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1 # 重慶葉宏
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2 # 數智風
先說下我的答案:電磁波是透過調變解調器來攜帶資訊的,相同頻率的電磁波在同一覆蓋區域是會互相干擾的的,兩部手機同時打電話不干擾是基站技術規避的。下面再從原理上說下理由:
1、電磁波載波原理①、電磁波的發現和產生
這裡得感謝兩位偉大的科學家麥克斯韋和赫茲。天才麥克斯韋在1865年完成了電磁場理論的經典鉅著《論電和磁》,並於1873年出版。電磁場理論闡述了兩個基本觀點:
不僅電荷能夠產生電場,變化的磁場也能產生電場;不僅電流能夠產生磁場,變化的電場也能產生磁場;這裡講電場和磁場就是我們現在說的電磁波的兩種表現形式。但這還僅限於理論,直到1886年,另一位物理學家赫茲透過對電磁學的深入研究並同反覆實驗,終於首次實現了電磁波的發射和接收,轟動全世界的科學界。
根據前面的麥克斯韋電磁理論,我們只要產生變化的電場就能激發變化的磁場。變化的磁場又會激發電場。這樣迴圈的傳遞形式就是電磁波。現實中,我們可以透過一個電子振盪器來產生電磁波。在這個最簡單的電子電路主要包括電阻、電容、電感和電源。
②、電磁波的載波
我們知道了電磁波的發生。如果我們需要將訊號疊加到電磁波上來傳輸,我們需要用到調變解調器。調變解調器的調製過程就是電磁波的載波過程。它的主要原理是
將有用的數字訊號轉變成按數字訊號規律變化的電磁波,我們叫訊號波。用電子震盪器產生的用於發射的電磁波,我們叫它載波。調變解調器將訊號波和載波疊加在一起形成新的電磁波,我們叫它訊號載波。以上將訊號波和載波合成為訊號載波的過程就是電磁波的載波過程,我們也叫它調製過程。這個調製過程主要有兩種方法。
● 一種是調頻
調頻就是將訊號源的電磁波疊加到發射電磁波過程中,改變發射電磁波的頻率。使得發射電磁波的頻率在一定範圍內變化。比如:疊加音訊訊號,高音就把頻率調高一點,低音就把頻率調低一點。最後形成的載波電磁波如下圖:
● 一種是調幅
調幅就是將訊號源的電磁波疊加到發射電磁波過程中,改變電磁波的波幅,使得發射電磁波的波幅在一定範圍內變化。同樣拿疊加音訊訊號為例,高音就把波幅調大,低音就把波幅調小。最後形成的載波電磁波就如下圖:
這就是電磁波的載入訊號的方式,是透過調變解調器來載入的。
2、電磁波的同頻干擾電磁波在空間中傳播和我們認識的機械波一樣,它會發生反射、折射、衍射、散射。兩束電磁波在同一空間相遇也會發生共振,電磁波的這種共振現象我們就叫它電磁波的干擾。電磁波干擾發生的原理和機械波一樣。電磁波的干擾聽起來比起復雜,我們就從機械波入手。我們知道,兩束機械波空中相遇時,在交匯點,兩束波的振子如果是同向運動會加強,如果是反向運動則會抵消減弱。
電磁波的干擾和機械波原理類似,當兩束電磁波在空中交匯時,電磁波的變化是:
高電位互相疊加就會加強,低電位互相疊加會變的更低電位。如果高低位和低電位疊加會互相抵消,誰比較強,就保留強者的差值。電磁波發生干擾的條件就是兩束電磁波頻率有交叉或者相同。同時,頻率重疊越大,干擾越大。對於我們的訊號載波如果發生干擾的話,裡面的載波訊號很可能就發生了變化,導致接收終端無法正確收到發射端的訊號。這是任何無線通訊都必須想辦法規避的。
3、兩個人同時打電話不干擾,是基站技術規避的兩個人同時打電話,從電磁波理論上講確實是會存在同頻干擾的。但是,實際我們打電話時很少發生干擾。這是我們的訊號基站用了分空間多重進接(MU-MIMO)的技術來想辦法減少干擾的。分空間多重進接存技術的原理講來太過複雜,這裡就通俗打個比喻來講:
1個基站我們比喻成一個燈塔。基站上的天線矩陣比喻成燈塔上的各種探照燈。假設我們這裡燈塔上有12個探照燈。每個探照燈還可以發射不同顏色的光(對應電磁波不同的頻率)。相同顏色探照燈照到同一個位置就會發生炫目(對應干擾)。那當我們兩個人同時需要燈塔照射來通話時,燈塔會開兩站探照燈同時開啟對不同的人進行照射,而且會採用不同顏色的探照燈來照。這樣兩個人就可以順利通話,而且互相不干擾。當然,人越多基站就需要協調的天線和探照燈顏色越多。當達到基站極限時,基站會不再接入新使用者。這就是達到了容量極限了。從上面比喻我們應該大致瞭解了基站避免干擾的協調辦法。主要就是對空間區域進行劃分,對頻率進行細分。來達到規避同一個區域出現相同頻率干擾的情況。
總結總之,電磁波載入訊號是透過調變解調器將訊號疊加到載波上去的。而同頻的電磁波出現在同一個區域絕對是會干擾的。兩個人同時打電話不干擾是基站的分空間多重進接規避的。無線電通訊是非常複雜的,我這裡拋磚引玉,希望可以幫到你。如有說的不對的地方,希望大家多多指正。
電磁波是怎麼攜帶資訊的?為什麼電磁波在傳播時不會相互干擾?比如用兩部手機分別打給不同的人時電磁波在空中傳播時沒有相互干擾或直接交叉?
回覆列表
電磁波有兩種,無線電波與光族波,本質不同,都可用於通訊。
光族波用於通訊的有微波與鐳射,用脈衝調置訊號。由於是定向直線傳播,只要不遮擋,互相不發射到同一目標,既使頻率相同也不會干擾的。
無線電波是穿透性傳播,同一頻率同一區域就會互相干擾。解決辦法,利用發射功率與傳播距離的限制,同一頻段只在各個區域有效。比如各家的路由器規定好有限功率百毫瓦,只在數米有效。手機基站同樣也一定距離範圍有效,基站間也不會干擾。
電波通訊都用頻段概念,是一個頻率範圍,比如100M頻寬,每一頻寬又分為N個頻道,各個手機用各個頻道通訊,就不會衝突。每一基站頻道是有限的,接入的手機數也是有限的。哪隻手機長時間通話佔用頻道,而空閉頻道緊張時會強制斷開。頻道緊張時,手機撥號無法撥出,出現忙音,在小地震後,撥一下手機試試,保證打不出去。
另一個是頻道複用。網路通訊會申請佔用頻道,用完就斷開。各個手機就能共享複用同一頻道通訊。通訊技術用多種辦法解決干擾衝突,共享有限頻道。