数据速率、载波频率和连接器有何关系?

关于这次无线发送的高速信号，我想解释一下连接器需要什么样的性能。

虽然我很久以前从工程学校毕业，但连接器制造商的发言人有点负担，但从主题流程来看，我无法避免谈论“调制”。因此，因为我不是专家，我决定尽可能避免专业解释，并在我理解的范围内解释Zakkuri和我用燃烧刀片学习的内容。那些想要检查更多技术细节的人在许多网站上都有解释，所以我希望你能看到它们。

最后，从世界的故事，例如远离连接器的调制，我想让它降落到“连接器中的・・・”。

什么是调制?

粗略地说，调制是“让我们将信号的波形/信息放在易于作为无线电波发送的频率的电波上”。作为电波容易传送的电波叫做载波。

另外，由于调制信号不能原样在另一侧使用，因此还执行称为“解调”的处理，其仅提取要发送的信号。

图2调制-发送-接收-解调

调制（和解调）使得无需使用电线即可在无线或光通信中发送和接收信号。就我之前提到的 Wi-Fi 而言，载波频率约为 5GHz 或 2.4GHz，100Mbps 是其上信号的数据速率。

Wi-Fi调制就是所谓的数字调制。在谈论数字调制之前，我想首先解释模拟调制。

类比调制

有三种类型的模拟调制。

• AM调制/幅度调制
• 调频/调频
• PM调制/相位调制

其中，关于AM/FM,我认为有很多人听说过“AM收音机”和“FM收音机”。最近不是那样吗?所谓的网络广播可能更熟悉了。顺便说一句，将其表达为Radio=radio是说改变电视频道是“转动频道”，或者用微波炉加热是Rentin (现在是完成声音而不是Ren“P”) 就像继续打电话一样，这是一个“改变系统时留下名字”的例子。

回到故事，首先来自AM调制。顾名思义，它是一种通过改变载波的振幅=大小来承载信号的方法。计算公式的话，也包含调制度等各种各样的系数，相应地会变得复杂。虽然这里没有描述细节，但技术评论是在各个网站上完成的，所以我认为您可以通过搜索等来参考它。

好吧，在图中，我敢于选择令人困惑的“我想要发送的信号”波形并制作调制波。

图3 AM调制和载波频率

您希望看到的是原始信号波形的再现性。(我们使用了一些复杂的波形。)

在上部“AM调制情况 (1) ”中，如果在调制后去除波形的包络线，则它是可以再现原始波形的图像。

另一方面，下面的“AM调制情况 (2) ”降低了载波频率。然后，调制后的波形只是蓬松的，没有原始波形的尺度。你可以看到它没有完成・・・因为运动很激烈。

换句话说，在情况 (2) 中，载波频率没有赶上您要发送的信息量。因此，调制时原始信息丢失。由于它在视觉上易于理解，我们在AM调制示例中进行了解释，但为了尽可能多地发送信息量，必须提高载波频率。

这是相同的为FM/PM调制，如下所述。换句话说，它意味着“载波的频率必须远高于要发送的信号的频率 (分量)”。

另外，AM调制的每载波频率的信息量包含效率比其他两种方法高。然而，由于AM调制通过传播强度的变化再现要发送的信号，因此不可避免地对噪声变弱。

因此，出现了FM调制和PM调制的方式。更改频率和相位而不是载波的振幅的方法“取决于您想要传送的信号”降低信息的包含效率，但是更加好抵抗噪声，可能发生作为振幅影响。

这次我准备了发送简单信号时的图，我们分别看一下波形吧。

图4 FM调制和PM调制的波形

我不太了解差异・・・・。FM和PM真的是兄弟般的关系，有点难以区分。(当我还是学生时，我在这方面失败了。)

由于频率占用宽度的影响，PM效率稍好 (不如AM)，但似乎存在电路趋于复杂的差异。只是FM通过收音机等看到了阳光，PM不怎么听。实际上，该方法将开花作为下一个数字调制的应用。

数字调制

近年来，似乎经常有信息社会=数字化的形象。在模糊的印象中，我觉得数字比模拟更丰富。虽然产生的结果不是一个错误，但在电信号的世界中，模拟有更多的信息，或者有更多的信息需要“再现”。更重要的是，所有电信号的“波”都是连续的模拟 (而不是离散的)，即使它们用于数字。模拟重现很容易模糊，并且需要花费大量时间才能正确重现。它以数字方式将信息组织在一起，因此易于再现和高度可用。

虽然它变成了一个有点概念性的故事，但简而言之，调制方法也是数字独有的有效方法。

在上一节中，我写了“载波的频率必须远高于要发送的信号的频率 (分量)”，但如果用数据速率替换频率，情况将在数字调制中发生变化。为了获得图像，让我们通过AM调制来调制数字信号，以发送“大量信息”的模拟信号。

图5尝试AM调制数字信号

用AM调制试着调制数字信号的话，如图下段右侧所示。

与模拟AM调制的例子相比，你不觉得有点浪费吗?

在通过模拟调制传输信号时，信号质量的关键是如何在目的地“以接近原始的形式再现波形的形状”。

例如，在您努力重现的部分中，数字信号包括原始和“非预期”细节的形状。

因此，以模拟思维方式发送数字信号感觉“有点浪费”。

图6数字信号的模拟再现和数字再现

因此，创造了数字调制方法=数字调制。

最初，它是一种称为AKS (扩频移位键控) 的方法，它不在零时发出信号，但仅在1时发出信号，或者FKS (频率移位键控)，其将两个频率分配给0和1。

图7初始数字调制ASK和FSK

对于模拟调制，这相当简单。

然而，虽然它变得相当容易，但似乎可以发送到载波频率的数据量很小。此外，ASK仅交换，但FSK需要两种类型的波。

出于这个原因，它是一种相位调制，在模拟中没有看到太阳，用于使其更复杂并提高数据效率。

数字调制使用称为PSK (相移键控) 的方法。

我尝试使用四个不同相位的波对QPSK (四相移键控) 进行成像，该QPSK可以用一个符号传输2位。(2个波长1个符号)

图8 QPSK

图像有点笨重的波形・・・在这种情况下，可以在载波频率上发送的数据速率似乎要高得多。

此外，可以使用QAM发送具有多个振幅和多个相位的桩对齐的大量数据，例如ASK和PSK的组合。它结合了相位调制和幅度调制，因此它可以真正增加数据容量。只有再现简单的数字才有。

在图中，我将列出一种名为16QAM的方法，该方法也用于Wi-Fi等。(这次为了制作简单的图，以16QAM为例，也使用了64QAM)

图9 16QAM的符号极坐标表示

将16QAM的振幅和相位放在极坐标上，如上图所示。

16个蓝色圆圈被称为用于传输的符号。通过拥有16个符号，您可以发送每个符号4位的数据。换句话说，每个对应于“0000”到“1111”。因为是极坐标，所以离中心的距离是振幅，也就是越在外侧的圆上越大。

在每个圆周上，垂直方向上的相位偏差为零，向右转越多，“转动角度”意味着相位偏移/超前信号。变得相当复杂了。

振幅分为三个部分。需要注意的一点是，相同振幅上的相位划分不是在所有振幅上以均匀的相位差进行调制，而是具有略微独特的划分。因此，“16分割网格的每个中心”都包含符号。极坐标上符号之间的距离变得更近的事实意味着很难区分它，因此它似乎适合这种形式，以便可以牢固地确定每个符号之间的距离。

顺便说一下，正如“频率和数据速率”和“频率失真和编码”专栏中的单独文章所述，NRZ 支持两倍奈奎斯特频率的数据速率，PAM4 支持四倍奈奎斯特频率的数据速率。尽管无法统一比较无线调制和直接信号传输，但“尽管有调制”，16QAM 的数据速率与频率效率似乎与 PAM4 相当。

它有64QAM和256QAM,所以它似乎能够以惊人的效率发送数据。但是，如果它变得复杂，接收方的再现自然变得困难・・・・。

另一方面，频谱效率的定义是关于载波带宽延迟的数据量，并且单位表示为bit/s/Hz。带宽是展开对调制载波频率的“范围”，当稍后讨论。并且存在Shannon Hartley定理，在噪声环境下可以无错误地传输的最大信息量由下式确定，并且无论编码方法如何都建立。

最大通信容量=带宽×log 2（1+信号功率/噪声功率）

随着噪音变大，log2中括号的内容将变得越来越小，最终变为1。1的对数无论多低都是零，所以最大通信容量也是零。

另一方面，如果信号功率足够大，则可以以更高的效率进行信号传输。不幸的是，由于带宽是带宽而不是载波频率，当然，更高的载波频率更容易增加带宽，但似乎很难直接想象数据速率。

因此，让我们看看每一代Wi-Fi的例子，看看它实际上是多少无线数据速率。(4~7)

无线LAN标准	最大速度	频带	调制方式
Wi-Fi 7	46Gbps	2.4GHz/5GHz/6GHz频带	4096QAM
Wi-Fi 6	9.6Gbps	2.4GHz/5GHz频带	1024QAM
Wi-Fi 5	6.9Gbps	5GHz频带	256QAM
Wi-Fi 4	300Mbps	2.4G/5GHz频带	64QAM

大约10Mbps图像的Wi-Fi也变得相当快。

虽然开头引用的Wi-Fi示例设置为100Mbps是通过Wi-Fi发送100BSE-T的示例，但最大值不再可以发送1000BASE-T,并且有很多人实际使用它我想。(我没有受益，因为它是公寓公寓型基线，最高100Mbps ・・・・)

调制方法也变得越来越高效，从64QAM (6位/符号) →256QAM (8位/符号) →1024QAM (10位/符号) →4096QAM (12位/符号) 。

通过这种方式，即使使用相同的载波，也可以通过数字独特的调制方法发送的数据量稳步增加。

那么，连接这些调制信号的连接器是什么?

调制波和连接器

调制波通过的地方

我认为使用调制波的无线通信大致分为块，如下所示。

首先，发送方从载波和要发送的信号创建调制波，放大和发送调制波。

另一方面，在接收侧，在天线接收后，它将削减额外频率 (带外) 的噪声，在放大后解调。

图10无线传输块和调制信号通过的大致位置

此时，红色阴影部分是调制信号通过“有线”的地方。如果这里有电连接，则使用适合它的连接器。顺便说一下，载波是调制波的主要频率的信号，所以传输线路形态也容易和调制波共用。

调制波中值得注意的频率

关于数字传输中传输线和连接器应考虑的频率，我们已在前面引用的“频率和数据速率”和“频率失真和编码”中解释了背景等。对于普通数字信号，需要根据数据速率从低到高的大范围内考虑奈奎斯特频率。性能的连续性也很重要；例如，如果特性在低于奈奎斯特特性的范围内“太好”，这将直接导致波形失真。

那么基于调制波的无线通信怎么样呢?它仍然取决于数据速率吗?我认为有很多人认为“不是!”。

是啊。在调制波无线通信中，载波频率确定连接器考虑的频率，而不考虑数据速率。当然，从上述Shannon Hartley的定义可以看出，所需性能的严重性可能会变得严重，但您应该关注的频率由载波的频率决定。

图11无线通信/调制波要考虑的频率

然而，由于调制具有一定的频带，因此必须考虑载波±α的频带。如果正确确定了应用程序，则在此有限范围内具有极高性能的连接器是最佳的。

另一方面，当考虑对称为连接器的部件的要求时，需要一定程度的多功能性。对于支持多频段的设备，为每个频段使用不同类型的连接器也很麻烦。因此，在实际操作中，在较宽的带宽中提供高性能的连接器是首选。

单端传输，就是同轴系统。

调制信号基本上是单端的。

在用天线拾取之后，存在单端→差分转换由芯片平衡之类的东西执行作为EMC对策的情况，但是在许多情况下它被用作单端。

正如《单端传输与差分传输连接器性能差异的原因》专栏中所解释的那样，同轴连接器/电缆继续用于单端传输，所以说到单端传输，现在来了同轴连接器/电缆。

VSWR还是回击损失?

无线通信中使用的同轴连接器要求具有很多特性，但VSWR尤为重要。驻波比与回波损耗基本相同，可以通过计算公式进行唯一换算。下面的链接列出了各自的定义，但转换公式如下。

返回损耗 (dB) =–20 x log (VSWR–1) / (VSWR+1)

特别地，VSWR优选作为无线通信领域中开发的同轴连接器的性能参数。当涉及到天线性能等时，VSWR 格式比回波损耗格式更容易可视化、计算和比较。

另一方面，在数字传输的世界中，返回损耗仍然更熟悉或更容易处理，但即使同轴连接器进入该世界，相应项目中列出的性能通常也是VSWR有很多。

我们还使用 FAKRA 连接器作为我们的“车载同轴摄像头解决方案”。

我们还在相应的页面上声明“与FAKRA连接器制造商合作，对本公司的背壳、PCB连接器的组合进行评价和验证，保证整体的配合和传输。”。顺便说一句，如果想要通过初始交换了解反射特性时呈现的性能是VSWR显示，并且它是图形的“图像”，则我们收到的工程师似乎冻结了几秒逗号。(当然，我们将通过后续互动加深相互理解)

虽然谈话略有不同，但可以说除了要关注的频率之外，用于无线通信和直接数字传输的连接器表明了“你关心的点”之间的区别。

有多难?

同轴连接器的VSWR方面，测量用VSWR有1.05以下的，而在无线通信用途中，规格频带的最大值大多为1.2~1.5尤其是1.3以下的最多。让我们将其与直接执行几种数字传输的差分传输标准和标准的返回损耗 (Sdd21) 进行比较。

关于我们的标准，请参阅“关于板对板连接器支持的数据速率的定义”和“关于FPC/FFC连接器支持的数据速率的定义”，其中将提供包括设置背景在内的说明。 我会。

图12操作接口与反射请求的区别

如果您查看此处，您可以想象无线通信连接器对差分IF的反射要求很高。这是我之前提到的“在有限的范围内具有非常高的性能”的原因之一。

此外，我们提到很多VSWR的产品上限都是1.2~1.5。但是，在实际的设备设计中，性能更高的产品在功能范围内是首选。除了连接器之外的部件也存在劣化，特别是在接收侧，我想通过天线拾取的无线电最终将疲惫的信号带到解调，同时防止甚至一点点劣化I.。除VSWR之外，与信号质量相关的性能也是如此。

关于连接器结构

正如同一专栏《单端传输，然后是同轴系统》和另一篇专栏《单端传输与差分传输连接器性能差异的原因》中所解释的那样，单端传输需要单端传输A连接器。需要具有适合传输的结构。此外，在板之间的连接中，有时需要超越简单的“仅连接您负责的部件”的功能，例如易于组装和消除连接多个设备时的机械问题。

因此，正如本栏所述，“偏离和接近同轴结构”这一点是连接器结构的关键。其中引用的“浮动同轴连接器，允许在盆状托盘中轴连接器偏移”正是为此目的而开发的。

在设计结构时，重要的是如何在最小的细节上保持稳定且连续的特性阻抗。关于结构与特性阻抗的关系，虽然产品的形式不同，但“浮动”和“高速传输”是否是矛盾的要求？”，但也请参考它。

我们公司擅长的是基板间的连接，通信机中天线基板的连接使用大量的同轴连接器。在车载市场中，鲨鱼鳍天线等多频段兼容仍然需要多个同轴连接。2022年9月现在，虽然对应这些的产品还没有上市，但是添加了新的附加价值的产品在同轴和疑似同轴两方面的概念下正在锐意开发中。

当这种情况发生时，我认为我们将能够向我们网站上“连接提案”的“工业设备连接器”和“汽车连接器”部分添加新的应用程序。

最后，

谢谢你陪我到最后。

这个时代的主题比以往任何时候都更加复杂。我自己也有疑问，到目前为止我只是模糊地抓住了它，我回顾并重新调查了很多内容。虽然有点辛苦，但是学到了很多。

还有许多困难的地方，可能有另一种更好的解释方式，所以如果你能评论一些详细的人，那就太好了。关于相关产品，它将是我们希望在未来强调的领域，同时充分利用我们的优势，而不是我们目前擅长的领域。请期待未来的新产品发布!