Как возможна связь на частоте более 24 ГГц?

Радиосвязь не передает ни одного бита информации за период несущей волны — это была бы цифровая связь в основной полосе частот, и для этого требуется невероятная полоса пропускания. Кстати, вы можете купить ПЛИС со встроенными жесткими блоками 28 Гбит/с. Они могут сериализовать и десериализовать данные для 100G Ethernet (4x25G + накладные расходы на кодирование). Я предполагаю, что «основная» частота в этом случае на самом деле будет 14 ГГц (скорость передачи данных/2 — подумайте, почему это так!), И им требуется полоса пропускания от 200 МГц до 14 ГГц. Они не проходят весь путь до DC из-за использования линейного кода 64b66b. Частота, используемая для управления модулями serdes, будет генерироваться каким-либо ГУН, синхронизированным по фазе с кварцевым опорным генератором.

В радиочастотном мире сигнал сообщения модулируется на несущей, которая затем преобразуется с повышением частоты до требуемой частоты для передачи с помощью смесителей. Эти воздушные шары, вероятно, имеют основную полосу частот менее 100 МГц, а это означает, что первоначально цифровые данные модулируются относительно низкочастотной несущей (промежуточной частотой) около 100 МГц. Эта модуляция может быть выполнена в цифровом виде, а модулированная промежуточная частота генерируется высокоскоростным ЦАП. Затем эта частота транслируется до 24 ГГц с помощью генератора 23,9 ГГц и смесителя. Результирующий сигнал будет простираться от 23,95 до 24,05 ГГц, полоса пропускания 100 МГц.

Есть много способов построить высокочастотные генераторы в этом диапазоне. Один из методов заключается в создании ЦИ, представляющего собой диэлектрический резонансный генератор. Думайте об этом как о схеме LC-контура - будет некоторая частота, на которой он будет «резонировать» и генерировать либо очень высокий, либо очень низкий импеданс. Вы также можете думать об этом как об узкополосном фильтре. В DRO используется кусок диэлектрика — как я полагаю, обычно какой-то керамический — который резонирует на интересующей частоте. Физический размер и форма определяют частоту. Все, что вам нужно сделать, чтобы превратить его в источник частоты, это добавить немного усиления. Существуют также способы использования специальных диодов, обладающих отрицательным сопротивлением. Одним из примеров является диод Ганна. Правильное смещение диода Ганна заставит его колебаться с частотой в несколько ГГц. Другой вариант — генератор ЖИГ. YIG означает железо-иттриевый гранат. Обычно полосовые фильтры строят, беря небольшую сферу ЖИГ и соединяя ее с парой линий передачи. ЖИГ чувствителен к магнитным полям, поэтому вы можете настраивать или изменять центральную частоту фильтра, изменяя окружающее магнитное поле. Добавьте усилитель, и у вас есть настраиваемый генератор. Сравнительно легко поместить ЖИГ в PLL. Преимущество ЖИГ заключается в том, что с его помощью можно получить плавную развертку в очень широкой полосе частот, поэтому они часто используются в испытательном ВЧ-оборудовании, таком как анализаторы спектра и цепей, а также источники развертки и непрерывные ВЧ-сигналы. Другой метод — просто использовать несколько умножителей частоты. Любой нелинейный элемент (например, диод) будет создавать частотные составляющие, кратные входной частоте (2x, 3x, 4x, 5x и т. д.). Связав цепочку множителей,

Вот моя попытка краткого изложения, адаптированного из этого ответа .

Когда мы говорим о связи, происходящей «на частоте 24 ГГц», мы имеем в виду небольшой диапазон частот. Чтобы сигнал «на 24 ГГц» не перекрывал сигналы на всех других частотах, существует жесткое ограничение на то, насколько сигнал может отличаться от синусоиды 24 ГГц .

Весь смысл наличия радиодиапазона заключается 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, тем самым подавляя их и сохраняя только интересующий вас сигнал.

Например, вот случайный шум, отфильтрованный так, чтобы он содержал только частоты от 190 Гц до 210 Гц:

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

Обратите внимание, как он намного больше отличается от идеальной синусоиды. Теперь, если вы возьмете синусоиду 24 ГГц и начнете произвольно включать и выключать ее биты, приемник не увидит ее так, как вы ее отправляете , потому что произвольное включение/выключение битов заставит сигнал выйти за пределы диапазона 24 ГГц. . Приемник будет отфильтровывать частоты за пределами диапазона 24 ГГц, тем самым искажая сигнал. Суть такова: если вы наивно модулируете сигнал, включая и выключая биты, это не сработает с идеей фильтрации нежелательных частот.

До фильтрации приведенный выше сигнал выглядел так:

Думайте об этом как о том, что видит радиоприемник до того, как отфильтрует нежелательные частоты. Я думаю, что это разумное приближение непрофессионала. Обратите внимание, что масштаб по горизонтали здесь точно такой же, как на изображениях выше — вы видите все частоты выше 200 с лишним Гц. Частоты ниже 200 Гц тоже есть, но невооруженным глазом они незаметны.

(математика работает одинаково в масштабах Гц или ГГц, так что пусть это вас не смущает)

FM-радио передает на несущей частоте 98 МГц +-10 МГц, но каждая станция имеет только около 200 кГц информации (занимаемая полоса пропускания). Точно так же DirecTV передает на несущей частоте 14 ГГц, но сигнал, вероятно, занимает только 10 или 100 МГц занимаемой полосы пропускания.

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

Что касается фактической электроники, я уже видел MMIC с частотой 24 ГГц. Кроме того, вы предполагаете, что необходим один «процессор». У вас может быть 24 модема со скоростью 1 Гбит/с, объединенных в стек для работы с FDMA. Ethernet со скоростью 100 Гбит/с, на который способна Xilinx, как обсуждалось выше, я думаю, использует параллельные интерфейсы Quad GMII.

ЭМ-спектры представляют собой континуум, и по мере увеличения частоты вы, в конце концов, переходите от РЧ к оптическому. Существуют системы лазерной связи прямой видимости.