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射频载波信号之如何将波变成信号载体?

电子设计

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描述

在建筑物内使用Wi-Fi时,有些信号会直接击中接收天线,而有些则会从墙壁或其他物体上反弹,从而产生RF回波。

在这个小型系列中,我们通常讨论射频载波信号,尤其是Wi-Fi(另请参阅基本概念,电磁辐射,波力学I和波力学II)。我们如何实际发送信号呢?我们如何将波变成信号载体?

我们必须至少有两个天线,即一个发射器(Tx)和一个接收器(Rx)-因此,让我们想象一下,我们有一对对讲机。

发射机将电信号发送到天线。电子来回摆动,能量向各个方向散发。如果我们以一种可以解释的方式修改波,那么我们就有一个载波信号,那么我们可以修改什么呢?实际上,无线电信号有几个方面可以进行如下修改:

幅度调制(AM):在这种情况下,信号会变得有点强和有点弱。想象有人与您说话,但是使用一种奇怪的语言,取决于您抬高和降低他们的声音,声音更大,更安静,“ ooo OOO OOO ooo…”嗯,这就是AM广播(和模拟电视)的工作方式。AM的这种特殊形式称为幅度偏移键控(ASK)。

调频(FM):在这种情况下,信号的频率在一个范围内(在一个较高和较低的值之间)移动。想象我们的人用奇怪的语言来改变音调,上下调高,以传达意思:“ do do do re mi mi mi do do… ”。这就是FM广播的工作方式。这种特殊的FM方法称为频移键控(FSK)。

相位调制(PM):在这种情况下,信号具有稳定的频率,即频率,但是我们现在的怪异语言取决于设置一个频率然后跳过它,或者下一个频率提前到达:“ dit dit dit dadit…” (这是“老派” Wi-Fi,当前的标准将相移与幅度移相混合,以编码更多数据,但在以后的博客中将对此进行更多地编码)。这种特定的PM方法称为相移键控(PSK)。

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(来源:Ruckus Networks)

多路径–当反射真的很重要时

现在,请记住,与无线电信号的通信主要是在室外很长的距离上使用的。相比之下,Wi-Fi专注于室内短距离信号,例如办公室中的计算机。在盒子内发送信号会引入/加剧一个称为multipath的问题。您可能还记得我们以前的文章,传输的信号通常在所有方向上扩展。对于建筑物内的Wi-Fi,有些信号会直接击中接收天线,但有些会从墙壁或其他物体上反弹,从而形成RF回波。

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(来源:Ruckus Networks)

当我说“ echo”时,我的意思是“ echo”(“ echo……echo……echo……”)。这恰好类似于声波回波。但是,无线电信号的速度比声音的速度快得多,并且覆盖的距离很小。另外,我们在上图中以两个非常清晰的信号对此进行了说明,但是在实际建筑物中,各个方向都有障碍物(墙壁,天花板,地板……),这意味着多个回声将撞击接收天线,从而干扰信号。总体效果是“涂抹”信号(想像一下,想听某人声音不断回声的声音)。

克服和管理这种多径回声是无线电工程的主要目标,尤其是在室内和Wi-Fi用途中。从根本上讲,如果我们发送足够慢的信号并清除足够多的信号,那么多径并不是什么大问题,但是我们都知道,在计算机网络方面,我们的速度不会太快。

多样性

我们可以做的一个相对简单的事情是添加另一根接收(Rx)天线。这有什么用?好吧,只有一根天线,我们必须依靠主信号和较弱的回声之间有足够的差异来了解正在发生的事情。两个Rx天线让我们“听”更好的“耳朵”。

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(来源:Ruckus Networks)

那是简单的无线电分集,并且大大增加了接收良好信号的可能性。我们也可以添加第三个天线和第四个天线,但是这样做的收益却越来越小。两个比一个要好得多,但是三个要比两个要好得多,四个却不等于三个,等等。而且,对于现实世界的设备而言,存在额外材料的成本,更高的能源需求等与每个附加天线相关联。

随着每一代芯片的出现,Wi-Fi芯片变得越来越复杂,因此现在我们可以从聆听获得最佳信号的天线转移到同时聆听两个天线并平均信号。这是一种称为“最大比率合并”的信号处理技术。Wi-Fi标准不断发展的原因之一是不断向驱动的Wi-Fi芯片组添加更复杂的信号处理技术。当然,事实上,我们一直希望从Wi-Fi获得越来越多的数据吞吐量。

所有这些都为将MIMO(多输入和多输出)形式的多路径从负债转变为资产奠定了基础,MIMO在802.11n Wi-Fi标准中引入并在802.11ac Wi-Fi中进行了扩展,但是我们将在以后的专栏中保存对此的详细讨论。

编辑:hfy

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