Leí el artículo Google quiere los EE. UU. ' espectro inalámbrico para internet basado en globos . Dice utilizar un espectro de frecuencias de más de 24 GHz para la comunicación.
¿Es posible generar esa alta frecuencia utilizando cristales piezoeléctricos? ¿O están utilizando un PLL ?
Incluso si es posible generar esa señal de alta frecuencia, y si desea enviar 1 bit en cada período de señal, debe haber un procesador que funcione mucho más rápido que 24 GHz. ¿Cómo es eso posible en un globo?
Las comunicaciones de RF no transmiten un bit de información por ciclo de la onda portadora, que serían comunicaciones digitales de banda base y requieren una cantidad increíble de ancho de banda. Por cierto, puede comprar FPGA con bloques duros de disco de 28 Gbps incorporados. Estos pueden serializar y deserializar datos para 100G Ethernet (4x25G + sobrecarga de codificación). Supongo que la frecuencia "fundamental" en este caso sería en realidad 14 GHz (velocidad de datos / 2, ¡piense por qué es esto!) Y requieren alrededor de 200 MHz a 14 GHz de ancho de banda. No bajan a DC debido al uso del código de línea 64b66b. La frecuencia utilizada para controlar los módulos de la serie sería generada por algún tipo de VCO que está sincronizado en fase con un oscilador de referencia de cristal.
En el mundo RF, la señal de mensaje se modula en una portadora que luego se convierte a la frecuencia requerida para la transmisión con mezcladores. Estos globos probablemente tengan una banda base de menos de 100 MHz, lo que significa que inicialmente los datos digitales se modulan en una portadora de frecuencia relativamente baja (frecuencia intermedia) de alrededor de 100 MHz. Esta modulación se puede hacer digitalmente y el IF modulado generado por un DAC de alta velocidad. Luego, esta frecuencia se traduce hasta 24 GHz con un oscilador de 23.9 GHz y un mezclador. La señal resultante se extenderá de 23.95 a 24.05 GHz, 100 MHz de ancho de banda.
Hay muchas maneras de construir osciladores de alta frecuencia en esa banda. Un método es construir un DRO, que es un oscilador de resonancia dieléctrica. Piense en esto como un circuito de tanque LC: habrá alguna frecuencia en la que 'resonará' y generará una impedancia muy alta o muy baja. También podría pensar en esto como un filtro de paso de banda estrecho. En una DRO, se utiliza una pieza de dieléctrico, creo que generalmente una especie de cerámica, que resuena en la frecuencia de interés. El tamaño físico y la forma determinan la frecuencia. Todo lo que necesita hacer para convertirlo en una fuente de frecuencia es agregar algo de ganancia. También hay formas de usar diodos especiales que exhiben resistencia negativa. Un diodo de Gunn es un ejemplo. La polarización correcta de un diodo Gunn hará que oscile a varios GHz. Otra posibilidad es algo que se llama un oscilador YIG. YIG significa Yttrium Iron Garnet. Es común construir filtros de paso de banda tomando una pequeña esfera YIG y uniéndola a un par de líneas de transmisión. YIG es sensible a los campos magnéticos, por lo que puede sintonizar o barrer la frecuencia central del filtro variando el campo magnético ambiental. Agrega un amplificador, y tienes un oscilador sintonizable. Es relativamente fácil poner un YIG en un PLL. El poder de un YIG es que es posible utilizarlo para producir un barrido suave de banda muy ancha, y por lo tanto, a menudo se utilizan en equipos de prueba de RF como analizadores de espectro y red y fuentes de RF de barrido y CW. Otro método es simplemente usar un grupo de multiplicadores de frecuencia. Cualquier elemento no lineal (como un diodo) producirá componentes de frecuencia en múltiplos de la frecuencia de entrada (2x, 3x, 4x, 5x, etc.). Unir una cadena de multiplicadores, filtros de paso de banda y amplificadores puede usarse para producir frecuencias muy altas.
Este es mi intento de un resumen laico, adaptado de esta respuesta .
Cuando hablamos de que la comunicación ocurre "a 24 GHz", nos referimos a un pequeño rango de frecuencias. Para que la señal "a 24 GHz" no pisotee todas las señales en todas las demás frecuencias, hay un límite para determinar en qué medida la señal puede diferir de una onda sinusoidal de 24 GHz . / p>
El punto central de tener una "banda" de radio es que al establecer un límite en la diferencia entre la señal y la onda sinusoidal, es posible crear filtros que eliminan las señales que difieren demasiado de your sinewave, suprimiéndolos y manteniendo solo la señal que le interesa.
Por ejemplo, aquí se filtra el ruido aleatorio para contener solo frecuencias entre 190 Hz y 210 Hz:
Observequenoestátanlejosdeunaondasinusoidal(200Hz).Amododecomparación,aquísefiltraelruidoparacontener150Hza250Hz:
Observe cómo difiere mucho más de una onda sinusoidal perfecta. Ahora, si toma una onda sinusoidal de 24 GHz y comienza a encender y apagar bits de la misma arbitrariamente, el receptor no la verá de la forma en que la envía , porque la activación / desactivación de bits arbitrariamente hará que la señal Queda fuera del rango de 24 GHz. El receptor filtrará las frecuencias fuera del rango de 24 GHz, distorsionando así la señal. La conclusión es: si modulas la señal ingenuamente al activar y desactivar los bits, no funcionará con la idea de filtrar las frecuencias no deseadas.
Antes de filtrar, la señal anterior se veía así:
Piense en ello como lo que ve un receptor de radio antes de filtrar las frecuencias no deseadas. Creo que es una aproximación laica razonable. Tenga en cuenta que la escala horizontal aquí es exactamente la misma que en las imágenes de arriba: lo que está viendo son todas las frecuencias superiores a 200 Hz. También hay frecuencias por debajo de 200 Hz, pero no son obvias a simple vista.
(las matemáticas funcionan igual en escalas de Hz o GHz, así que no dejes que esto te desanime)
La radio FM se transmite en una frecuencia portadora de 98MHz + -10MHz, pero cada estación solo tiene aproximadamente 200 kHz de información (ancho de banda ocupado). De manera similar, DirecTV transmite en una frecuencia portadora de 14 GHz, pero la señal probablemente sea de solo 10 o 100 MHz de ancho de banda ocupado.
Presumiblemente, Google quiere usar la banda de 24 GHz para transportar señales con un ancho de banda ocupado mucho menor. Pero si alguien quería transmitir realmente una cantidad tan grande de ancho de banda, se puede hacer, mediante varias técnicas de modulación utilizando múltiples portadoras.
En cuanto a la electrónica real, he visto MMIC de 24 GHz antes. Además, está suponiendo que es necesario un único "procesador". Podría tener 24 módems de 1 Gbit / segundo apilados haciendo FDMA. La Ethernet de 100 Gb / s de la que Xilinx es capaz, como se explicó anteriormente, creo que usa interfaces Quad GMII paralelas.
El espectro EM es un continuo y, a medida que aumenta la frecuencia, eventualmente pasa de RF a óptico. Existen sistemas de comunicaciones láser de línea de visión.
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