Comment fonctionne la communication sans fil?

C'est un problème qui m'a toujours un peu dérouté. Comment fonctionne la communication sans fil haute fréquence (plus de 100 MHz de toute façon)? Je comprends qu'il a une antenne et pour le recevoir il l'amplifie et vérifie un 1 ou 0 logique et inversé pour la transmission.

Ce que je ne comprends pas, c'est comment un CI peut communiquer à de telles vitesses? Prenons par exemple le wifi, 2,4 GHz. Existe-t-il une puce qui traite chaque bit 2,4 milliards de fois par seconde? Cela semble impossible. Quelqu'un pourrait-il expliquer comment un émetteur et un récepteur fonctionnent réellement électriquement?

La chose importante à noter ici est la fréquence porteuse et la modulation.

2,4 GHz est votre fréquence porteuse, dans les formats de modulation modernes, elle sera toujours dans l'air. L'émetteur rayonne tout le temps pendant lequel vous envoyez le signal.

Comment les données sont-elles réellement envoyées?

La modulation de phase est la méthode la plus courante. Vous pouvez penser à ce qui se passe très clairement, sur un minuteur défini, vous allez changer de phase ou non. Wikipedia a un bon graphique de QPSK , où vous envoyez en fait deux signaux en même temps déphasés et chacun code un peu. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/QPSK_timing_diagram.png ">

Cela peut sembler un peu déroutant, mais vous voyez chaque fois qu'ils changent le bit qu'ils envoient, il y a un changement soudain du signal. PSK a le taux d'erreur binaire le plus bas des différentes techniques de modulation pour le même débit en bauds. Cela signifie que pour le même taux d'erreur binaire autorisé, vous avez la vitesse de liaison la plus élevée avec PSK.

J'espère que l'image vous permet de comprendre ce qui se passe dans les coulisses. Faites-moi savoir si je peux poster plus pour aider à rendre cela compréhensible.

Quel matériel cela fait-il?

Cette section, je reste courte car il existe de nombreuses façons différentes d'aborder cela avec du matériel. Le circuit qui permet à la plupart des circuits intégrés de faire TX ou RX interne provient de la cellule gilbert .

Quand le faire?

Si vous modulez à la bonne fréquence directement avant de rayonner et démodulez directement avant de recevoir le signal, votre circuit traite partout ailleurs sera un signal de vitesse plus lent qui est numérique et que votre circuit peut gérer.

Bien que j'esquive la question de la modulation, je connais assez bien le côté IC des choses.

"Comment un CI peut-il communiquer à des vitesses supérieures à 100 MHz?"

Je vais commencer par un cas simple. Intel a conçu un processeur qui fonctionne à une fréquence d'horloge de 3,8 GHz. Cela exécute plusieurs opérations logiques et stocke les résultats à chaque cycle. Ainsi, non seulement les signaux peuvent être traités à 2,4 GHz +, mais votre ordinateur le fait probablement déjà.

La raison en est que les transistors sur un circuit intégré sont RAPIDES! Dans un processus SiGe BiCMOS de 130 nm, la fréquence de gain unitaire est répertoriée comme 230 GHz. Je pense que je pourrais faire un circuit qui fonctionne au moins 5 à 10% de cette valeur, et ce n'est même pas un processus de pointe.

Si vous souhaitez maximiser la fréquence d'horloge série, vous pouvez utiliser un circuit appelé un désérialiseur, qui est essentiellement un registre à décalage haute fréquence. Vous auriez besoin du circuit à très haute fréquence pour l'entrée, puis le convertir en un format parallèle à un débit de données inférieur. Ceci est couramment utilisé dans les protocoles à haute vitesse comme HDMI.

Bien qu'il existe quelques exceptions spéciales, la plupart des communications radio sont généralement réalisées à l'aide de la conversion ascendante et descendante.

Fondamentalement, un émetteur commence par un circuit pour moduler les informations (que ce soit la voix ou les données) sur un signal de basse fréquence pratique qui est facile à travailler - quelques dizaines ou centaines de kilohertz pour les applications à bande étroite, souvent quelque part entre 10 et 45 MHz pour les bandes plus larges. À ces fréquences, les circuits analogiques fonctionnent bien, ou on peut réellement utiliser un convertisseur N / A à la sortie d'un DSP qui effectue la modulation mathématiquement. (Pour des débits de données supérieurs à ce qu'une «puce DSP» peut gérer, une logique parallèle dans un ASIC ou un FPGA est utilisée, de sorte que chaque chemin individuel peut n'avoir à calculer que tous les 8 ou 32 ou tout autre échantillon requis par le DA).

L'émetteur contient également un oscillateur ou un synthétiseur pour générer un signal plus proche de la fréquence d'émetteur souhaitée, et un mélangeur qui multiplie les deux signaux ensemble, provoquant la génération de fréquences de somme et de différence. Soit la somme, soit la différence sera la fréquence de transmission souhaitée, et est sélectionnée par un filtre, amplifiée et envoyée à l'antenne. (Parfois, plusieurs étapes de conversion sont nécessaires)

Le récepteur fonctionne de la même manière, mais en sens inverse. Un signal d'oscillateur local est soustrait du signal d'antenne amplifié (ou l'inverse), créant une différence de fréquence intermédiaire qui est de retour dans la gamme plus pratique pour travailler avec (dans les récepteurs de diffusion AM, généralement 455 KHz - pour FM, traditionnellement 10,7 KHz, puis converti à 455 KHz, bien qu'aujourd'hui, le maintien à 10,7 MHz fonctionne aussi). Cette fréquence intermédiaire peut être traitée par un circuit de démodulateur, ou numérisée dans un convertisseur A / N rapide et introduite dans un DSP potentiellement parallèle pour terminer le processus.

Si la bande passante souhaitée des données à transmettre est inférieure à environ 10 KHz, on peut réellement utiliser une carte son d'ordinateur pour fabriquer un récepteur ou un émetteur haute performance, en positionnant la fréquence intermédiaire à 10 KHz par exemple et en utilisant un logiciel pour traiter une bande passante s'étendant sur 5 -15 KHz.

Aujourd'hui, une technique courante consiste à exploiter certaines propriétés des nombres complexes et à effectuer la modulation / démodulation équilibrée autour d'une fréquence centrale de 0, de sorte qu'elle contienne à la fois des fréquences positives et négatives. En utilisant deux phases de l'oscillateur et quelque chose appelé un mélangeur de rejet d'image, l'une des deux fréquences résultantes s'annule et l'autre se renforce. Cependant, deux convertisseurs N / A ou A / N sont nécessaires - un pour la phase "I" et l'autre pour le "Q". Vous pouvez en quelque sorte le faire avec une carte son stéréo, bien que les capuchons de blocage DC créent un trou dans la bande passante au milieu, à ce qui est converti en fréquence 0.

100 MHz est la fréquence porteuse, pas le taux de transmission de données. Une modulation de la fréquence porteuse est ce qui transporte les données. La radio AM fait varier l'amplitude du signal pour le moduler. FM varie légèrement la fréquence de la fréquence porteuse. PSK est la saisie par décalage de phase. Il change la phase du signal porteur.

Un modulateur charge les données et applique une modulation à la porteuse pour les envoyer. Un démodulateur reçoit la porteuse et en sépare la modulation en extrayant les données.