Как возможна связь более 24 ГГц?

Я прочитал статью о том, что Google хочет, чтобы в США использовался беспроводной спектр для воздушного шара . В нем говорится использовать частотный спектр более 24 ГГц для связи.

Возможно ли когда-либо генерировать эту высокую частоту, используя пьезоэлектрические кристаллы? Или они используют умножитель частоты PLL ?

Даже если есть возможность генерировать этот высокочастотный сигнал, и если вы хотите отправлять 1 бит на каждый период сигнала, должен быть процессор, работающий намного быстрее, чем 24 ГГц. Как это возможно на воздушном шаре?

РЧ-связь не передает один бит информации за цикл несущей волны - это будет цифровая связь в основной полосе частот, и для нее требуется невероятное количество полосы пропускания. Кстати, вы можете купить FPGA со встроенными жесткими блоками Serdes 28 Gbps. Они могут сериализовать и десериализовать данные для 100G Ethernet (4x25G + накладные расходы на кодирование). Я полагаю, что «основная» частота в этом случае будет на самом деле 14 ГГц (скорость передачи данных / 2 - подумайте, почему это так!), И им требуется полоса пропускания от 200 МГц до 14 ГГц. Они не дошли до DC из-за использования строкового кода 64b66b. Частота, используемая для управления модулями serdes, будет генерироваться неким VCO, который синхронизирован по фазе с кварцевым опорным генератором.

В мире RF сигнал сообщения модулируется на несущей, которая затем преобразуется с повышением частоты до необходимой частоты для передачи с помощью микшеров. Эти воздушные шары, вероятно, имеют базовую полосу частот менее 100 МГц, что означает, что первоначально цифровые данные модулируются на относительно низкочастотную несущую (промежуточную частоту) около 100 МГц. Эта модуляция может быть выполнена цифровым способом, а модулированный ПЧ генерируется высокоскоростным ЦАП. Затем эта частота транслируется до 24 ГГц с помощью генератора 23,9 ГГц и микшера. Результирующий сигнал будет расширяться от 23,95 до 24,05 ГГц при ширине полосы 100 МГц.

Есть много способов построить высокочастотные генераторы в этой полосе. Одним из методов является создание УЦИ, которое является диэлектрическим резонансным генератором. Думайте об этом как о контуре LC-бака - будет некоторая частота, где он будет «резонировать» и генерировать очень высокий или очень низкий импеданс. Вы также можете думать об этом как о узкополосном фильтре. В УЦИ используется кусок диэлектрика - я полагаю, что это своего рода керамика, которая резонирует с интересующей частотой. Физический размер и форма определяют частоту. Все, что вам нужно сделать, чтобы превратить его в источник частоты, это добавить некоторое усиление. Существуют также способы использования специальных диодов, которые проявляют отрицательное сопротивление. Диод Ганна является одним из примеров. Правильное смещение диода Ганна вызовет колебания на нескольких ГГц. Другой возможностью является то, что называется осциллятором YIG. YIG означает иттриевый железный гранат. Обычно строят полосовые фильтры, беря маленькую сферу YIG и соединяя ее с парой линий передачи. YIG чувствителен к магнитным полям, поэтому вы можете настроить или развернуть центральную частоту фильтра, изменяя внешнее магнитное поле. Добавьте усилитель, и вы получите настраиваемый генератор. Относительно легко поместить YIG в PLL. Сила YIG заключается в том, что его можно использовать для получения очень широкой полосы плавной развертки, и, следовательно, они часто используются в РЧ-испытательном оборудовании, таком как анализаторы спектра и сети, а также свипирование и непрерывные РЧ-источники. Другой метод состоит в том, чтобы просто использовать несколько множителей частоты. Любой нелинейный элемент (например, диод) будет производить частотные составляющие, кратные входной частоте (2x, 3x, 4x, 5x и т. Д.).

Вот моя попытка составить резюме непрофессионала, основанная на этом ответе .

Когда мы говорим о связи, происходящей «на 24 ГГц», мы имеем в виду небольшой диапазон частот. Чтобы сигнал "с частотой 24 ГГц" не попрал все сигналы на всех других частотах, существует жесткое ограничение того, насколько сигнал может отличаться от синусоиды с частотой 24 ГГц .

Весь смысл наличия радиодиапазона состоит в том, что, устанавливая ограничение на то, насколько сигнал может отличаться от синусоиды, становится возможным создавать фильтры, которые удаляют сигналы, которые слишком сильно отличаются от вашей синусоиды, таким образом подавляя их и сохраняя только сигнал, который вас интересует.

Например, здесь отфильтрован случайный шум, содержащий только частоты от 190 до 210 Гц:

Обратите внимание, что это не так далеко от синусоиды (200 Гц). Для сравнения, вот шум, отфильтрованный для содержания от 150 Гц до 250 Гц:

Обратите внимание, что он намного отличается от идеальной синусоиды. Теперь, если вы возьмете синусоиду 24 ГГц и начнете произвольно включать и выключать ее биты, приемник не будет видеть ее так, как вы ее отправляете , потому что произвольное включение / выключение битов приведет к тому, что сигнал выйдет за пределы диапазона 24 ГГц. , Приемник будет отфильтровывать частоты вне диапазона 24 ГГц, искажая таким образом сигнал. В итоге: если вы наивно модулируете сигнал, включая и выключая биты, это не сработает с идеей отфильтровывать нежелательные частоты.

Перед фильтрацией вышеуказанный сигнал выглядел так:

Думайте об этом как о том, что видит радиоприемник, прежде чем он отфильтрует нежелательные частоты. Я думаю, что это разумное приближение дилетанта. Обратите внимание, что горизонтальный масштаб здесь точно такой же, как на изображениях выше - все, что вы видите, это частоты выше 200 с лишним Гц. Частоты ниже 200 Гц тоже есть, но они не очевидны невооруженным глазом.

(математика работает одинаково на шкалах Гц или ГГц, поэтому не позволяйте этому отталкивать вас)

FM-радио передает на несущей частоте 98 МГц + -10 МГц, но каждая станция имеет информацию только о 200 кГц (занятая полоса пропускания). Точно так же DirecTV передает на несущей частоте 14 ГГц, но сигнал, вероятно, составляет всего 10 или 100 МГц от занятой полосы пропускания.

Предположительно, Google хочет использовать полосу 24 ГГц для передачи сигналов с гораздо меньшей занимаемой полосой пропускания. Но если кто-то хочет на самом деле передать такую ​​большую полосу пропускания, это можно сделать с помощью различных методов модуляции с использованием нескольких несущих.

Что касается самой электроники, я уже видел MMIC с частотой 24 ГГц. Кроме того, вы предполагаете, что необходим один «процессор». Вы можете иметь 24 стека по 1 Гбит / с для FDMA. Я думаю, что 100 Гбит / с Ethernet, на который способен Xilinx, как я уже говорил выше, использует параллельные интерфейсы Quad GMII.

Спектры ЭМ являются континуумом, и по мере увеличения частоты вы переходите от ВЧ к оптическому. Существуют системы прямой связи Laser Comm.