Bagaimana komunikasi lebih dari 24 GHz dimungkinkan?

Saya membaca artikel itu Google menginginkan spektrum nirkabel AS untuk Internet berbasis balon . Dikatakan menggunakan spektrum frekuensi lebih dari 24 GHz untuk komunikasi.

Apakah mungkin untuk menghasilkan frekuensi tinggi dengan menggunakan kristal piezoelektrik? Atau apakah mereka menggunakan pengganda frekuensi PLL ?

Sekalipun dimungkinkan untuk menghasilkan sinyal frekuensi tinggi itu, dan jika Anda ingin mengirim 1 bit pada setiap periode sinyal, harus ada prosesor yang bekerja jauh lebih cepat dari 24 GHz. Bagaimana mungkin di atas balon?

Komunikasi RF tidak mentransmisikan sedikit informasi per siklus dari gelombang pembawa - yang akan menjadi komunikasi baseband digital dan memerlukan jumlah bandwidth yang luar biasa. Secara kebetulan, Anda dapat membeli FPGA dengan blok hard disk built-in 28 Gbps. Ini dapat membuat serial dan deserialize data untuk ethernet 100G (4x25G + coding overhead). Saya kira frekuensi 'mendasar' dalam kasus ini sebenarnya adalah 14 GHz (data rate / 2 - pikirkan mengapa ini terjadi!) Dan mereka membutuhkan sekitar 200 MHz hingga 14 GHz bandwidth. Mereka tidak pergi ke DC karena menggunakan kode baris 64b66b. Frekuensi yang digunakan untuk menggerakkan modul serdes akan dihasilkan oleh semacam VCO yang dikunci fase ke osilator referensi kristal.

Dalam dunia RF, sinyal pesan dimodulasi ke pembawa yang kemudian dikonversi ke frekuensi yang diperlukan untuk transmisi dengan mixer. Balon ini mungkin memiliki pita dasar kurang dari 100 MHz, yang berarti bahwa awalnya data digital dimodulasi ke pembawa frekuensi yang relatif rendah (frekuensi menengah) sekitar 100 MHz. Modulasi ini dapat dilakukan secara digital dan IF termodulasi dihasilkan oleh DAC kecepatan tinggi. Kemudian frekuensi ini diterjemahkan hingga 24 GHz dengan osilator 23,9 GHz dan mixer. Sinyal yang dihasilkan akan meluas dari 23,95 menjadi 24,05 GHz, 100 MHz bandwidth.

Ada banyak cara untuk membangun osilator frekuensi tinggi di pita itu. Salah satu metode adalah membangun DRO, yang merupakan osilator resonansi dielektrik. Anggap ini sebagai sirkuit tangki LC - akan ada beberapa frekuensi di mana ia akan beresonansi dan menghasilkan impedansi yang sangat tinggi atau sangat rendah. Anda juga bisa menganggap ini sebagai filter bandpass sempit. Dalam DRO, sepotong dielektrik digunakan - biasanya semacam keramik, saya percaya - yang beresonansi pada frekuensi yang menarik. Ukuran dan bentuk fisik menentukan frekuensi. Yang perlu Anda lakukan untuk mengubahnya menjadi sumber frekuensi adalah menambahkan beberapa gain. Ada juga cara menggunakan dioda khusus yang menunjukkan resistensi negatif. Diode Gunn adalah salah satu contohnya. Biasing dioda Gunn dengan benar akan menyebabkannya berosilasi pada beberapa GHz. Kemungkinan lain adalah sesuatu yang disebut osilator YIG. YIG adalah singkatan dari Yttrium Iron Garnet. Adalah umum untuk membangun filter bandpass dengan mengambil bola YIG kecil dan memasangkannya ke sepasang saluran transmisi. YIG kebetulan sensitif terhadap medan magnet, sehingga Anda dapat menyetel atau menyapu frekuensi tengah filter dengan memvariasikan medan magnet sekitar. Tambahkan amplifier, dan Anda memiliki osilator merdu. Relatif mudah untuk menempatkan YIG dalam PLL. Kekuatan dari YIG adalah memungkinkan untuk menggunakannya untuk menghasilkan sapuan pita yang sangat lebar, dan karenanya mereka sering digunakan dalam peralatan uji RF seperti penganalisa spektrum dan jaringan dan penyapu dan sumber RF CW. Metode lain adalah dengan hanya menggunakan sekelompok pengganda frekuensi. Setiap elemen nonlinear (seperti dioda) akan menghasilkan komponen frekuensi pada kelipatan frekuensi input (2x, 3x, 4x, 5x, dll.).

Inilah usaha saya pada ringkasan awam, yang diadaptasi dari jawaban ini .

Ketika kita berbicara tentang komunikasi yang terjadi "pada 24 GHz", kami merujuk pada sejumlah kecil frekuensi. Agar sinyal "pada 24 GHz" tidak menginjak-injak seluruh sinyal di semua frekuensi lainnya, ada a batasan keras tentang seberapa besar sinyal diizinkan berbeda dari sinewave 24 GHz .

Inti dari memiliki "band" radio adalah bahwa dengan menetapkan batas pada seberapa besar sinyal dapat berbeda dengan gelombang sinus, menjadi mungkin untuk membuat filter yang menghilangkan sinyal yang berbeda terlalu jauh dari Anda sinus , sehingga menekannya dan hanya menyimpannya sinyal yang membuat Anda tertarik.

Misalnya, berikut adalah derau acak yang difilter untuk hanya berisi frekuensi antara 190 Hz dan 210 Hz:

Perhatikan bahwa jaraknya tidak jauh dari gelombang gelombang (200 Hz). Untuk perbandingan, inilah derau yang difilter berisi 150 Hz hingga 250 Hz:

Perhatikan bagaimana ini jauh lebih berbeda dari gelombang sinus yang sempurna. Sekarang, jika Anda mengambil sinewave 24 GHz dan mulai mematikan dan mematikan bit-bitnya secara acak, receiver tidak akan melihatnya dengan cara yang Anda kirimkan. , karena menyalakan / mematikan bit secara sewenang-wenang akan membuat sinyal berada di luar kisaran 24 GHz. . Penerima akan memfilter frekuensi di luar rentang 24 GHz, sehingga mengubah sinyal. Intinya adalah: jika Anda memodulasi sinyal secara naif dengan menghidupkan dan mematikan bit, itu tidak akan berfungsi dengan ide menyaring frekuensi yang tidak diinginkan.

Sebelum memfilter, sinyal di atas terlihat seperti ini:

Anggap saja apa yang dilihat penerima radio sebelum menyaring frekuensi yang tidak diinginkan. Saya pikir itu perkiraan orang awam yang masuk akal. Perhatikan bahwa skala horizontal di sini persis sama dengan gambar di atas - apa yang Anda lihat adalah semua frekuensi lebih tinggi dari 200-aneh Hz. Frekuensi di bawah 200 Hz juga ada di sana, tetapi tidak terlihat dengan mata telanjang.

(matematika bekerja sama pada skala Hz atau GHz, jadi jangan biarkan ini membuat Anda pergi)

Radio FM mentransmisikan pada frekuensi pembawa 98MHz + -10MHz, tetapi setiap stasiun hanya memiliki informasi sekitar 200khz (bandwidth yang ditempati). Demikian pula, DirecTV mentransmisikan pada frekuensi pembawa 14GHz, tetapi sinyal mungkin hanya 10 atau 100 dari MHz bandwidth yang diduduki.

Agaknya, Google ingin menggunakan pita 24GHz untuk membawa sinyal dengan bandwidth yang jauh lebih rendah. Tetapi jika seseorang ingin benar-benar mentransmisikan bandwidth dalam jumlah besar, itu dapat dilakukan, dengan berbagai teknik modulasi menggunakan beberapa operator.

Sejauh elektronik yang sebenarnya, saya telah melihat 24GHz MMICs sebelumnya. Juga, Anda menganggap bahwa satu "prosesor" diperlukan. Anda bisa memiliki 24 modem 1Gbit / detik ditumpuk melakukan FDMA. Ethernet 100 Gb / detik yang mampu dimiliki Xilinx, seperti yang dibahas di atas, saya pikir menggunakan antarmuka Quad GMII paralel.

Spektrum EM adalah sebuah kontinum, dan ketika Anda meningkatkan frekuensi, akhirnya Anda beralih dari RF ke optik. Ada sistem Comm Laser line-of-sight yang ada.