Jak działa komunikacja bezprzewodowa?

To jest problem, który zawsze mnie trochę zaskakuje. Jak faktycznie działa komunikacja bezprzewodowa o wysokiej częstotliwości (ponad 100 MHz)? Rozumiem, że ma anteny i do odbioru odbiera je wzmacniając i sprawdza logiczne 1 lub 0 i odwraca do nadawania.

Nie rozumiem, w jaki sposób układ scalony może komunikować się z taką prędkością? Weźmy na przykład wifi, 2,4 GHz. Czy istnieje procesor przetwarzający każdy bit 2,4 miliarda razy na sekundę? To wydaje się niemożliwe. Czy ktoś mógłby wyjaśnić, w jaki sposób nadajnik i odbiornik faktycznie działają elektrycznie?

Ważną rzeczą do odnotowania tutaj jest częstotliwość nośna i modulacja.

2,4 GHz to częstotliwość twojej nośnej, w nowoczesnych formatach modulacji zawsze będzie w powietrzu. Nadajnik promieniuje przez cały czas wysyłania sygnału.

W jaki sposób dane są faktycznie wysyłane?

Modulacja fazowa jest najczęstszą metodą. Możesz myśleć o tym, co dzieje się bardzo wyraźnie, na ustawionym zegarze albo zmienisz fazę, albo nie. Wikipedia ma dobry wykres QPSK , gdzie faktycznie wysyłasz dwa sygnały jednocześnie z fazy i każdy z nich trochę koduje. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/QPSK_timing_diagram.png ">

To może wydawać się trochę mylące, ale widzisz, że kiedy zmieniają to, co wysyłają, następuje nagła zmiana sygnału. PSK ma najniższy współczynnik błędów bitów spośród różnych technik modulacji dla tej samej prędkości transmisji. Oznacza to, że dla tej samej dopuszczalnej stopy błędów bitów masz najwyższą prędkość łącza w PSK.

Mam nadzieję, że obraz pozwoli ci zrozumieć, co dzieje się za kulisami. Daj mi znać, jeśli mogę napisać więcej, aby uczynić to zrozumiałym.

Jaki to sprzęt?

W tej sekcji krótko mówię, ponieważ istnieje wiele różnych sposobów podejścia do tego ze sprzętem. Obwód, który pozwala większości układów scalonych wykonywać wewnętrzne TX lub RX, pochodzi z komórki Gilberta .

Kiedy to zrobić?

Jeśli modulujesz do właściwej częstotliwości bezpośrednio przed promieniowaniem i demodulujesz bezpośrednio przed odbiorem sygnału, z którym twój obwód ma do czynienia wszędzie, będzie to sygnał o wolniejszej prędkości, który jest cyfrowy i twój obwód może sobie z tym poradzić.

Podczas gdy uniknę pytania o modulację, jestem dość dobrze zaznajomiony ze stroną IC.

„W jaki sposób układ scalony może komunikować się z prędkością większą niż 100 MHz?”

Zacznę od prostej sprawy. Intel zaprojektował procesor działający z częstotliwością taktowania 3,8 GHz. Wykonuje to wiele operacji logicznych i zapisuje wyniki w każdym cyklu. Dlatego nie tylko sygnały mogą być przetwarzane przy częstotliwości 2,4 GHz +, ale komputer prawdopodobnie już to robi.

Powodem tego jest to, że tranzystory na układzie scalonym są SZYBKIE! W procesie BiGMOS SiGe 130 nm częstotliwość wzmocnienia jedności jest wymieniona na 230 GHz. Myślę, że mógłbym stworzyć obwód, który działa co najmniej 5-10% tej wartości, a to nie jest nawet wiodący proces.

Jeśli chcesz zmaksymalizować częstotliwość taktowania szeregowego, możesz użyć obwodu zwanego De-Serializerem, który jest w zasadzie rejestrem przesuwnym wysokiej częstotliwości. Potrzebny byłby obwód wejściowy o bardzo wysokiej częstotliwości, a następnie przekonwertować go na format równoległy przy niższej szybkości transmisji danych. Jest to powszechnie stosowane w protokołach o dużej prędkości, takich jak HDMI.

Chociaż istnieją pewne wyjątki, większość komunikacji radiowej zwykle osiąga się za pomocą konwersji w górę i w dół.

Zasadniczo nadajnik zaczyna od obwodu do modulowania informacji (głosu lub danych) na sygnał o niskiej częstotliwości, który jest łatwy w obsłudze - kilka dziesiątek lub setek kiloherców dla aplikacji wąskopasmowych, często gdzieś pomiędzy 10 a 45 MHz dla szerszych pasm. Przy tych częstotliwościach obwody analogowe działają dobrze, lub faktycznie można użyć przetwornika D / A na wyjściu DSP, który dokonuje modulacji matematycznej. (W przypadku szybkości przesyłania danych większych niż „czip DSP” może obsłużyć, stosowana jest logika równoległa w ASIC lub FPGA, więc każda indywidualna ścieżka może musieć obliczyć tylko co 8 lub 32 lub co najmniej jedną próbkę wymaganą przez DA).

Nadajnik zawiera również oscylator lub syntezator do generowania sygnału bliższego pożądanej częstotliwości nadajnika oraz mikser, który zwielokrotnia oba sygnały razem, powodując generowanie częstotliwości sumarycznych i różnicowych. Albo suma, albo różnica będzie pożądaną częstotliwością transmisji i jest wybierana przez filtr, wzmacniana i wysyłana do anteny. (Czasami potrzebne jest wiele etapów konwersji)

Odbiornik działa w ten sam sposób, tylko w odwrotnej kolejności. Lokalny sygnał oscylatora jest odejmowany od wzmocnionego sygnału anteny (lub na odwrót), tworząc pośrednią różnicę częstotliwości, która jest z powrotem w dół w zakresie wygodniejszym do pracy (w odbiornikach radiowych AM, zwykle 455 KHz - dla FM, tradycyjnie 10,7 KHz, a następnie ponownie przekonwertowany na 455 KHz, choć dzisiaj działa również przy 10,7 MHz). Ta częstotliwość pośrednia może być przetwarzana przez obwód demodulatora lub digitalizowana w szybkim przetworniku A / D i podawana do potencjalnie równoległego DSP w celu zakończenia procesu.

Jeśli pożądana szerokość pasma danych do przesłania jest mniejsza niż około 10 KHz, można faktycznie użyć komputerowej karty dźwiękowej do wykonania odbiornika lub nadajnika o wysokiej wydajności, ustawiając częstotliwość pośrednią na powiedzmy 10 KHz i używając oprogramowania do przetwarzania pasma obejmującego 5 -15 KHz.

Dzisiaj powszechną techniką jest wykorzystywanie niektórych właściwości liczb zespolonych i przeprowadzanie modulacji / demodulacji zrównoważonej wokół częstotliwości środkowej 0, tak aby zawierała zarówno częstotliwości dodatnie, jak i ujemne. Dzięki zastosowaniu dwóch faz oscylatora i czegoś zwanego mikserem odrzucania obrazu, jedna z dwóch powstałych częstotliwości anuluje się, a druga wzmacnia. Potrzebne są jednak dwa przetworniki D / A lub A / D - jeden dla fazy „I”, a drugi dla „Q”. Możesz to zrobić za pomocą stereofonicznej karty dźwiękowej, chociaż czapki blokujące prąd stały utworzą dziurę w paśmie pasmowym w środku, co zostanie przekształcone na częstotliwość 0.

100 MHz to częstotliwość nośna, a nie szybkość transmisji danych. Modulacja częstotliwości nośnej jest tym, co przenosi dane. Radio AM zmienia amplitudę sygnału, aby go modulować. FM nieznacznie zmienia częstotliwość od częstotliwości nośnej. PSK to kluczowanie z przesunięciem fazowym. Zmienia fazę sygnału nośnego.

Modulator zleca dane i stosuje modulację do przewoźnika, aby je wysłać. Demodulator odbiera nośnik i oddziela modulację od niego, wydobywając dane.