забезпечення для обробки пропускної здатності, що охоплює 5 -15 КГц.

Сьогодні загальною методикою є використання деяких властивостей складних чисел і збалансування модуляції / демодуляції навколо центральної частоти 0, так що вона містить як позитивні, так і негативні частоти. Використовуючи дві фази генератора і щось, що називається змішувачем відхилення зображення, одна з двох результуючих частот скасовується, а інша підсилює. Однак потрібні два перетворювачі D / A або A / D - один для фази "I", а другий для "Q". Ви можете зробити це за допомогою стереозвукової карти, хоча кришки блокування постійного струму створить отвір у смузі пропускання прямо посередині, при чому перетворюється на 0 частоти.


2

100 МГц - несуча частота, а не швидкість передачі даних. Модуляція несучої частоти - це те, що несе дані. AM радіо змінює амплітуду сигналу, щоб модулювати його. FM незначно відрізняється від частоти несучої. PSK - це клавіша зсуву фаз. Він змінює фазу несучого сигналу.

Модулятор задає дані та застосовує модуляцію до носія, щоб надсилати їх. Демодулятор приймає носій і відокремлює модуляцію від нього, витягуючи дані.

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.