Truyền thông không dây hoạt động như thế nào?


13

Đây là một vấn đề luôn gây trở ngại cho tôi một chút. Làm thế nào để giao tiếp không dây tần số cao (hơn 100 MHz) thực sự hoạt động? Tôi hiểu rằng nó có một râu và để nhận nó khuếch đại nó và kiểm tra logic 1 hoặc 0 và đảo ngược để truyền.

Điều tôi không hiểu là làm thế nào một IC có thể giao tiếp với tốc độ như vậy? Lấy ví dụ wifi, 2.4GHz. Có con chip nào thực sự xử lý mỗi bit 2,4 tỷ lần mỗi giây không? Điều đó dường như là không thể. Ai đó có thể giải thích làm thế nào một máy phát và máy thu thực sự hoạt động bằng điện?


Trong ví dụ của bạn, 2.4GHz là tần số sóng mang , không phải tốc độ dữ liệu (được đo bằng Baud chứ không phải Hz). Tối đa. tốc độ dữ liệu thấp hơn khoảng 100-1000 lần so với tần số sóng mang (tùy thuộc vào nhiều yếu tố, ví dụ như loại điều chế, SNR, v.v.)
Curd

Câu trả lời:


14

Điều quan trọng cần lưu ý ở đây là tần số sóng mang và điều chế.

2.4GHz là tần số sóng mang của bạn, ở các định dạng điều chế hiện đại, nó sẽ xuất hiện trong không khí mọi lúc. Máy phát phát toàn bộ thời gian bạn đang gửi tín hiệu.

Dữ liệu thực sự được gửi như thế nào?

Điều chế pha là phương pháp phổ biến nhất. Bạn có thể suy nghĩ về những gì đang xảy ra rất rõ ràng, trên một bộ hẹn giờ đã đặt, bạn sẽ thay đổi pha hay không. Wikipedia có một đồ thị tốt về QPSK , trong đó bạn thực sự đang gửi hai tín hiệu cùng một lúc lệch pha và mỗi tín hiệu mã hóa một chút. http://upload.wikidia.org/wikipedia/commons/b/be/QPSK_timing_diagram.png ">

Điều này có thể trông hơi khó hiểu, nhưng bạn thấy bất cứ khi nào họ thay đổi bit họ đang gửi, có một sự thay đổi đột ngột trong tín hiệu. PSK có tốc độ lỗi bit thấp nhất của các kỹ thuật điều chế khác nhau cho cùng tốc độ truyền. Điều này có nghĩa là với cùng tỷ lệ lỗi bit cho phép, bạn có tốc độ liên kết cao nhất với PSK.

Tôi hy vọng hình ảnh cho phép bạn hiểu những gì đang diễn ra đằng sau hậu trường. Hãy cho tôi biết nếu tôi có thể đăng thêm để giúp làm cho điều này trở nên dễ hiểu.

Phần cứng nào làm điều này?

Phần này tôi đang nói ngắn gọn vì có nhiều cách khác nhau để tiếp cận điều này với phần cứng. Mạch cho phép hầu hết các IC thực hiện TX hoặc RX nội bộ đến từ tế bào gilbert .

Khi nào nên làm điều đó?

Nếu bạn điều chỉnh tần số chính xác trực tiếp trước khi phát xạ và giải điều chế trực tiếp trước khi nhận được tín hiệu thì mạch của bạn giao dịch với mọi nơi khác sẽ là tín hiệu tốc độ chậm hơn là kỹ thuật số và mạch của bạn có thể xử lý.


Các chip thực sự sử dụng tế bào Gilbert, mặc dù? Ngoại hình dễ bị tiếng ồn, sự thay đổi nhiệt và tiêu thụ điện năng cao ...
tyblu

1
@tyblu, bạn đã thấy bao nhiêu máy thu công suất thấp. Đây là nền tảng của điều chế và giải điều chế IC. Họ có rất nhiều yếu tố trong thiết kế của họ.
Kortuk

Tế bào Gilbert hoàn toàn hợp pháp. Lợi ích chính của một tế bào Gilbert là bạn có thể đạt được nó.
W5VO

@tyblu, @ w5vo, tôi tin rằng bạn có thể khiến một tế bào gilbert có công suất thấp hơn nhưng yêu cầu công suất nhận cao hơn từ dòng RX. Ngoài ra, hầu hết lưu lượng IC RX có thể được đặt ở chế độ năng lượng thấp.
Kortuk

10

Trong khi tôi né tránh câu hỏi điều chế, tôi khá quen thuộc với khía cạnh IC.

"Làm thế nào một IC có thể giao tiếp ở tốc độ lớn hơn 100 MHz?"

Tôi sẽ bắt đầu với một trường hợp đơn giản. Intel đã thiết kế bộ xử lý hoạt động ở tần số xung nhịp 3,8 GHz. Điều này đang thực hiện nhiều hoạt động logic và lưu trữ kết quả mỗi chu kỳ. Do đó, không chỉ các tín hiệu có thể được xử lý ở 2.4GHz +, máy tính của bạn có thể đã thực hiện việc này rồi.

Lý do cho điều này là các bóng bán dẫn trên IC là NHANH CHÓNG! Trong quy trình SiGe BiCMOS 130nm, tần số đạt được sự thống nhất được liệt kê là 230GHz. Tôi nghĩ rằng tôi có thể tạo ra một mạch hoạt động ít nhất 5-10% giá trị đó và đây thậm chí không phải là một quy trình tiên tiến.

Nếu bạn muốn tối đa hóa tốc độ xung nhịp nối tiếp, bạn có thể sử dụng một mạch được gọi là De-serializer, về cơ bản là một thanh ghi dịch chuyển tần số cao. Bạn sẽ cần mạch tần số rất cao cho đầu vào, sau đó chuyển đổi nó thành định dạng song song với tốc độ dữ liệu thấp hơn. Điều này thường được sử dụng trong các giao thức tốc độ cao như HDMI.


Thú vị, tôi tập trung chủ yếu vào điều chế. Tôi rất thích những gì bạn thêm vào.
Kortuk

Tôi không nghĩ câu trả lời của bạn thực sự hiểu được những gì anh ấy đang hỏi. Có sự khác biệt giữa tốc độ dữ liệu và tần số sóng mang. Logic / bóng bán dẫn chỉ cần có khả năng xử lý tốc độ dữ liệu. Điều chế và giải điều chế xảy ra như là điều cuối cùng đầu tiên và cũng là điều đầu tiên trong hệ thống của bạn.
Kellenjb

Ngoài ra, chỉ vì một máy tính có thể chạy ở tốc độ 2,4ghz không có nghĩa là nó có thể xử lý 2,4ghz băng thông. Điều này bắt đầu đi kèm với lý thuyết lấy mẫu, kích thước của từng mẫu, v.v.
Kellenjb

@Kellenjb, tôi không đồng ý với tuyên bố đó. Mặc dù chắc chắn có sự khác biệt giữa tốc độ dữ liệu và tần số sóng mang, nhưng vẫn ổn nếu không có sự khác biệt - tức là nếu tốc độ dữ liệu là 2,4 GHz. Tôi sẽ lập luận rằng ở mức tối thiểu, một máy tính 2,4 GHz sẽ có băng thông 2,4 GHz * số dòng dữ liệu có tốc độ 2,4 GHz. Nếu tín hiệu đồng hồ (được tạo trên chip) là 2,4 GHz, thì tín hiệu đó sẽ có sóng hài trong phạm vi 7.2GHz. Tôi chỉ giải quyết một phần câu hỏi của anh ấy: "làm thế nào một IC có thể giao tiếp với tốc độ như vậy".
W5VO

@kellenjb, @ w5vo, cả hai bạn đều nói điều gì đó khác biệt. Có, điều chế giảm tần số xuống tần số rẻ hơn để hoạt động tại. Vâng, các mạch có thể đi nhanh như vậy, nhưng nó làm tăng chi phí. Tôi nghĩ cả hai đều là những khái niệm quan trọng.
Kortuk

6

Mặc dù có một số trường hợp ngoại lệ đặc biệt, hầu hết thông tin liên lạc vô tuyến thường đạt được với sự trợ giúp của chuyển đổi ngược và chuyển hướng xuống.

Về cơ bản, một máy phát bắt đầu với một mạch để điều chỉnh thông tin (có thể là giọng nói hoặc dữ liệu) thành tín hiệu có tần số thấp thuận tiện, dễ dàng hoạt động - vài chục hoặc hàng trăm kilohertz cho các ứng dụng băng tần hẹp, thường ở khoảng từ 10 đến 45 MHz cho những người ban nhạc rộng hơn. Ở các tần số này, các mạch tương tự hoạt động tốt hoặc người ta thực sự có thể sử dụng bộ chuyển đổi D / A ở đầu ra của DSP thực hiện điều chế theo toán học. (Đối với tốc độ dữ liệu cao hơn "chip DSP" có thể xử lý, logic song song trong ASIC hoặc FPGA được sử dụng, do đó, mỗi đường dẫn riêng lẻ chỉ có thể phải tính toán mỗi 8 hoặc 32 hoặc bất cứ mẫu nào mà DA cần).

Bộ phát cũng chứa bộ tạo dao động hoặc bộ tổng hợp để tạo tín hiệu gần hơn với tần số máy phát mong muốn và bộ trộn nhân hai tín hiệu với nhau, tạo ra tần số tổng và tần số khác nhau. Tổng hoặc chênh lệch sẽ là tần số truyền mong muốn và được chọn bởi bộ lọc, khuếch đại và gửi đến ăng ten. (Đôi khi cần nhiều giai đoạn chuyển đổi)

Người nhận làm việc theo cách tương tự, chỉ ngược lại. Tín hiệu dao động cục bộ được trừ khỏi tín hiệu ăng ten khuếch đại (hoặc ngược lại), tạo ra tần số chênh lệch trung gian trở lại trong phạm vi thuận tiện hơn để làm việc (Trong các máy thu phát AM, thường là 455 KHz - đối với FM, theo truyền thống 10,7 KHz và sau đó chuyển đổi xuống againto thành 455 KHz, mặc dù ngày nay vẫn ở mức 10,7 MHz cũng hoạt động). Tần số trung gian này có thể được xử lý bằng một vòng tuần hoàn bộ giải điều chế hoặc số hóa trong bộ chuyển đổi A / D nhanh và đưa vào DSP song song tiềm năng để hoàn tất quy trình.

Nếu băng thông dữ liệu mong muốn được truyền nhỏ hơn khoảng 10 KHz, người ta thực sự có thể sử dụng soundcard máy tính để tạo máy thu hoặc máy phát hiệu suất cao, bằng cách định vị tần số trung gian ở mức 10 KHz và sử dụng phần mềm để xử lý băng thông kéo dài 5 -15 KHz.

Ngày nay, một kỹ thuật phổ biến là khai thác một số tính chất của số phức và thực hiện điều chế / giải điều chế cân bằng xung quanh tần số trung tâm bằng 0, sao cho nó chứa cả tần số dương và âm. Bằng cách sử dụng hai pha của bộ tạo dao động và một thứ gọi là bộ trộn loại bỏ hình ảnh, một trong hai tần số kết quả sẽ hủy bỏ và các tần số khác được củng cố. Tuy nhiên, cần có hai bộ chuyển đổi D / A hoặc A / D - một cho giai đoạn "I" và một cho "Q". Bạn có thể thực hiện việc này với một soundcard âm thanh nổi, mặc dù các nắp chặn DC sẽ tạo ra một lỗ trên băng thông ngay giữa, ở tần số được chuyển đổi thành 0 tần số.


2

100 MHz là tần số sóng mang, không phải tốc độ truyền dữ liệu. Một điều chế tần số sóng mang là những gì mang dữ liệu. Đài AM thay đổi biên độ của tín hiệu để điều chế nó. FM thay đổi tần số một chút từ tần số sóng mang.PSK là khóa dịch pha. Nó thay đổi pha của tín hiệu sóng mang.

Một bộ điều biến tác vụ dữ liệu và áp dụng điều chế cho người vận chuyển để gửi nó. Bộ giải mã nhận được sóng mang và tách điều chế khỏi nó để trích xuất dữ liệu.

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.