Bagaimana cara kerja komunikasi nirkabel?

Ini adalah masalah yang selalu membuatku sedikit bingung. Bagaimana komunikasi nirkabel frekuensi tinggi (lebih dari 100MHz) benar-benar berfungsi? Saya mengerti bahwa ia memiliki antena dan untuk menerimanya menguatkan dan memeriksa logis 1 atau 0 dan dibalik untuk transmisi.

Yang tidak saya mengerti adalah bagaimana IC dapat berkomunikasi dengan kecepatan seperti itu? Ambil contoh wifi, 2.4GHz. Apakah ada chip yang sebenarnya memproses setiap bit 2,4 miliar kali per detik? Sepertinya tidak mungkin. Bisakah seseorang menjelaskan bagaimana sebenarnya pemancar dan penerima bekerja secara elektrik?

Yang penting untuk diperhatikan di sini adalah frekuensi dan modulasi operator.

2.4GHz adalah frekuensi operator Anda, dalam format modulasi modern akan berada di udara setiap saat. Pemancar memancarkan seluruh waktu Anda mengirim sinyal.

Bagaimana sebenarnya data dikirim?

Modulasi fase adalah metode yang paling umum. Anda dapat berpikir tentang apa yang terjadi dengan sangat jelas, pada pengaturan waktu Anda akan mengubah fase atau tidak. Wikipedia memiliki grafik QPSK yang bagus , di mana Anda benar-benar mengirim dua sinyal pada saat yang sama keluar dari fase dan masing-masing menyandikan sedikit. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/QPSK_timing_diagram.png ">

Ini mungkin terlihat sedikit membingungkan, tetapi Anda melihat setiap kali mereka mengubah bit yang mereka kirim ada perubahan mendadak pada sinyal. PSK memiliki bit-error rate terendah dari berbagai teknik modulasi untuk baud rate yang sama. Ini berarti bahwa untuk tingkat kesalahan bit yang diijinkan yang sama, Anda memiliki kecepatan tautan tertinggi dengan PSK.

Saya harap gambar ini memungkinkan Anda untuk memahami apa yang terjadi di balik layar. Beri tahu saya jika saya dapat memposting lebih banyak untuk membuat ini dapat dimengerti.

Perangkat keras apa yang melakukan ini?

Bagian ini saya simpan pendek karena ada banyak cara untuk mendekati ini dengan perangkat keras. Sirkuit yang memungkinkan sebagian besar IC melakukan internal TX atau RX berasal dari sel gilbert .

Kapan melakukannya?

Jika Anda memodulasi ke frekuensi yang benar secara langsung sebelum memancarkan dan mendemodulasi secara langsung sebelum menerima sinyal, sirkuit Anda berurusan dengan tempat lain akan menjadi sinyal kecepatan lebih lambat yang digital dan sirkuit Anda dapat menangani.

Sementara saya akan menghindari pertanyaan modulasi, saya cukup akrab dengan sisi IC hal.

"Bagaimana IC dapat berkomunikasi dengan kecepatan lebih dari 100MHz?"

Saya akan mulai dengan kasing sederhana. Intel telah merancang prosesor yang beroperasi pada frekuensi clock 3,8GHz. Ini melakukan beberapa operasi logika dan menyimpan hasil setiap siklus. Dengan demikian, tidak hanya sinyal dapat diproses pada 2.4GHz +, komputer Anda mungkin sudah melakukannya.

Alasan untuk ini adalah bahwa transistor pada IC CEPAT! Dalam proses 130cm SiGe BiCMOS, frekuensi gain satu terdaftar sebagai 230GHz. Saya pikir saya bisa membuat sirkuit yang bekerja setidaknya 5-10% dari nilai itu, dan ini bahkan bukan proses terdepan.

Jika Anda ingin memaksimalkan clock rate serial, Anda dapat menggunakan sirkuit yang disebut De-Serializer, yang pada dasarnya adalah register shift frekuensi tinggi. Anda memerlukan sirkuit frekuensi yang sangat tinggi untuk input, dan kemudian mengubahnya menjadi format paralel dengan kecepatan data yang lebih rendah. Ini biasa digunakan dalam protokol kecepatan tinggi seperti HDMI.

Walaupun ada beberapa pengecualian khusus, sebagian besar komunikasi radio biasanya dicapai dengan bantuan konversi dan downconversi.

Pada dasarnya, pemancar dimulai dengan sirkuit untuk memodulasi informasi (baik itu suara atau data) ke sinyal frekuensi rendah yang mudah digunakan - beberapa puluh atau ratusan kilohertz untuk aplikasi pita sempit, seringkali di suatu tempat antara 10 dan 45 MHz untuk band yang lebih luas. Pada frekuensi ini, sirkuit analog berfungsi dengan baik, atau seseorang dapat benar-benar menggunakan konverter D / A pada output DSP yang melakukan modulasi secara matematis. (Untuk kecepatan data yang lebih tinggi daripada yang bisa ditangani oleh "chip DSP", digunakan logika paralel dalam ASIC atau FPGA, sehingga setiap jalur individual hanya perlu menghitung setiap 8 atau 32 atau apa pun sampel yang dibutuhkan oleh DA).

Pemancar juga mengandung osilator atau synthesizer untuk menghasilkan sinyal lebih dekat ke frekuensi pemancar yang diinginkan, dan mixer yang mengalikan dua sinyal bersama-sama, menyebabkan generasi jumlah dan frekuensi perbedaan. Baik jumlah atau perbedaannya akan menjadi frekuensi transmisi yang diinginkan, dan dipilih oleh filter, diperkuat dan dikirim ke antena. (Terkadang diperlukan beberapa tahap konversi)

Penerima bekerja dengan cara yang sama, hanya secara terbalik. Sinyal osilator lokal dikurangi dari sinyal antena yang diamplifikasi (atau sebaliknya), menciptakan frekuensi perbedaan menengah yang mundur dalam kisaran yang lebih nyaman untuk bekerja dengan (Pada penerima siaran AM, biasanya 455 KHz - untuk FM, biasanya 10,7 KHz dan kemudian dikonversi ke 455 KHz, meskipun hari ini tinggal di 10,7 MHz juga berfungsi). Frekuensi menengah ini dapat diproses oleh sirkuit demodulator, atau didigitalkan dalam konverter A / D yang cepat dan dimasukkan ke dalam DSP yang berpotensi paralel untuk menyelesaikan proses.

Jika bandwidth data yang diinginkan untuk ditransmisikan kurang dari sekitar 10 KHz, seseorang sebenarnya dapat menggunakan kartu suara komputer untuk membuat penerima atau pemancar kinerja tinggi, dengan memposisikan frekuensi menengah pada katakanlah 10 KHz dan menggunakan perangkat lunak untuk memproses bandwidth yang mencakup 5 -15 KHz.

Saat ini teknik yang umum adalah mengeksploitasi beberapa properti bilangan kompleks, dan melakukan modulasi / demodulasi yang seimbang di sekitar frekuensi pusat 0, sehingga berisi frekuensi positif dan negatif. Dengan menggunakan dua fase osilator dan sesuatu yang disebut mixer menolak gambar, salah satu dari dua frekuensi yang dihasilkan dibatalkan dan yang lainnya memperkuat. Namun, dua konverter D / A atau A / D diperlukan - satu untuk fase "I" dan yang lainnya untuk "Q". Anda dapat melakukan hal ini dengan kartu suara stereo, meskipun penutup DC akan membuat lubang di passband tepat di tengah, pada apa yang akan dikonversi ke frekuensi 0.

100 MHz adalah frekuensi pembawa, bukan kecepatan transmisi data. Modulasi frekuensi pembawa adalah apa yang membawa data. Radio AM memvariasikan amplitudo sinyal untuk memodulasinya. FM sedikit mengubah frekuensi dari frekuensi pembawa. PSK adalah penguncian fase shift. Itu mengubah fase sinyal pembawa.

Seorang modulator tugas data dan menerapkan modulasi ke operator untuk mengirimkannya. Demodulator menerima pembawa dan memisahkan modulasi dari yang mengekstraksi data.