我阅读了Google 希望美国的无线频谱用于基于气球的 Internet的文章。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产生如此高的频率?还是他们使用PLL倍频器?
即使可以生成高频信号,并且如果您想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?
我阅读了Google 希望美国的无线频谱用于基于气球的 Internet的文章。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产生如此高的频率?还是他们使用PLL倍频器?
即使可以生成高频信号,并且如果您想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?
射频通信不会在每个载波周期传输一位信息——这将是数字基带通信,它需要难以置信的带宽。顺便说一句,您可以购买内置 28 Gbps serdes 硬块的 FPGA。这些可以序列化和反序列化 100G 以太网的数据(4x25G + 编码开销)。我想这种情况下的“基本”频率实际上是 14 GHz(数据速率/2 - 想想为什么会这样!)并且它们需要大约 200 MHz 到 14 GHz 的带宽。由于使用 64b66b 线路代码,它们不会一直下降到 DC。用于驱动 serdes 模块的频率将由某种锁相到晶体参考振荡器的 VCO 产生。
在射频领域,消息信号被调制到载波上,然后上变频到所需的频率,以便通过混频器进行传输。这些气球的基带可能小于 100 MHz,这意味着最初将数字数据调制到大约 100 MHz 的相对低频载波(中频)上。这种调制可以数字方式完成,调制中频由高速 DAC 生成。然后使用 23.9 GHz 振荡器和混频器将该频率转换为高达 24 GHz。生成的信号将从 23.95 扩展到 24.05 GHz,带宽为 100 MHz。
有很多方法可以在该频段中构建高频振荡器。一种方法是构建 DRO,它是一种介电共振振荡器。把它想象成一个 LC 谐振电路 - 会有一些频率会“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,使用了一块电介质——我相信通常是某种陶瓷——它在感兴趣的频率上产生共振。物理尺寸和形状决定了频率。将其变成频率源所需要做的就是增加一些增益。还有一些方法可以使用具有负电阻的特殊二极管。Gunn二极管就是一个例子。正确偏置 Gunn 二极管会导致它以数 GHz 的频率振荡。另一种可能性是称为 YIG 振荡器的东西。YIG 代表钇铁石榴石。通过取一个小的 YIG 球并将其耦合到一对传输线来构建带通滤波器是很常见的。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,您就有了一个可调谐振荡器。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,因此它们通常用于射频测试设备,例如频谱和网络分析仪以及扫描和连续波射频源。另一种方法是简单地使用一堆倍频器。任何非线性元件(如二极管)都会产生输入频率倍数(2x、3x、4x、5x 等)的频率分量。
这是我的外行总结尝试,改编自这个答案。
当我们谈论发生在“24 GHz”的通信时,我们指的是一小部分频率。为了使“24 GHz”的信号不会践踏所有其他频率的信号,对于允许信号与 24 GHz 正弦波相差多少有一个硬性限制。
拥有无线电“波段”的全部意义在于,通过限制信号与正弦波的差异程度,可以创建过滤器来去除与正弦波相差太大的信号,从而抑制它们并仅保留您感兴趣的信号。
例如,以下是过滤后的随机噪声,仅包含 190 Hz 和 210 Hz 之间的频率:
观察它与(200 Hz)正弦波相差不远。为了比较,这里的噪声被过滤为包含 150 Hz 到 250 Hz:
请注意它与完美的正弦波有何不同。现在,如果您采用 24 GHz 正弦波并开始任意打开和关闭它的位,接收器将不会以您发送它的方式看到它,因为任意打开/关闭位会使信号落在 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,则它不适用于过滤掉不需要的频率的想法。
在过滤之前,上面的信号看起来像这样:
可以将其视为无线电接收器在过滤掉不需要的频率之前看到的内容。我认为这是一个合理的外行近似。请注意,这里的水平刻度与上图完全相同——您看到的是所有高于 200 赫兹的频率。低于 200 Hz 的频率也存在,但肉眼并不明显。
(数学在 Hz 或 GHz 范围内的工作原理相同,所以不要让这让你失望)
FM 收音机在 98MHz +-10MHz 载波频率上传输,但每个电台只有大约 200khz 的信息(占用带宽)。类似地,DirecTV 在 14GHz 载波频率上传输,但信号可能只有 10 或 100 MHz 的占用带宽。
据推测,谷歌希望使用 24GHz 频段来承载占用带宽低得多的信号。但是,如果有人想实际传输如此大量的带宽,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。此外,您假设需要一个“处理器”。您可以堆叠 24 个 1Gbit/秒调制解调器来执行 FDMA。如上所述,Xilinx 能够实现的 100Gb/秒以太网,我认为使用并行 Quad GMII 接口。
EM 光谱是一个连续谱,随着频率的增加,最终会从 RF 变为光学。存在视距激光通信系统。