无线通信如何工作?


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这个问题总是让我有些困惑。高频(无论如何都超过100MHz)无线通信实际上如何工作?我了解它具有天线,接收时会对其进行放大,并检查逻辑1或0,然后反转以进行发射。

我不了解的是IC如何以这种速度通信?以wifi,2.4GHz为例。是否有芯片每秒实际处理每个比特24亿次?这似乎是不可能的。有人可以解释一下发射器和接收器实际上是如何工作的吗?


在您的示例中,2.4GHz是载波频率,而不是数据速率(以波特率而不是Hz衡量)。最高 数据速率大约比载波频率低100-1000倍(取决于许多因素,例如,调制类型,SNR等)
Curd

Answers:


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这里要注意的重要事项是载波频率和调制。

2.4GHz是您的载波频率,在现代调制格式中,它将一直存在。发射器会在您发送信号的整个过程中辐射。

数据实际如何发送?

调相是最常见的方法。您可以非常清楚地考虑正在发生的事情,在设定的计时器上,您将不更改阶段。Wikipedia有一个很好的QPSK图,您实际上在同时异相同时发送两个信号,每个信号都编码了一个比特。http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/QPSK_timing_diagram.png“>

这可能看起来有些混乱,但是您会看到,只要他们更改发送的位,信号就会突然发生变化。对于相同的波特率,PSK在不同的调制技术中具有最低的误码率。这意味着对于相同的允许误码率,PSK的链接速度最高。

我希望图像可以使您了解幕后的情况。让我知道我是否可以发布更多信息以帮助理解。

这是什么硬件?

我将在本节中简短介绍,因为有许多不同的方法可以使用硬件来解决此问题。允许大多数IC进行内部TX或RX的电路来自吉尔伯特单元

什么时候做?

如果您在辐射之前直接调制到正确的频率,并在接收信号之前直接进行解调,则您在其他地方处理的电路将是速度较慢的数字信号,您的电路可以处理。


芯片实际上是否使用吉尔伯特单元?看起来容易产生噪声,热变化和高功耗...
tyblu 2010年

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@tyblu,您看过多少个低功率接收器。这是IC调制和解调的基础。他们在设计中有很多因素。
Kortuk

吉尔伯特牢房绝对合法。吉尔伯特单元的主要优点是您可以从中受益。
W5VO 2010年

@ tyblu,@ w5vo,我相信您可以使吉尔伯特单元的功率降低,但需要从RX线获得更高的接收功率。而且,大多数IC RX电路都可以置于低功耗模式。
Kortuk

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虽然我会回避调制问题,但我对IC方面的知识相当熟悉。

“ IC如何以高于100MHz的速度进行通信?”

我将从一个简单的案例开始。英特尔设计了一种处理器,其时钟频率为3.8GHz。这将执行多个逻辑运算并在每个周期存储结果。因此,不仅可以以2.4GHz +的速度处理信号,而且您的计算机可能已经做到了。

原因是IC上的晶体管速度很快!在130nm SiGe BiCMOS工艺中,单位增益频率列为230GHz。我认为我可以制造出一个至少工作在该值的5-10%的电路,这甚至不是领先的过程。

如果要最大化串行时钟速率,可以使用一种称为解串器的电路,该电路基本上是一个高频移位寄存器。您将需要非常高频的电路作为输入,然后以较低的数据速率将其转换为并行格式。这通常用于HDMI等高速协议中。


有趣的是,我主要关注调制。我喜欢您添加的内容。
Kortuk

我认为您的答案实际上并不能满足他的要求。数据速率和载波频率之间存在差异。逻辑/晶体管只需要能够处理数据速率。调制和解调是系统中的第一件事,也是第一件事。
Kellenjb 2010年

同样,仅仅因为计算机能够以2.4GHz的速度运行并不意味着它可以处理2.4GHz的带宽。这开始发挥作用与抽样理论,每个样本的大小,等等
Kellenjb

@Kellenjb,我不同意那句话。虽然数据速率和载波频率之间肯定存在差异,但是如果没有差异(即,如果数据速率为2.4GHz)仍然可以。我认为,至少2.4 GHz的计算机将具有2.4 GHz的带宽*时钟频率为2.4 GHz的数据线数量。如果时钟信号(在芯片上生成)为2.4 GHz,则该信号将在7.2GHz范围内产生谐波。我只解决他的问题的一部分:“ IC如何以这种速度进行通信。”
W5VO 2010年

@ kellenjb,@ w5vo,你们两个都在说些不同的话。是的,调制将频率降低到更便宜的频率。是的,电路可以走得那么快,但会增加成本。我认为两者都是重要的概念。
Kortuk

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尽管有一些特殊的例外,但是大多数无线电通信通常是借助上变频和下变频来实现的。

基本上,发射器从一个电路开始,该电路用于将信息(语音或数据)调制到易于使用的低频信号上-几十或几百千赫兹用于窄带应用,通常在10至45 MHz之间对于较宽的乐队。在这些频率下,模拟电路可以很好地工作,或者实际上可以在DSP的输出端使用D / A转换器,以数学方式进行调制。(对于高于“ DSP芯片”所能处理的数据速率,使用ASIC或FPGA中的并行逻辑,因此每个单独的路径可能只需要计算DA所需的每8或32或任何采样)。

该发送器还包含一个振荡器或合成器,用于生成一个更接近所需发送器频率的信号;以及一个混频器,将两个信号相乘在一起,从而产生和频和差频。总和或差将是所需的传输频率,并由滤波器选择,放大并发送到天线。(有时需要多个转换阶段)

接收器的工作方式相同,只是相反。从放大的天线信号中减去本地振荡器信号(或者反之),从而产生一个中间差频,该差频回落到更方便使用的范围内(在AM广播接收机中,通常为455 KHz,对于FM传统上10.7 KHz,然后再次转换为455 KHz,尽管今天也保持在10.7 MHz也可以。该中频可以通过解调器电路进行处理,或者在快速A / D转换器中进行数字化处理,然后馈入可能并行的DSP中以完成处理。

如果要传输的数据的所需带宽小于大约10 KHz,则可以通过将中频定位在10 KHz并使用软件来处理跨越5的带宽,实际上可以使用计算机声卡来制作高性能的接收器或发送器。 -15 KHz。

今天,一种常见的技术是利用复数的某些属性,并在中心频率0附近进行调制/解调平衡,以使其既包含正频率又包含负频率。通过使用振荡器的两个相位和一个称为镜像抑制混频器的信号,可以消除两个最终产生的频率之一,并增强另一个频率。但是,需要两个D / A或A / D转换器-一个用于“ I”阶段,另一个用于“ Q”。您可以使用立体声声卡来完成此操作,尽管DC隔离帽会在通带的正中间产生一个孔,该孔会转换为0频率。


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100 MHz是载波频率,而不是数据传输速率。载波频率的调制就是数据的承载。AM收音机会改变信号的幅度以对其进行调制。FM的频率与载波频率略有不同。PSK是相移键控。它改变载波信号的相位。

调制器对数据执行任务,并将调制应用于载波以发送数据。解调器接收载波并从中分离调制,以提取数据。

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