무선 통신은 어떻게 작동합니까?

이것은 항상 조금 당황스러운 문제입니다. 고주파 (무엇이든 100MHz 이상) 무선 통신은 실제로 어떻게 작동합니까? 나는 안테나를 가지고 있으며 그것을 수신하기 위해 그것을 증폭하고 논리 1 또는 0을 확인하고 전송을 위해 반대로한다는 것을 이해합니다.

내가 이해하지 못하는 것은 IC가 어떻게 그러한 속도로 통신 할 수 있는가? 와이파이, 2.4GHz를 예로 들어 보겠습니다. 실제로 초당 24 억 번 비트를 처리하는 칩이 있습니까? 불가능 해 보인다. 송신기와 수신기가 실제로 전기적으로 어떻게 작동하는지 설명 할 수 있습니까?

여기서 주목해야 할 것은 반송파 주파수와 변조입니다.

2.4GHz는 반송파 주파수이며 최신 변조 형식에서는 항상 공중에 표시됩니다. 송신기는 신호를 보내는 전체 시간을 방출합니다.

데이터는 실제로 어떻게 전송됩니까?

위상 변조 가 가장 일반적인 방법입니다. 당신은 매우 명확하게 일어나고있는 일에 대해 생각할 수 있습니다. 설정된 타이머에서 위상을 바꾸거나하지 않을 것입니다. Wikipedia에는 ​​좋은 QPSK 그래프가 있습니다 . 여기서 실제로 두 개의 신호를 동시에 위상을 벗어난 상태로 보내고 각 비트는 비트를 인코딩합니다. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/QPSK_timing_diagram.png ">

약간 혼란스러워 보일 수 있지만, 전송하는 비트가 변경 될 때마다 신호가 갑자기 변하는 것을 알 수 있습니다. PSK는 동일한 전송 속도에 대해 서로 다른 변조 기술 중 비트 오류율이 가장 낮습니다. 이는 동일한 허용 가능한 비트 오류율에 대해 PSK와의 링크 속도가 가장 높다는 것을 의미합니다.

이미지를 통해 장면 뒤에서 일어나는 일을 이해할 수 있기를 바랍니다. 더 이해하기 쉽게 게시 할 수 있는지 알려주세요.

어떤 하드웨어입니까?

이 섹션에서는 하드웨어를 사용하여 여러 가지 방법으로 접근 할 수 있으므로 짧게 작성하고 있습니다. 대부분의 IC가 내부 TX 또는 RX를 수행 할 수 있도록하는 회로는 길버트 셀 에서 나온다 .

언제해야합니까?

신호를 받기 전에 직접 방사 및 복조하기 전에 올바른 주파수로 직접 변조하면 회로가 다른 곳에서 처리하는 것은 디지털이며 회로가 처리 할 수있는 속도가 느린 신호가됩니다.

변조 문제를 피할 수는 있지만 IC 측면에 대해서는 잘 알고 있습니다.

"IC가 어떻게 100MHz 이상의 속도로 통신 할 수 있습니까?"

간단한 사례부터 시작하겠습니다. 인텔은 3.8GHz의 클록 주파수에서 작동하는 프로세서를 설계했습니다. 이것은 여러 논리 연산을 수행하고 매 사이클마다 결과를 저장합니다. 따라서 2.4GHz 이상에서 신호를 처리 할 수있을뿐만 아니라 컴퓨터에서도 이미 처리하고 있습니다.

그 이유는 IC의 트랜지스터가 빠르기 때문입니다! 130nm SiGe BiCMOS 공정에서 단일 이득 주파수는 230GHz 로 표시됩니다 . 나는 그 값의 5-10 % 이상 작동하는 회로를 만들 수 있다고 생각하며, 이는 최첨단 프로세스조차도 아닙니다.

직렬 클록 속도를 최대화하려면 기본적으로 고주파수 시프트 레지스터 인 De-Serializer라는 회로를 사용할 수 있습니다. 입력을 위해서는 초고주파 회로가 필요하며 낮은 데이터 속도로 병렬 형식으로 변환해야합니다. 이것은 일반적으로 HDMI와 같은 고속 프로토콜에서 사용됩니다.

특별한 예외가 있지만 대부분의 무선 통신은 일반적으로 업 컨버전 및 다운 컨버전을 통해 이루어집니다.

기본적으로 트랜스미터는 정보 (음성 또는 데이터)를 편리한 저주파 신호로 변조하기위한 회로로 시작합니다. 협 대역 응용 제품의 경우 수십 또는 수백 킬로 헤르츠 (주로 10 ~ 45MHz) 더 넓은 밴드를 위해. 이 주파수에서 아날로그 회로가 제대로 작동하거나 실제로 변조를 수학적으로 수행하는 DSP의 출력에서 ​​D / A 변환기를 사용할 수 있습니다. ( "DSP 칩"보다 높은 데이터 속도가 처리 할 수있는 경우 ASIC 또는 FPGA의 병렬 로직이 사용되므로 각 개별 경로는 매 8 번째 또는 32 번째 또는 DA가 필요로하는 모든 샘플 만 계산하면됩니다.)

송신기는 또한 원하는 송신기 주파수에 더 가까운 신호를 생성하기위한 발진기 또는 신시사이저, 및 두 신호를 곱하여 합산 및 차이 주파수를 발생시키는 믹서를 포함한다. 합 또는 차이는 원하는 전송 주파수 일 것이고, 필터에 의해 선택되고 증폭되어 안테나로 전송된다. (때로는 여러 단계의 변환이 필요합니다)

수신기는 같은 방식으로 작동합니다. 로컬 발진기 신호는 증폭 된 안테나 신호 (또는 다른 방법)에서 차감되어 작업하기가 더 편리한 범위로 되돌아 오는 중간 차이 주파수를 생성합니다 (AM 방송 수신기에서는 일반적으로 455KHz-FM의 경우 전통적으로 FM) 10.7KHz로 다시 455KHz로 다시 변환했지만 오늘 10.7MHz로 유지해도 작동합니다). 이 중간 주파수는 복조기 회로에 의해 처리되거나 빠른 A / D 변환기에서 디지털화되고 잠재적으로 병렬 DSP에 공급되어 프로세스를 완료 할 수 있습니다.

전송할 데이터의 원하는 대역폭이 약 10KHz보다 작 으면 실제로 컴퓨터 사운드 카드를 사용하여 중간 주파수를 10KHz로 설정하고 소프트웨어를 사용하여 대역폭에 걸친 대역폭을 처리함으로써 고성능 수신기 또는 송신기를 만들 수 있습니다. -15KHz

오늘날 일반적인 기술은 복소수의 일부 속성을 활용하고 0과 중심 주파수를 중심으로 변조 / 복 조화를 수행하여 양수 및 음수 주파수를 모두 포함하는 것입니다. 발진기의 2 단계와 이미지 제거 믹서라고 불리는 것을 사용함으로써, 2 개의 결과 주파수 중 하나는 취소되고 다른 하나는 강화됩니다. 그러나 두 개의 D / A 또는 A / D 변환기가 필요합니다. 하나는 "I"위상에, 다른 하나는 "Q"에 필요합니다. DC 차단 캡이 통과 주파수에 중간에 0 개의 주파수로 변환되는 구멍을 만들지 만 스테레오 사운드 카드를 사용하여이 작업을 수행 할 수 있습니다.

100 MHz는 데이터 전송 속도가 아닌 반송 주파수입니다. 반송파 주파수의 변조는 데이터를 전달하는 것입니다. AM 라디오는 신호의 진폭을 변경하여 신호를 변조합니다. FM은 반송파 주파수와 주파수가 약간 다릅니다. PSK 는 위상 편이 방식입니다. 반송파 신호의 위상을 변경합니다.

변조기는 데이터를 태스크하고 반송파에 변조를 적용하여 전송합니다. 복조기는 반송파를 수신하고 변조 된 데이터와 변조를 분리합니다.