Почему радиосигналы не мешают друг другу все время?

Я новичок в беспроводных технологиях и пытаюсь понять, как они работают.

Одна вещь, которую я не понимаю, заключается в следующем: почему передачи с разных устройств не мешают друг другу все время?

Например, я живу в плотном мегаполисе. На моем столе роутер и ноутбук, подключенный к нему через WiFi. Могу поспорить, что в окружающем меня радиусе 100 метров есть как минимум еще 100 маршрутизаторов и еще как минимум 200 устройств (ноутбуков или сотовых телефонов), которые подключены к вышеупомянутым маршрутизаторам. Все они общаются друг с другом одновременно. Как мой скромный ноутбук и мой простой маршрутизатор могут отправлять сообщения друг другу? Когда мой маршрутизатор отправляет сообщение, как мой ноутбук может уловить его от всех шумов на этих частотах?

Этот вопрос касается и телефонных сетей. Как телефон может надежно связаться со своей вышкой, если поблизости есть 500 телефонов, которые общаются с одной и той же вышкой? Как они узнают, какие данные принадлежат какому телефону?

Спасибо за удовлетворение моего любопытства!

Ох, но они мешают!

В игре есть несколько механизмов, позволяющих разделять радиоволны различными упомянутыми радиоисточниками - ключевое слово « мультиплексирование» во всех его разновидностях.

1. Полосы частот : разные радиочастотные устройства используют разные «полосы» частот, которые обычно распределяются и управляются соответствующими местными органами власти, например, FCC или ITU. Это называется распределением спектра и варьируется между странами с некоторыми общими тенденциями. Приемники настроены на прием и усиление только тех сигналов в интересующей полосе, ослабляя остальные радиочастоты. Это частотное мультиплексирование .
   Примеры :

   • Спутники GPS связываются с гражданскими телефонами GPS в полосах частот 1,57542 ГГц (L1) и 1,2276 ГГц (L2).
   • Устройства WiFi / Wireless LAN обычно используют диапазоны 2,4 ГГц и 5 ГГц, хотя некоторые другие также выделяются в определенных географических регионах / целях.
   • Некоторые устройства RFID используют полосу 13,56 МГц
   • Развлекательные каналы FM-радио обычно используют полосу от 87,5 до 108,0 МГц (Европа, Африка, Индия) или колебания в этом диапазоне, например, от 76 до 90 МГц в Японии.

2. Частотные каналы в полосах: в вышеуказанных полосах частот отдельные передачи / устройства используют отдельные более узкие каналы или частотные диапазоны, часто с неиспользованными «защитными полосами», оставленными между ними, чтобы уменьшить помехи или избежать устаревших каналов. Кроме того, используются такие механизмы, как динамический выбор частоты (DFS), такие как устройства WiFi диапазона 5 ГГц, для изящного и автоматического переключения каналов при обнаружении помех.
   Таким образом, из вышеприведенного примера 2,4 ГГц, устройства WiFi могут быть сконфигурированы для любого из 11 (14 в некоторых странах) каналов, начиная с центральной частоты 2412 МГц, с 5 МГц между соседними каналами, то есть 2417, 2422 и т. Д. на. Следовательно, если WiFi-маршрутизатор вашего соседа заметно мешает вашему, вы всегда можете переключиться на другой канал, который не имеет такой большой активности.

3. Пространственное разнесение : поскольку два радиочастотных источника достаточно разделены в географическом отношении по отношению к излучаемой мощности на устройство, помехи незначительны. Допустимая максимальная мощность радиоизлучения на полосу также регулируется и часто индивидуально лицензируется регулирующими органами спектра.
   Таким образом, даже если две гарнитуры BlueTooth в здании использовали один и тот же частотный канал, при условии, что они достаточно физически разнесены, учитывая довольно низкую мощность радиопередачи каждого, никаких радиочастотных помех не будет отмечено.

4. Мультиплексирование с кодовым разделением - скачкообразная перестройка частоты / передача с расширенным спектром: некоторые типы устройств связи используют динамически измененные частоты или даже передачу с расширенным спектром, охватывающую диапазон частот, чтобы избежать помех из-за помех. Наиболее известным таким приложением может быть услуга сотовой связи CDMA .
   Даже когда некоторые помехи возникают в таких методах, природа механизма обеспечивает достаточную сквозную пропускную способность для поддержания эффективной связи.
5. Мультиплексирование с временным разделением : В любом данном «канале» связи (и это не только RF, это в равной степени применимо, например, к медной или волоконной оптике) существует определенная величина пропускной способности символов - на простейшем двоичном уровне, который может столько же битов «включено» и «выключено» может передаваться в секунду, в то время как такие методы, как квадратурная фазовая манипуляция, увеличивают этот коллектор «плотности» емкости. Таким образом, для передающего оборудования просто использовать канал порциями времени, либо с временем биения «барабанного мастера» и назначением отдельных временных интервалов каждому запрашивающему устройству, либо с помощью некоторой формы интеллектуальной анархии, такой как обнаружение столкновений и повторная передача (например, классический Ethernet CSMA-CD).
6. Более экзотические методы, такие как поляризационное мультиплексирование : они чаще всего используются в волоконно-оптической связи, но также широко используются в радиосвязи точка-точка. В этой форме разделения каналов представьте, что каждый электромагнитный «луч» поляризован для определенной ориентации при передаче. На удаленном конце соответствующим образом поляризованные приемные антенны демультиплексируют или различают сигналы с разной поляризацией, что позволяет использовать несколько пространственно совпадающих каналов радиосвязи.

Вышесказанное никоим образом не является исчерпывающим трактатом о том, как могут сосуществовать различные РЧ-устройства, но оно должно содержать достаточные ключевые слова для дальнейшего поиска, если это желательно.

Используется ряд методов, часто в сочетании.

• Доступный частотный спектр делится на большое количество полос, каждая из которых может передаваться и приниматься независимо. Таким образом, радиостанции и ваш WiFi могут работать без помех от других (близлежащих) радиостанций и устройств WiFi. (Частотное разделение каналов)

• Сотовые телефоны не называются сотовыми телефонами даром: каждая башня сотовой связи занимает небольшую площадь (это сотовая связь). Соседние ячейки не используют одинаковую частоту, но ячейки на немного большем расстоянии. Следовательно, небольшой набор частот может охватывать обширную область без помех. (Пространственное мультиплексирование с разделением)

• Одна вышка сотовой связи может обслуживать множество сотовых телефонов (и ваш Wi-Fi может обслуживать множество беспроводных компьютеров), если вы будете последовательно общаться с каждым из них. Существует бесчисленное множество хитроумных схем для синхронизации таких разговоров. (Мультиплексирование с временным разделением)

• Башня сотовой связи может одновременно и на одной и той же частоте передавать различное сообщение на большой набор телефонов, XOR присваивая каждому сообщению последовательность клавиш, уникальную для телефона, и передавая сумму всех сообщений. (Кодовое разделение каналов)

Это упрощенный ответ для людей, которые считают себя новичками в радио

Представьте, что радиоспектр - это ваша музыка, играющая в стиле hi-fi. Если бы у вас был графический эквалайзер на нем, вы могли бы делать непристойные вещи с тональностью звука, например, просто усиливать звук на 1 кГц - сдвинуть регулятор 1 кГц на максимум и уменьшить все остальные до минимума - так радио настраивается на одну передачу и исключает (в основном) все другие группы.

Для другой станции может потребоваться только увеличение (скажем) 500 Гц, поэтому вы перемещаете регулятор 500 Гц до максимума и сводите все остальные к минимуму - то, что вы слышите, это просто тоны с частотой около 500 Гц.

Радиостанции - это выделенные полосы для передачи, и они имеют разные частоты, так что довольно просто настроить радиостанцию, которую вы хотите.

Все устройства Wi-Fi используют разные полосы частот - существуют логические правила, когда новое устройство «присоединяется» к маршрутизатору Wi-Fi - оно получает свою собственную полосу частот. То же самое с сотовыми телефонами и т. Д.

Вы также должны помнить, что выходная мощность маршрутизатора преднамеренно ограничена, поэтому его диапазон вызывает ограниченные перекрестные помехи с другими маршрутизаторами. Это то же самое для всех радиоустройств, как это. Доступны буквально сотни (может быть, тысячи) каналов, и если бы мощность для каждого устройства была слишком высокой, система была бы невозможна.

Это действительно немного похоже на златовласку - это правильно, учитывая ограничения средней мобильности устройства и количества устройств в данной «ячейке».

Обратный закон R-Squared приходит на помощь. Интенсивность сигнала на расстоянии Rот его источника пропорциональна 1/R^2; звук или сигнал WiFi падают очень быстро по мере удаления от него.

Так что рассмотрите людей, разговаривающих на вечеринке. Вы можете хорошо слышать человека, стоящего перед вами, и, если уровень шума не очень высокий, вы, вероятно, можете общаться с ними без смущения. Вы можете быть отвлечены тем, кто громко говорит на расстоянии метра или двух; Возможно, вам придется попросить собеседника периодически повторять несколько слов или предложение. Но вы в основном слышите только низкий уровень шума от людей, говорящих в других частях комнаты, и в основном без особого влияния на ваш собственный разговор.

Не желая быть слишком упрощенным с моим ответом; человек, участвующий в беседе с двумя людьми, подсознательно настраивает голосовые характеристики других людей, чтобы лучше слышать, что один другой человек, присутствующий на упомянутой вечеринке, лучше и / или более конкретно, чем другие участники упомянутого праздничного мероприятия.

По сравнению с электронным устройством, использующим аттенюатор DTMF. При этом человеческое ухо, параллельно с человеческим мозжечком (человеческим мозгом), расшифровывает тон, высоту и интонацию выбранного персонажа, с которыми индивид решает вступить в свой передовой и двусмысленный разговор.

Во многом так же, как электронная схема в сборе, по аналогии, очерчивает правильный путь соединения.

В электронном виде это достигается путем использования конфигурации ослабления CTCSS или DCS или, возможно, комбинации CTCSS и совместимой логики DCS, чтобы упростить электронную гармонию совместимой связи между отдельными электронными компонентами; где можно помнить, что каждый электронный компонент имеет свою собственную идентификационную электронную подпись; почти так же, как и письменные / печатные подписи людей.

POSTED: 03 APR 2018. 02:19Z-UTC.