Kablosuz iletişim nasıl çalışır?


13

Bu beni her zaman şaşırtan bir sorundur. Yüksek frekanslı (zaten 100MHz'den fazla) kablosuz iletişim aslında nasıl çalışır? Bir antene sahip olduğunu ve onu almak için onu güçlendirir ve mantıksal 1 veya 0 olup olmadığını kontrol eder ve iletim için tersine döner.

Anlamadığım şey bir IC'nin bu hızlarda nasıl iletişim kurabileceğidir? Örneğin wifi, 2.4GHz gibi. Saniyede 2,4 milyar kez her biti işleyen bir çip var mı? Bu imkansız görünüyor. Birisi bir vericinin ve bir alıcının aslında elektrikle nasıl çalıştığını açıklayabilir mi?


Örneğin, 2.4GHz veri hızı değil taşıyıcı frekanstır (Hz değil Baud cinsinden ölçülür). Maks. veri hızı taşıyıcı frekansından kabaca 100-1000 kat daha düşüktür (modülasyon tipi, SNR vb. gibi birçok faktöre bağlı olarak)
Curd

Yanıtlar:


14

Burada dikkat edilmesi gereken önemli şey taşıyıcı frekansı ve modülasyonudur.

2.4GHz taşıyıcı frekansınızdır, modern modülasyon formatlarında her zaman havada olacaktır. Verici, sinyali gönderdiğiniz süre boyunca yayar.

Veriler gerçekte nasıl gönderilir?

Faz modülasyonu en yaygın yöntemdir. Ne olduğunu çok net bir şekilde düşünebilirsiniz, belirli bir zamanlayıcıda ya fazı değiştireceksiniz ya da değiştirmeyeceksiniz. Wikipedia, QPSK'nın iyi bir grafiğine sahiptir , burada aslında aynı anda iki sinyal gönderirsiniz ve her biri biraz kodlar. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/QPSK_timing_diagram.png ">

Bu biraz kafa karıştırıcı görünebilir, ancak ne kadar gönderdiklerini değiştirdiklerinde sinyalde ani bir değişim olduğunu görürsünüz. PSK, aynı baud hızı için farklı modülasyon tekniklerinin en düşük bit hata oranına sahiptir. Bu, aynı izin verilen bit hata oranı için PSK ile en yüksek bağlantı hızına sahip olduğunuz anlamına gelir.

Umarım görüntü, perde arkasında neler olup bittiğini anlamanıza izin verir. Bunu anlaşılır hale getirmek için daha fazla yayın gönderebilirsem bana bildirin.

Bunu hangi donanım yapıyor?

Bu bölümü kısa tutuyorum çünkü buna donanımla yaklaşmanın birçok farklı yolu var. Çoğu IC'nin dahili TX veya RX yapmasına izin veren devre gilbert hücresinden gelir .

Ne zaman yapılır?

Doğrudan yaymadan önce doğru frekansa modüle ederseniz ve sinyali almadan önce doğrudan demodüle ederseniz, devreniz başka her yerde ele alırsa, dijital olan ve devrenizin başa çıkabileceği daha yavaş bir hız sinyali olacaktır.


Cips aslında Gilbert hücresini kullanıyor mu? Gürültüye, termal varyasyonlara ve yüksek güç tüketimine eğilimli görünüyor ...
tyblu

1
@tyblu, Kaç tane düşük güç alıcısı gördünüz. Bu IC modülasyonu ve demodülasyonunun temelidir. Tasarımlarında çok fazla faktör var.
Kortuk

Gilbert hücreleri kesinlikle yasaldır. Gilbert hücresinin en büyük yararı, bundan kazanabilmenizdir.
W5VO

@tyblu, @ w5vo, bir gilbert hücresinin daha düşük güç olmasına neden olabilir, ancak RX hattından daha yüksek bir güç gerektirdiğine inanıyorum. Ayrıca, çoğu IC RX devresi düşük güç moduna getirilebilir.
Kortuk

10

Modülasyon sorusunu atlatacağım, ancak şeylerin IC tarafı ile oldukça iyi tanışıyorum.

"IC, 100MHz'den daha yüksek hızlarda nasıl iletişim kurabilir?"

Basit bir dava ile başlayacağım. Intel, 3.8GHz saat frekansında çalışan bir işlemci tasarladı. Bu, birden fazla mantık işlemi gerçekleştiriyor ve sonuçları her döngüde saklıyor. Böylece, sinyaller sadece 2.4GHz + 'da işlenemez, bilgisayarınız muhtemelen bunu zaten yapar.

Bunun nedeni bir IC'deki transistörlerin HIZLI olması! 130 nm SiGe BiCMOS işleminde, birlik kazanma frekansı 230GHz olarak listelenir . Bu değerin en az% 5-10'unu çalıştıran bir devre yapabileceğimi düşünüyorum ve bu bile öncü bir süreç değil.

Seri saat hızını en üst düzeye çıkarmak istiyorsanız, temelde bir yüksek frekans kaydırma yazmacı olan De-Serializer adlı bir devre kullanabilirsiniz. Giriş için çok yüksek frekans devresine ihtiyacınız olacak ve daha sonra daha düşük bir veri hızında paralel bir biçime dönüştüreceksiniz. Bu genellikle HDMI gibi yüksek hızlı protokollerde kullanılır.


İlginç, çoğunlukla modülasyona odaklandım. Eklediğin şeyden keyif aldım.
Kortuk

Cevabınızın aslında sorduğu soruya geldiğini sanmıyorum. Veri hızı ve operatör frekansı arasında bir fark vardır. Mantık / transistörlerin sadece veri hızını işleyebilmesi gerekir. Modülasyon ve demodülasyon, sisteminizdeki ilk son şey ve ilk şey olarak gerçekleşir.
Kellenjb

Ayrıca bir bilgisayarın 2.4 ghz'de çalışabilmesi, 2.4 ghz bant genişliğini işleyebileceği anlamına gelmez. Bu örnekleme teorisi, her örneğin büyüklüğü, vb.
İle

@Kellenjb, bu ifadeye katılmıyorum. Veri hızı ve taşıyıcı frekansı arasında kesinlikle bir fark olsa da, bir fark olmasaydı hala iyi olurdu - yani veri hızı 2.4GHz olsaydı. En azından 2.4 GHz'lik bir bilgisayarın 2.4GHz'de saatte 2.4GHz * veri hattı sayısı bant genişliğine sahip olacağını iddia ediyorum. Saat sinyali (çip üzerinde üretilen) 2,4 GHz ise, sinyal 7,2 GHz aralığında harmoniklere sahip olacaktır. Sorusunun sadece bir kısmına değiniyorum:: "Bir IC böyle hızlarda nasıl iletişim kurabilir."
W5VO

@kellenjb, @ w5vo, ikiniz de farklı bir şey söylüyorsunuz. Evet, modülasyon frekansı daha ucuz bir frekansa indirir. Evet, devreler bu kadar hızlı gidebilir, ancak maliyeti artırır. Her ikisinin de önemli kavramlar olduğunu düşünüyorum.
Kortuk

6

Bazı özel istisnalar olsa da, çoğu radyo iletişimi genellikle yukarı dönüşüm ve aşağı dönüşüm yardımı ile sağlanır.

Temel olarak, bir verici, bilgileri (ses veya veri olsun) kullanımı kolay olan düşük frekanslı bir sinyale dönüştürmek için bir devre ile başlar - dar bant uygulamaları için birkaç on veya yüzlerce kilohertz, genellikle 10 ila 45 MHz arasında bir yerde daha geniş bantlı olanlar için. Bu frekanslarda analog devreler iyi çalışır veya bir DSP'nin çıkışında modülasyonu matematiksel olarak yapan bir D / A dönüştürücü kullanılabilir. (Bir "DSP yongası" ndan daha yüksek veri hızları için ASIC veya FPGA'da paralel mantık kullanılır, bu nedenle her bir ayrı yolun her 8 veya 32'de veya DA'nın ihtiyaç duyduğu her örneği hesaplaması gerekebilir).

Verici ayrıca istenen verici frekansına daha yakın bir sinyal üretmek için bir osilatör veya sentezleyici ve iki sinyali birlikte çoğaltan toplam ve fark frekanslarının üretilmesine neden olan bir karıştırıcı içerir. Toplam veya fark istenen iletim frekansı olacaktır ve bir filtre ile seçilir, güçlendirilir ve antene gönderilir. (Bazen birden fazla dönüşüm aşaması gerekir)

Alıcı aynı şekilde çalışır, sadece ters yönde. Yerel bir osilatör sinyali, güçlendirilmiş anten sinyalinden (veya başka bir şekilde) çıkarılır ve çalışmak için daha uygun olan aralığa geri giden bir ara fark frekansı oluşturur (AM yayın alıcılarında, tipik olarak 455 KHz - FM için, geleneksel olarak 10,7 KHz ve daha sonra tekrar 455 KHz'e dönüştürüldü, ancak bugün 10,7 MHz'de kalmak da işe yarıyor). Bu ara frekans, bir demodülatör devresi tarafından işlenebilir veya hızlı bir A / D dönüştürücüsünde sayısallaştırılabilir ve işlemi tamamlamak için potansiyel olarak paralel bir DSP'ye beslenebilir.

İletilecek verilerin bant genişliği yaklaşık 10 KHz'den azsa, aslında ara frekansı 10 KHz'de konumlandırarak ve bant genişliği yayılımını işlemek için yazılım kullanarak yüksek performanslı bir alıcı veya verici yapmak için bir bilgisayar ses kartı kullanılabilir. -15 KHz.

Bugün yaygın bir teknik, karmaşık sayıların bazı özelliklerinden faydalanmak ve modülasyonu / demodülasyonu, hem pozitif hem de negatif frekansları içerecek şekilde 0 merkez frekansı etrafında dengeli yapmaktır. Osilatörün iki fazını ve görüntü reddetme mikseri denilen bir şeyi kullanarak, ortaya çıkan iki frekanstan biri iptal olur ve diğeri takviye eder. Ancak, biri "I" fazı diğeri "Q" için olmak üzere iki D / A veya A / D dönüştürücüsü gereklidir. Bunu bir stereo ses kartıyla yapabilirsiniz, ancak DC engelleme kapakları, geçiş bandında tam ortasında 0 frekansa dönüştürülen bir delik oluşturacaktır.


2

100 MHz veri iletim hızı değil taşıyıcı frekanstır. Veriyi taşıyan taşıyıcı frekansının bir modülasyonudur. AM radyo, modüle etmek için sinyalin genliğini değiştirir. FM, frekansı taşıyıcı frekansından biraz değiştirir. PSK , faz kaydırmalı anahtarlamadır. Taşıyıcı sinyalinin fazını değiştirir.

Bir modülatör verileri işler ve göndermek için taşıyıcıya modülasyon uygular. Bir demodülatör taşıyıcıyı alır ve verileri çıkararak modülasyonu ayırır.

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.