Wie kann eine Kommunikation über 24 GHz möglich sein?

HF-Kommunikation überträgt nicht ein Informationsbit pro Zyklus der Trägerwelle – das wäre digitale Basisbandkommunikation und erfordert unglaublich viel Bandbreite. Übrigens kann man FPGAs mit eingebauten 28-Gbit/s-Serdes-Hardblocks kaufen. Diese können Daten für 100G-Ethernet (4x25G + Codierungs-Overhead) serialisieren und deserialisieren. Ich nehme an, die „Grundfrequenz“ in diesem Fall wäre tatsächlich 14 GHz (Datenrate/2 – denken Sie darüber nach, warum das so ist!) Und sie benötigen eine Bandbreite von etwa 200 MHz bis 14 GHz. Sie gehen nicht bis nach DC, da sie den Leitungscode 64b66b verwenden. Die zum Ansteuern der Serdes-Module verwendete Frequenz würde von einer Art VCO erzeugt, der mit einem Quarzreferenzoszillator phasenverriegelt ist.

In der HF-Welt wird das Nachrichtensignal auf einen Träger moduliert, der dann mit Mischern auf die für die Übertragung erforderliche Frequenz hochgemischt wird. Diese Ballons haben wahrscheinlich ein Basisband von weniger als 100 MHz, was bedeutet, dass die digitalen Daten zunächst auf einen relativ niederfrequenten Träger (Zwischenfrequenz) von etwa 100 MHz aufmoduliert werden. Diese Modulation kann digital erfolgen und die modulierte ZF durch einen Hochgeschwindigkeits-DAC erzeugt werden. Dann wird diese Frequenz mit einem 23,9-GHz-Oszillator und einem Mischer auf 24 GHz übersetzt. Das resultierende Signal erstreckt sich von 23,95 bis 24,05 GHz, 100 MHz Bandbreite.

Es gibt viele Möglichkeiten, Hochfrequenzoszillatoren in diesem Band zu bauen. Eine Methode besteht darin, einen DRO zu bauen, der ein dielektrischer Resonanzoszillator ist. Stellen Sie sich dies als einen LC-Tankkreis vor - es wird eine Frequenz geben, bei der es "resoniert" und entweder eine sehr hohe oder eine sehr niedrige Impedanz erzeugt. Sie können sich dies auch als Schmalbandpassfilter vorstellen. In einem DRO wird ein Stück Dielektrikum verwendet - normalerweise eine Art Keramik, glaube ich - das bei der interessierenden Frequenz mitschwingt. Die physikalische Größe und Form bestimmen die Frequenz. Alles, was Sie tun müssen, um es in eine Frequenzquelle zu verwandeln, ist etwas Verstärkung hinzuzufügen. Es gibt auch Möglichkeiten, spezielle Dioden zu verwenden, die einen negativen Widerstand aufweisen. Eine Gunn-Diode ist ein Beispiel. Wenn eine Gunn-Diode richtig vorgespannt wird, schwingt sie mit mehreren GHz. Eine andere Möglichkeit ist ein sogenannter YIG-Oszillator. YIG steht für Yttrium-Eisen-Granat. Es ist üblich, Bandpassfilter zu bauen, indem man eine kleine YIG-Kugel nimmt und sie an ein Paar Übertragungsleitungen koppelt. YIG reagiert empfindlich auf Magnetfelder, sodass Sie die Mittenfrequenz des Filters einstellen oder wobbeln können, indem Sie das Umgebungsmagnetfeld variieren. Fügen Sie einen Verstärker hinzu, und Sie haben einen abstimmbaren Oszillator. Es ist relativ einfach, eine YIG in eine PLL zu stecken. Die Leistung eines YIG besteht darin, dass es möglich ist, damit einen sehr breitbandigen glatten Sweep zu erzeugen, und daher werden sie häufig in HF-Testgeräten wie Spektrum- und Netzwerkanalysatoren und Wobbel- und CW-HF-Quellen verwendet. Eine andere Methode besteht darin, einfach eine Reihe von Frequenzmultiplikatoren zu verwenden. Jedes nichtlineare Element (z. B. eine Diode) erzeugt Frequenzkomponenten bei Vielfachen der Eingangsfrequenz (2x, 3x, 4x, 5x usw.). Aneinanderreihung einer Kette von Multiplikatoren,

Hier ist mein Versuch einer laienhaften Zusammenfassung, angepasst an diese Antwort .

Wenn wir von Kommunikation sprechen, die „bei 24 GHz“ stattfindet, beziehen wir uns auf einen kleinen Frequenzbereich. Damit das Signal "bei 24 GHz" nicht alle Signale bei allen anderen Frequenzen mit Füßen tritt, gibt es eine feste Grenze dafür, wie stark sich das Signal von einer 24-GHz-Sinuswelle unterscheiden darf .

Der springende Punkt bei einem Radio-"Band" ist, dass es durch die Festlegung einer Grenze, wie stark sich das Signal von einer Sinuswelle unterscheiden kann, möglich wird, Filter zu erstellen, die Signale entfernen, die sich zu stark von Ihrer Sinuswelle unterscheiden, sie also unterdrücken und nur behalten das Signal, an dem Sie interessiert sind.

Hier ist zum Beispiel Zufallsrauschen gefiltert, um nur Frequenzen zwischen 190 Hz und 210 Hz zu enthalten:

Beachten Sie, dass es nicht so weit von einer (200 Hz) Sinuswelle entfernt ist. Zum Vergleich hier Rauschen, das so gefiltert ist, dass es 150 Hz bis 250 Hz enthält:

Beachten Sie, wie es sich viel mehr von einer perfekten Sinuswelle unterscheidet. Wenn Sie nun eine 24-GHz-Sinuswelle nehmen und damit beginnen, willkürlich Bits davon ein- und auszuschalten, wird der Empfänger sie nicht so sehen, wie Sie sie senden , da das willkürliche Ein-/Ausschalten von Bits dazu führt, dass das Signal außerhalb des 24-GHz-Bereichs fällt . Der Empfänger filtert Frequenzen außerhalb des 24-GHz-Bereichs heraus und verzerrt so das Signal. Fazit ist: Wenn Sie das Signal naiv modulieren, indem Sie Bits ein- und ausschalten, funktioniert es nicht mit der Idee, unerwünschte Frequenzen herauszufiltern.

Vor dem Filtern sah das obige Signal so aus:

Betrachten Sie es als das, was ein Funkempfänger sieht, bevor er unerwünschte Frequenzen herausfiltert. Ich denke, das ist eine vernünftige Laienannäherung. Beachten Sie, dass die horizontale Skala hier genau die gleiche ist wie in den obigen Bildern – was Sie sehen, sind alle Frequenzen über 200 Hz. Frequenzen unterhalb von 200 Hz sind ebenfalls vorhanden, aber mit bloßem Auge nicht erkennbar.

(Die Mathematik funktioniert bei Hz- oder GHz-Skalen gleich, also lassen Sie sich davon nicht abschrecken)

UKW-Radio sendet auf einer Trägerfrequenz von 98 MHz +-10 MHz, aber jeder Sender hat nur Informationen im Wert von etwa 200 kHz (belegte Bandbreite). In ähnlicher Weise sendet DirecTV auf einer 14-GHz-Trägerfrequenz, aber das Signal hat wahrscheinlich nur 10 oder 100 MHz belegte Bandbreite.

Vermutlich will Google das 24-GHz-Band nutzen, um Signale mit deutlich geringer belegter Bandbreite zu übertragen. Aber wenn jemand tatsächlich eine so große Bandbreite übertragen möchte, kann dies durch verschiedene Modulationstechniken mit mehreren Trägern erreicht werden.

Was die eigentliche Elektronik betrifft, so habe ich schon 24-GHz-MMICs gesehen. Außerdem gehen Sie davon aus, dass ein einzelner "Prozessor" erforderlich ist. Sie könnten 24 1-Gbit/s-Modems gestapelt haben, die FDMA ausführen. Das 100-Gbit/s-Ethernet, zu dem Xilinx in der Lage ist, wie oben beschrieben, verwendet meines Erachtens parallele Quad-GMII-Schnittstellen.

Die EM-Spektren sind ein Kontinuum, und wenn Sie die Frequenz erhöhen, wechseln Sie schließlich von HF zu optisch. Es gibt Laserkommunikationssysteme mit Sichtverbindung.