Dlaczego sygnały radiowe nie zakłócają się cały czas?

Jestem nowicjuszem w dziedzinie technologii bezprzewodowych i staram się zrozumieć, w jaki sposób działają.

Nie rozumiem tylko tego: dlaczego transmisje z różnych urządzeń nie zakłócają się przez cały czas?

Na przykład mieszkam w gęstej aglomeracji. Na moim biurku jest router i laptop podłączony do niego przez Wi-Fi. Założę się, że w promieniu 100 metrów wokół mnie jest co najmniej 100 więcej routerów i co najmniej 200 innych urządzeń (laptopów lub telefonów komórkowych), które są podłączone do wyżej wspomnianych routerów. Wszystkie komunikują się ze sobą w tym samym czasie. W jaki sposób mój skromny laptop i mój skromny router mogą wysyłać do siebie wiadomości? Kiedy mój router wysyła wiadomość, w jaki sposób mój laptop może ją odebrać po całym hałasie na tych częstotliwościach?

To pytanie dotyczy również sieci telefonicznych. Jak telefon może niezawodnie komunikować się ze swoją wieżą, skoro w pobliżu znajduje się 500 telefonów, które komunikują się z tą samą wieżą? Skąd wiedzą, które dane należą do którego telefonu?

Dzięki za zaspokojenie mojej ciekawości!

Och, ale przeszkadzają!

W grze występuje kilka mechanizmów pozwalających na dzielenie fal radiowych przez różne wspomniane źródła radiowe - słowem kluczowym jest multipleksowanie , w różnych smakach.

1. Pasma częstotliwości : Różne urządzenia RF wykorzystują różne „pasma” częstotliwości, które zwykle są przydzielane i zarządzane przez odpowiednie władze lokalne, np. FCC lub ITU. Nazywa się to alokacją widma i różni się w zależności od kraju, z pewnymi ogólnymi trendami. Odbiorniki są dostrojone, aby odbierać i wzmacniać tylko te sygnały w interesującym paśmie, tłumiąc resztę częstotliwości radiowych. To jest multipleksowanie częstotliwości .
   Przykłady :

   • Satelity GPS komunikują się z cywilnymi zestawami GPS na pasmach częstotliwości 1,57542 GHz (L1) i 1,2276 GHz (L2).
   • Urządzenia WiFi / Wireless LAN zwykle używają pasm 2,4 GHz i 5 GHz, chociaż kilka innych jest również przydzielonych w niektórych obszarach geograficznych / celach.
   • Niektóre urządzenia RFID wykorzystują pasmo 13,56 MHz
   • Kanały radia FM zwykle wykorzystują pasmo 87,5 do 108,0 MHz (Europa, Afryka, Indie) lub warianty w tym zakresie, np. 76 do 90 MHz w Japonii.

2. Kanały częstotliwości w ramach pasm: W ramach powyższych pasm poszczególne transmisje / urządzenia wykorzystują wyraźne węższe kanały lub zakresy częstotliwości, często z pozostawionymi między nimi nieużywanymi „pasmami ochronnymi” w celu zmniejszenia zakłóceń lub uniknięcia starszych kanałów. Ponadto wykorzystywane są mechanizmy takie jak dynamiczny wybór częstotliwości (DFS), takie jak urządzenia Wi-Fi w paśmie 5 GHz, aby z wdziękiem i automatycznie przełączać kanały po zaobserwowaniu zakłóceń.
   Tak więc, z powyższego przykładu 2,4 GHz powyżej, urządzenia WiFi mogą być skonfigurowane dla dowolnego z 11 (14 w niektórych krajach) kanałów rozpoczynających się na częstotliwości środkowej 2412 MHz, z 5 MHz między sąsiednimi kanałami, a więc 2417, 2422 itd. na. Dlatego jeśli router Wi-Fi sąsiada znacząco zakłóca Twój, zawsze możesz przełączyć się na inny kanał, który nie ma tak dużej aktywności.

3. Różnorodność przestrzenna : tak długo, jak dwa źródła RF są wystarczająco oddalone pod względem geograficznym w stosunku do emitowanej mocy na urządzenie, zakłócenia są nieznaczne. Dopuszczalna maksymalna moc emisji radiowej na pasmo jest również regulowana i często indywidualnie licencjonowana przez organy regulujące widmo.
   Zatem nawet gdyby dwa zestawy słuchawkowe BlueTooth w budynku używały tego samego kanału częstotliwości, o ile są one wystarczająco fizycznie oddzielone, biorąc pod uwagę dość niską moc transmisji radiowej każdego z nich, nie odnotowano by żadnych zakłóceń RF.

4. Multipleksowanie z podziałem kodu - przeskakiwanie częstotliwości / transmisja z widmem rozproszonym: Niektóre typy urządzeń komunikacyjnych wykorzystują dynamicznie zmieniane częstotliwości, a nawet transmisję z widmem rozproszonym obejmującym pewien zakres częstotliwości, aby uniknąć zakłócania przez interferencje. Najbardziej znaną aplikacją może być usługa komórkowa CDMA .
   Nawet gdy w takich technikach występują pewne zakłócenia, charakter mechanizmu zapewnia wystarczającą liczbę od końca do końca, aby utrzymać skuteczną komunikację.
5. Multipleksowanie z podziałem czasu : w dowolnym „kanale” komunikacji (i to nie tylko RF, ma to również zastosowanie na przykład do miedzi lub światłowodów) istnieje pewna ilość pojemności transmisji symboli - na najprostszym poziomie binarnym, który może może być przesyłanych tyle bitów „włączonych” i „wyłączonych” na sekundę, podczas gdy techniki takie jak kwadraturowe kluczowanie przesunięcia fazowego zwiększają tę różnorodność „gęstości”. W ten sposób sprzęt transmisyjny może wykorzystać kanał w krótkim czasie, albo z czasem pobicia „mistrza perkusji” i przypisując indywidualne szczeliny czasowe do każdego urządzenia żądającego, albo za pomocą jakiejś inteligentnej anarchii, takiej jak wykrywanie kolizji i ponowna transmisja (np. klasyczny Ethernet CSMA-CD).
6. Bardziej egzotyczne metody, takie jak multipleksowanie polaryzacyjne : Są one najczęściej stosowane w komunikacji światłowodowej, ale są również szeroko stosowane w komunikacji radiowej punkt-punkt. W tej formie separacji kanałów pomyśl o każdej „wiązce” elektromagnetycznej spolaryzowanej do określonej orientacji podczas transmisji. Na odległym końcu odpowiednio spolaryzowane anteny odbiorcze demultipleksują lub rozróżniają różne spolaryzowane sygnały, umożliwiając w ten sposób wiele przestrzennie zbieżnych kanałów komunikacji radiowej.

Powyższe nie jest w żaden sposób wyczerpującym traktatem o tym, jak różne urządzenia RF mogą współistnieć, ale powinno dostarczyć wystarczających słów kluczowych do dalszego wyszukiwania, jeśli jest to pożądane.

Stosuje się wiele technik, często w połączeniu.

• Dostępne spektrum częstotliwości jest podzielone na dużą liczbę pasm, z których każdy może być transmitowany i odbierany niezależnie. W ten sposób stacje radiowe i WiFi mogą działać bez zakłóceń przez inne (w pobliżu) stacje radiowe i zestawy Wi-Fi. (Multipleksowanie z podziałem częstotliwości)

• Telefony komórkowe nie bez powodu nazywane są telefonami CELL: każda wieża telefonu komórkowego obejmuje niewielki obszar (to komórka). Komórki sąsiednie nie używają tej samej częstotliwości, ale komórki w nieco większej odległości tak. Dlatego niewielki zestaw częstotliwości może pokryć rozległy obszar bez zakłóceń. (Multipleksowanie z podziałem przestrzennym)

• Pojedyncza wieża telefonu komórkowego może obsługiwać wiele telefonów komórkowych (podobnie twój zestaw Wi-Fi może obsługiwać wiele komputerów bezprzewodowych), rozmawiając z nimi kolejno. Istnieją niezliczone sprytne schematy synchronizacji takich rozmów. (Multipleksowanie z podziałem czasu)

• Wieża telefonu komórkowego może jednocześnie i na tej samej częstotliwości przesyłać inną wiadomość do dużego zestawu telefonów, XORując każdą wiadomość za pomocą sekwencji klawiszy, która jest unikalna dla telefonu i transmitując sumę wszystkich wiadomości. (Multipleksowanie z podziałem kodu)

To uproszczona odpowiedź dla osób, które w radiu opisują się jako nowicjusze

Wyobraź sobie, że spektrum radiowe jest Twoją muzyką hi-fi. Jeśli masz na nim korektor graficzny, możesz robić nieprzyzwoite rzeczy w tonie audio, np. Ulepszać rzeczy przy 1 kHz - przesuń kontrolkę 1 kHz na maksimum i zredukuj pozostałe do minimum - tak radio dostraja się do jednej transmisji i wyklucza (w dużej mierze) wszystkie inne pasma.

Inna stacja może wymagać tylko zwiększenia (powiedzmy) 500 Hz, więc przesuń kontrolkę 500 Hz na maksimum i zredukuj wszystkie pozostałe do minimum - usłyszysz tylko dźwięki o częstotliwości około 500 Hz.

Radiom przydzielono pasma do nadawania i mają one różne częstotliwości, więc dostrojenie się do wybranej stacji jest dość łatwe.

Wszystkie urządzenia Wi-Fi używają różnych pasm częstotliwości - istnieją logiczne zasady, gdy nowe urządzenie „dołącza” do routera Wi-Fi - przydzielane jest mu własne pasmo częstotliwości. To samo z telefonami komórkowymi itp.

Musisz także pamiętać, że moc wyjściowa routera jest celowo ograniczona, więc jej zasięg powoduje ograniczone „przesłuchy” do innych routerów. To samo dotyczy wszystkich takich urządzeń radiowych. Dostępne są dosłownie setki (może tysiące) kanałów, a jeśli moc transmisji dla każdego urządzenia byłaby zbyt wysoka, system nie byłby możliwy.

To naprawdę trochę jak złotowłosa - jest w sam raz, biorąc pod uwagę ograniczenia średniej mobilności urządzenia i liczby urządzeń w danej „komórce”.

Na ratunek przychodzi prawo odwrotnego kwadratu R. Natężenie sygnału w odległości Rod źródła jest proporcjonalne do 1/R^2; dźwięk lub sygnał Wi-Fi zanika bardzo szybko w miarę oddalania się od niego.

Rozważ więc ludzi rozmawiających na imprezie. Możesz usłyszeć osobę przed sobą całkiem dobrze i chyba że poziom hałasu jest naprawdę wysoki, prawdopodobnie możesz rozmawiać z nią bez zamieszania. Możesz być rozproszony przez kogoś mówiącego głośno o metr lub dwa dalej; być może będziesz musiał poprosić swojego partnera do rozmowy, aby od czasu do czasu powtórzył kilka słów lub zdania. Ale głównie słychać brzęczenie na niskim poziomie od ludzi rozmawiających w innych częściach pokoju i przeważnie bez większego wpływu na własną rozmowę.

Nie chcę być zbyt uproszczony z moją odpowiedzią; osoba zaangażowana w dwuosobową rozmowę, podświadomie dostosowuje cechy głosu innych osób, aby lepiej słyszeć tę drugą osobę, uczestniczącą w imprezie, lepiej i / lub bardziej szczegółowo niż inni uczestnicy wspomnianego wydarzenia uroczystości.

Porównywalny z urządzeniem elektronicznym, które wykorzystuje tłumik DTMF. W tym przypadku ludzkie ucho, równolegle do ludzkiego móżdżku (ludzkiego mózgu), rozszyfrowuje ton, ton i intonację wybranej osoby, z którą jednostka decyduje się na najważniejszą i najważniejszą rozmowę.

W ten sam sposób, w jaki zespół obwodów elektronicznych, analogicznie, wytyczy swoją prawidłową ścieżkę (ścieżki) połączenia.

Elektronicznie jest to realizowane przez zastosowanie konfiguracji tłumiącej CTCSS lub DCS lub być może kombinacji CTCSS i kompatybilnej logiki DCS, aby ułatwić harmonię elektroniczną kompatybilnej komunikacji między poszczególnymi elementami elektronicznymi; gdzie należy pamiętać, że każdy element elektroniczny ma swój własny podpis elektroniczny; podobnie jak ludzkie podpisy / drukowane podpisy.

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