Làm thế nào có thể liên lạc trên 24 GHz?

Tôi đã đọc bài viết Google muốn phổ tần không dây của Hoa Kỳ cho Internet dựa trên bóng bay . Nó cho biết sử dụng phổ tần số trên 24 GHz để liên lạc.

Có bao giờ có thể tạo ra tần số cao đó bằng cách sử dụng các tinh thể áp điện? Hay họ đang sử dụng hệ số nhân tần số PLL ?

Ngay cả khi có thể tạo tín hiệu tần số cao đó và nếu bạn muốn gửi 1 bit cho mỗi chu kỳ tín hiệu, thì phải có bộ xử lý hoạt động nhanh hơn 24 GHz. Làm thế nào là có thể trên một quả bóng bay?

Comms RF không truyền một bit thông tin trên mỗi chu kỳ của sóng mang - đó sẽ là truyền thông băng cơ sở kỹ thuật số và nó đòi hỏi lượng băng thông đáng kinh ngạc. Ngẫu nhiên, bạn có thể mua các GPU với các khối cứng serdes 28 Gbps tích hợp. Những thứ này có thể tuần tự hóa và giải tuần tự hóa dữ liệu cho ethernet 100G (4x25G + phí mã hóa). Tôi cho rằng tần số 'cơ bản' trong trường hợp này thực sự sẽ là 14 GHz (tốc độ dữ liệu / 2 - hãy nghĩ về lý do tại sao!) Và chúng yêu cầu băng thông khoảng 200 MHz đến 14 GHz. Họ không đi xuống DC do sử dụng mã dòng 64b66b. Tần số được sử dụng để điều khiển các mô-đun serdes sẽ được tạo ra bởi một loại VCO được khóa pha với bộ tạo dao động tham chiếu tinh thể.

Trong thế giới RF, tín hiệu thông báo được điều chế trên sóng mang sau đó được chuyển đổi theo tần số cần thiết để truyền với bộ trộn. Những quả bóng này có thể có dải cơ sở dưới 100 MHz, có nghĩa là ban đầu dữ liệu số được điều chế trên sóng mang tần số tương đối thấp (tần số trung gian) khoảng 100 MHz. Điều chế này có thể được thực hiện bằng kỹ thuật số và IF được điều chế được tạo bởi một bộ xử lý tốc độ cao. Sau đó, tần số này được dịch lên đến 24 GHz với bộ dao động 23,9 GHz và bộ trộn. Tín hiệu thu được sẽ mở rộng từ 23,95 đến 24,05 GHz, băng thông 100 MHz.

Có nhiều cách để xây dựng bộ dao động tần số cao trong dải đó. Một phương pháp là xây dựng một DRO, đó là một bộ dao động cộng hưởng điện môi. Hãy nghĩ về điều này như một mạch xe tăng LC - sẽ có một số tần số mà nó sẽ 'cộng hưởng' và tạo ra trở kháng rất cao hoặc rất thấp. Bạn cũng có thể nghĩ về điều này như một bộ lọc băng thông hẹp. Trong một DRO, một mảnh điện môi được sử dụng - thường là một số loại gốm, tôi tin rằng - cộng hưởng ở tần số quan tâm. Kích thước và hình dạng vật lý xác định tần số. Tất cả bạn cần làm để biến nó thành một nguồn tần số là thêm một số lợi ích. Cũng có những cách sử dụng điốt đặc biệt thể hiện tính kháng âm. Một diode Gunn là một ví dụ. Xu hướng chính xác một diode Gunn sẽ khiến nó dao động ở tốc độ vài GHz. Một khả năng khác là một thứ gọi là bộ dao động YIG. YIG là viết tắt của Yttri Iron Garnet. Người ta thường xây dựng các bộ lọc thông dải bằng cách lấy một quả cầu YIG nhỏ và ghép nó với một cặp đường truyền. YIG rất nhạy cảm với từ trường, vì vậy bạn có thể điều chỉnh hoặc quét tần số trung tâm của bộ lọc bằng cách thay đổi từ trường xung quanh. Thêm một bộ khuếch đại, và bạn có một bộ dao động điều chỉnh. Việc đặt YIG vào PLL tương đối dễ dàng. Sức mạnh của YIG là có thể sử dụng nó để tạo ra một dải quét rất rộng và do đó chúng thường được sử dụng trong các thiết bị thử nghiệm RF như máy phân tích phổ và mạng và quét và nguồn RF CW. Một phương pháp khác là chỉ cần sử dụng một loạt các tần số nhân. Bất kỳ phần tử phi tuyến nào (như diode) sẽ tạo ra các thành phần tần số theo bội số của tần số đầu vào (2x, 3x, 4x, 5x, v.v.).

Đây là nỗ lực của tôi trong một bản tóm tắt giáo dân, được điều chỉnh từ câu trả lời này .

Khi chúng ta nói về giao tiếp xảy ra "ở 24 GHz", chúng ta đang đề cập đến một dải tần số nhỏ. Để tín hiệu "ở 24 GHz" không bị chà đạp trên tất cả các tín hiệu ở tất cả các tần số khác, có một giới hạn cứng về mức tín hiệu được phép khác với mức sóng 24 GHz .

Điểm chung của việc có một "băng tần" radio là bằng cách đặt giới hạn về mức tín hiệu có thể khác với sóng hình sin, có thể tạo ra các bộ lọc loại bỏ các tín hiệu khác nhau quá nhiều so với sóng âm của bạn , do đó triệt tiêu chúng và chỉ giữ lại tín hiệu bạn quan tâm.

Ví dụ: ở đây là nhiễu ngẫu nhiên được lọc để chỉ chứa các tần số trong khoảng từ 190 Hz đến 210 Hz:

Quan sát rằng nó không quá xa so với một hình sin (200 Hz). Để so sánh, đây là tiếng ồn được lọc để chứa 150 Hz đến 250 Hz:

Lưu ý làm thế nào nó khác nhiều so với một sin hoàn hảo. Bây giờ, nếu bạn lấy sóng hình sin 24 GHz và bắt đầu bật và tắt các bit của nó một cách tùy tiện, người nhận sẽ không nhìn thấy nó theo cách bạn gửi nó , bởi vì bật / tắt bit tùy ý sẽ làm cho tín hiệu nằm ngoài phạm vi 24 GHz . Máy thu sẽ lọc ra các tần số ngoài phạm vi 24 GHz, do đó làm biến dạng tín hiệu. Điểm mấu chốt là: nếu bạn điều chỉnh tín hiệu một cách ngây thơ bằng cách bật và tắt bit, nó sẽ không hoạt động với ý tưởng lọc ra các tần số không mong muốn.

Trước khi lọc, tín hiệu trên trông như thế này:

Hãy nghĩ về nó như những gì một máy thu radio nhìn thấy trước khi nó lọc ra các tần số không mong muốn. Tôi nghĩ đó là một xấp xỉ cư sĩ hợp lý. Lưu ý rằng tỷ lệ ngang ở đây giống hệt như trong các hình ảnh ở trên - những gì bạn đang thấy là tất cả các tần số cao hơn 200 Hz lẻ. Tần số dưới 200 Hz cũng có, nhưng chúng không rõ ràng bằng mắt thường.

(toán học hoạt động tương tự ở thang đo Hz hoặc GHz, vì vậy đừng để điều này làm bạn thất vọng)

Đài FM phát trên tần số sóng mang 98 MHz + -10 MHz, nhưng mỗi trạm chỉ có thông tin trị giá khoảng 200khz (băng thông chiếm dụng). Tương tự, DirecTV truyền trên tần số sóng mang 14GHz, nhưng tín hiệu có lẽ chỉ là 10 hoặc 100 MHz băng thông chiếm dụng.

Có lẽ, Google muốn sử dụng băng tần 24GHz để truyền tín hiệu với băng thông chiếm dụng thấp hơn nhiều. Nhưng nếu ai đó muốn thực sự truyền một lượng băng thông lớn như vậy, thì có thể thực hiện được, bằng nhiều kỹ thuật điều chế khác nhau bằng cách sử dụng nhiều sóng mang.

Theo như các thiết bị điện tử thực tế, tôi đã thấy MMIC 24GHz trước đây. Ngoài ra, bạn cho rằng một "bộ xử lý" là cần thiết. Bạn có thể có 24 modem 1Gbit / giây được xếp chồng lên nhau khi thực hiện FDMA. Ethernet 100Gb / giây mà Xilinx có khả năng, như đã thảo luận ở trên, tôi nghĩ sử dụng các giao diện Quad GMII song song.

Phổ EM là một liên tục và khi bạn tăng tần số, cuối cùng bạn đi từ RF sang quang. Có những hệ thống Laser Comm trực quan đang tồn tại.