超过24 GHz的通信怎么可能？

我读过一篇文章，谷歌希望美国的无线频谱用于基于气球的互联网。它说使用超过24 GHz的频谱进行通信。

是否有可能通过使用压电晶体来产生这种高频？还是使用PLL倍频器？

即使有可能生成该高频信号，并且希望在每个信号周期发送1位，也必须有一个工作速度比24 GHz快得多的处理器。在气球上怎么可能？

— tcak
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建议使用24GHz RF carrier frequency，而不是信号bandwidth，也不是bit rate。（新闻媒体很少了解技术细节。）这篇文章是关于Google要求监管部门批准的，这只是合法运作的第一步。本文似乎并未详细说明他们打算使用哪种调制方式。

— MarkU'2

一些雷达传感器正在以70GHz甚至更高的频率工作，不知道它们是如何做到的（我不是RF工程师），因此即使进行了某种调制或某些操作，即使在该频带内，您也应该能够进行通信。

— 阿森纳

@Arsenal通常在诸如此类的高频应用中使用锗或硅/锗-很难制造出可以在10 GHz的频率范围内正常工作的小型芯片。

— J ...

值得一提的是，尽管我们不以这些术语来考虑它，但可见光在绿色方面为590 THz。

— Random832

嗯，您确实意识到，除了手以外，您还可以对Mhz和THz（Tera Hertz）信号之间的大多数信号进行幅度调制，对吗？如图所示：在天线/波导/光源前面的波浪形手。因此，如果您的裸露身体可以拉开它，也可以使用一点电子设备就可以做到这一点也就不足为奇了：)这也使您无需机械振荡即可产生频率参考这一事实也引起了人们的关注。您也可以使束缚的电子或单个原子或分子振荡！

— 恢复莫妮卡2015年

Answers:

RF通信在载波的每个周期中不会传输一比特的信息-这将是数字基带通信，并且它需要大量的带宽。顺便说一句，您可以购买具有内置28 Gbps SERDES硬块的FPGA。这些可以串行化和反序列化100G以太网的数据（4x25G +编码开销）。我想在这种情况下，“基本”频率实际上是14 GHz（数据速率/ 2-考虑为什么！），它们需要大约200 MHz至14 GHz的带宽。由于使用了64b66b线路代码，因此它们不会一直下降到DC。用于驱动SERDES模块的频率将由某种VCO产生，该VCO被锁相至晶体参考振荡器。

在RF世界中，消息信号被调制到一个载波上，然后被上变频到所需的频率以通过混频器进行传输。这些气球可能具有小于100 MHz的基带，这意味着最初数字数据被调制到100 MHz左右的相对低频载波（中频）上。可以数字方式完成这种调制，而高速DAC产生调制后的IF。然后，使用23.9 GHz振荡器和混频器将该频率转换为24 GHz。结果信号将从23.95扩展到24.05 GHz，带宽为100 MHz。

有很多方法可以在该频带中构建高频振荡器。一种方法是构建DRO，它是介电共振器。可以将其视为LC振荡回路-在某个频率处会发生“谐振”，并产生非常高或非常低的阻抗。您也可以将其视为窄带通滤波器。在DRO中，使用一种介电材料-我相信通常是某种陶瓷，它会在感兴趣的频率上产生谐振。物理尺寸和形状决定频率。将其变成频率源所需要做的就是增加一些增益。也有使用具有负电阻的特殊二极管的方法。耿氏二极管就是一个例子。正确偏置Gunn二极管会导致其在几GHz频率下振荡。另一种可能性是所谓的YIG振荡器。YIG代表钇铁石榴石。通常采用一个小的YIG球体并将其耦合到一对传输线上来构建带通滤波器。YIG恰好对磁场敏感，因此您可以通过改变环境磁场来调谐或扫描滤波器的中心频率。添加一个放大器，您将获得一个可调振荡器。将YIG放入PLL相对容易。YIG的强大之处在于可以使用它来产生非常宽带的平滑扫描，因此它们通常用于RF测试设备中，例如频谱和网络分析仪以及扫描和CW RF源。另一种方法是简单地使用一堆倍频器。任何非线性元件（例如二极管）都会产生输入频率倍数的频率分量（2x，3x，4x，5x等）。

— 亚历克斯·弗兰西奇
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您能提供外行的摘要吗？这个答案是100％Technobabble！

— 与莫妮卡（Monica）进行的轻度比赛

@LightnessRacesinOrbit TL; DR：1）24GHz信令频率不能拼成24Gbaud；2）可以使用处理器可以处理的低得多的频率信号（例如，从快速DAC直接获得100MHz），恒定的高频馈电和混频器（例如那些6晶体管超外差无线电）来生成24GHz RF；3）现在，通过多种可能的方式，很容易构建一个千兆赫兹振荡器。

— Maxthon Chan

@MaxthonChan：我的意思是：)

— 莫妮卡（Monica）

@LightnessRacesinOrbit这是我尝试编写外行摘要的尝试，因此我给它加了粗体的“ TL; DR”前缀。

— Maxthon Chan

@Max是的，我明白这一点，我对此表示赞赏。我建议将其插入答案中，因为评论是暂时的。干杯

— 莫妮卡（Monica）

这是我根据这个答案改编成的外行摘要。

当我们谈论“在24 GHz”发生的通信时，我们指的是一小部分频率。为了使信号“在24 GHz”不会在所有其他频率上践踏整个信号，有一个与24 GHz正弦波的差异严格的限制。

具有无线“带”整点是，通过施加限制的信号能有多少不同的正弦波，就能够创造出删除的信号是不同的过滤器过多的从你的正弦波，从而抑制他们，只保留您感兴趣的信号。

例如，以下是经过随机噪声滤波以仅包含190 Hz和210 Hz之间的频率：

在此处输入图片说明

请注意，它与（200 Hz）正弦波相距不远。为了进行比较，这里的噪声经过过滤后包含150 Hz至250 Hz：

在此处输入图片说明

注意它与理想的正弦波有何不同。现在，如果您使用24 GHz正弦波并开始任意打开和关闭它的位，则接收器将不会像您发送它那样看到它，因为任意打开/关闭位将使信号落在24 GHz范围之外。接收器将滤除24 GHz范围之外的频率，从而使信号失真。底线是：如果您通过打开和关闭位来天真地调制信号，则无法过滤掉不需要的频率。

在过滤之前，上述信号如下所示：

在此处输入图片说明

可以将其视为无线电接收机在滤除不想要的频率之前会看到什么。我认为这是一个合理的外行近似。请注意，此处的水平标度与上面的图片完全相同–您所看到的都是所有高于200赫兹的频率。也有低于200 Hz的频率，但是肉眼看不到。

（数学在Hz或GHz标度下工作原理相同，因此不要让它烦恼）

— 罗曼·斯塔科夫（Roman Starkov）
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对于像我这样的射频外行来说，这是一个很好的答案。哪些方程式描述了硬限制？

— 2015年

@BenSimmons硬限制实际上是由RF设计人员选择的，折衷方案是信号“吞噬”了多少频谱并带走了其他用途，以及一个信号可以携带多少信息。给定信噪比。参见Shannon-Hartley定理。因此，高带宽意味着您允许信号与24 GHz正弦波有很大不同，而低带宽=允许较小的差异。

— 罗曼·斯塔科夫

有趣。各地的噪声功率是否恒定？我只是想知道如何确定信号功率。它是否曾经“适应”环境，例如噪音水平是否发生变化？

— 本·西蒙斯

@BenSimmons的RF噪声肯定不是恒定的；人造发射机会产生很多噪声，因为不可能实现完美的传输，但是太阳活动等也会产生RF噪声。有些噪声没有被接收到，而是由接收放大器等接收到的。我相信Wi-Fi a / b / g通常以最大功率传输，以实现最佳的信噪比，而手机则通过改变传输功率来节省电池（不要在此引用我！！）。蜂窝塔，电视塔等广播给许多接收者，因此无法根据任何类型的反馈真正调整功率。

— 罗曼·斯塔科夫

手机发射塔控制手机的发射功率电平，并不断更新以保持恒定的SNR。这称为“闭环功率控制”。这不仅是使功耗最小化的要求，而且也是CDMA编码的结果。由于基站是单个天线，因此它可以使用互不干扰的正交码。然而，不可能以其他方式实现使用正交码所需的同步，因此手机信号相互干扰，必须控制发射功率以使其最小化。

— alex.forencich 2015年

FM收音机以98MHz + -10MHz的载波频率进行传输，但是每个电台仅具有大约200khz的信息（占用的带宽）。同样，DirecTV在14GHz载波频率上进行传输，但是信号可能仅占占用带宽的10或100 MHz。

据推测，谷歌希望使用24GHz频段来以更低的占用带宽传输信号。但是，如果有人想实际发送这么大的带宽，则可以通过使用多个载波的各种调制技术来完成。

至于实际的电子设备，我以前见过24GHz MMIC。另外，您还假设需要一个“处理器”。您可以将24个1Gbit / s调制解调器堆叠在一起进行FDMA。如上所述，我认为Xilinx能够实现的100Gb /秒以太网使用并行Quad GMII接口。

EM频谱是一个连续谱，随着频率的增加，最终您会从RF转向光学。现有视线激光通信系统。

— 好笑的
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