ทำไมสัญญาณวิทยุถึงไม่รบกวนซึ่งกันและกันตลอดเวลา?

ฉันเป็นมือใหม่เกี่ยวกับเทคโนโลยีไร้สายและฉันก็พยายามเข้าใจว่ามันทำงานยังไง

สิ่งหนึ่งที่ฉันไม่เข้าใจคือสิ่งนี้: ทำไมการส่งสัญญาณจากอุปกรณ์ต่าง ๆ จึงไม่รบกวนซึ่งกันและกันตลอดเวลา?

ตัวอย่างเช่นฉันอาศัยอยู่ในเขตเมืองที่หนาแน่น มีเราเตอร์บนโต๊ะทำงานและแล็ปท็อปเชื่อมต่อผ่าน WiFi ฉันจะพนันได้ว่าในรัศมี 100 เมตรรอบตัวฉันมีเราเตอร์อย่างน้อย 100 ตัวและอุปกรณ์อย่างน้อย 200 เครื่อง (แล็ปท็อปหรือโทรศัพท์มือถือ) ที่เชื่อมต่อกับเราเตอร์ดังกล่าว พวกเขากำลังสื่อสารกันในเวลาเดียวกัน แล็ปท็อปที่ถ่อมตนและเราเตอร์ที่ถ่อมตนของฉันจะส่งข้อความให้กันได้อย่างไร เมื่อเราเตอร์ของฉันส่งข้อความแล็ปท็อปของฉันจะรับมันจากเสียงทั้งหมดในความถี่เหล่านี้ได้อย่างไร

คำถามนี้ใช้กับเครือข่ายโทรศัพท์เช่นกัน โทรศัพท์สามารถสื่อสารกับหอคอยได้อย่างน่าเชื่อถือได้อย่างไรเมื่อมีโทรศัพท์ 500 เครื่องในบริเวณใกล้เคียงที่กำลังสื่อสารกับหอคอยเดียวกัน พวกเขารู้ได้อย่างไรว่าข้อมูลใดเป็นของโทรศัพท์เครื่องใด

ขอบคุณสำหรับความพึงพอใจอยากรู้อยากเห็นของฉัน!

โอ้ แต่พวกเขายุ่งกัน!

มีกลไกหลายอย่างในการเล่นที่อนุญาตให้แบ่งปันคลื่นวิทยุจากแหล่งวิทยุต่าง ๆ ที่กล่าวถึง - คำสำคัญคือมัลติเพล็กซ์ในรสชาติที่หลากหลาย

1. คลื่นความถี่ : อุปกรณ์ RF ที่แตกต่างกันใช้ "คลื่นความถี่" ที่แตกต่างกันซึ่งโดยทั่วไปจะมีการจัดสรรและควบคุมโดยหน่วยงานท้องถิ่นที่เกี่ยวข้องเช่น FCC หรือ ITU สิ่งนี้เรียกว่าการจัดสรรคลื่นความถี่และแตกต่างกันไปในแต่ละประเทศโดยมีแนวโน้มที่ครอบคลุมอยู่บ้าง เครื่องรับจะถูกปรับแต่งเพื่อรับและขยายสัญญาณเหล่านั้นภายในวงที่สนใจลดทอนความถี่คลื่นวิทยุที่เหลือ นี่คือความถี่มัลติ
   ตัวอย่าง :

   • ดาวเทียม GPS สื่อสารกับโทรศัพท์มือถือ GPS ในย่านความถี่ 1.57542 GHz (L1) และ 1.2276 GHz (L2)
   • โดยทั่วไปแล้วอุปกรณ์ WiFi / Wireless LAN จะใช้ย่านความถี่ 2.4 GHz และ 5 GHz แม้ว่าจะมีการจัดสรรบางส่วนในบางพื้นที่ / บางพื้นที่
   • อุปกรณ์ RFID บางตัวใช้คลื่นความถี่ 13.56 MHz
   • โดยทั่วไปแล้วสถานีความบันเทิงวิทยุ FM จะใช้ย่านความถี่ 87.5 ถึง 108.0 MHz (ยุโรปแอฟริกาอินเดีย) หรือช่วงรอบความถี่ดังกล่าวเช่น 76 ถึง 90 MHz ในญี่ปุ่น

2. ช่องความถี่ภายในแถบแบนด์: ภายในแถบความถี่ด้านบนแต่ละการส่งสัญญาณ / อุปกรณ์ใช้ช่องสัญญาณหรือช่วงความถี่ที่แตกต่างกันซึ่งมักจะมี "วงยาม" ที่ไม่ได้ใช้เหลือไว้เพื่อลดการรบกวนหรือหลีกเลี่ยงช่องทางดั้งเดิม นอกจากนี้ยังมีการใช้กลไกเช่นการเลือกความถี่แบบไดนามิก (DFS) เช่นโดยอุปกรณ์ WiFi ย่านความถี่ 5 GHz เพื่อสลับช่องสัญญาณโดยอัตโนมัติเมื่อสังเกตเห็นสัญญาณรบกวน
   ดังนั้นจากตัวอย่าง 2.4 GHz ด้านบนอุปกรณ์ WiFi อาจถูกกำหนดค่าสำหรับช่อง 11 (14 ในบางประเทศ) ใด ๆ ที่เริ่มต้นที่ความถี่กลาง 2412 MHz โดยมี 5 MHz ระหว่างช่องสัญญาณที่อยู่ติดกันดังนั้น 2417, 2422 และอื่น ๆ บน. ดังนั้นหากเราเตอร์ WiFi เพื่อนบ้านของคุณรบกวนการชื่นชมของคุณคุณสามารถสลับไปยังช่องอื่นที่ไม่มีกิจกรรมมาก

3. ความหลากหลายเชิงพื้นที่ : ตราบใดที่แหล่งกำเนิดคลื่นความถี่วิทยุสองแหล่งนั้นถูกแยกออกมาอย่างเพียงพอในเงื่อนไขทางภูมิศาสตร์ซึ่งสัมพันธ์กับพลังงานที่ปล่อยออกมาต่ออุปกรณ์การรบกวนนั้นไม่มีนัยสำคัญ อำนาจการปล่อยคลื่นวิทยุสูงสุดที่อนุญาตต่อหนึ่งวงนั้นได้รับการควบคุมเช่นกันและมักได้รับอนุญาตเป็นรายบุคคล
   ดังนั้นแม้ว่าชุดหูฟัง BlueTooth สองตัวในอาคารกำลังใช้ช่องความถี่เดียวกันตราบใดที่แยกออกจากกันทางร่างกายเพียงพอเนื่องจากกำลังส่งวิทยุค่อนข้างต่ำของแต่ละชุดจะไม่มีสัญญาณรบกวนจากคลื่นความถี่วิทยุ

4. การแบ่งส่วนมัลติโค้ด - การส่งผ่านความถี่กระโดด / การแพร่กระจายคลื่นความถี่: อุปกรณ์สื่อสารบางประเภทใช้ความถี่ที่มีการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกหรือแม้กระทั่งการแพร่กระจายคลื่นความถี่ครอบคลุมช่วงความถี่เพื่อหลีกเลี่ยงการติดขัดจากสัญญาณรบกวน คุ้นเคยโปรแกรมดังกล่าวมากที่สุดอาจจะเป็นบริการโทรศัพท์มือถือซีดีเอ็มเอ
   แม้ว่าการรบกวนบางอย่างเกิดขึ้นในเทคนิคดังกล่าวลักษณะของกลไกก็ให้การสิ้นสุดอย่างมีประสิทธิภาพเพียงพอสำหรับการสื่อสารที่มีประสิทธิภาพ
5. การแบ่งเวลาหลายเท่า : ใน "ช่องทาง" ของการสื่อสารใด ๆ (และนี่ไม่ใช่แค่ RF มันใช้ได้กับทองแดงหรือไฟเบอร์ออปติกอย่างเท่าเทียมกัน) มีความสามารถในการส่งสัญญลักษณ์จำนวนเท่ากัน - ในระดับไบนารีที่ง่ายที่สุดที่อาจ สามารถส่งบิตเป็น "เปิด" และ "ปิด" ได้ต่อวินาทีในขณะที่เทคนิคต่าง ๆ เช่นการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสปุ่มเพิ่มความหนาแน่น "ความหนาแน่น" นี้เพิ่มความสามารถ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องง่ายสำหรับอุปกรณ์การส่งสัญญาณที่จะใช้ช่องสัญญาณในช่วงเวลาไม่ว่าจะด้วย "เจ้านายกลอง" เวลาเต้นและกำหนดแต่ละช่วงเวลาให้กับแต่ละอุปกรณ์ที่ร้องขอหรือโดยรูปแบบของอนาธิปไตยอัจฉริยะเช่นการตรวจจับการชนกันและ ส่งซ้ำ (เช่นคลาสสิก Ethernet CSMA-CD)
6. วิธีแปลกใหม่เช่นโพลาไรเซชันมัลติเพล็กซิ่ง : วิธีนี้มักใช้ในการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง แต่ก็มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในการสื่อสารทางวิทยุแบบจุดต่อจุด ในรูปแบบของการแยกช่องทางนี้ให้คิดว่า "ลำแสง" ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแต่ละอันถูกขั้วไปยังทิศทางที่เฉพาะเจาะจงเมื่อส่งสัญญาณ เมื่อสิ้นสุดระยะไกลโพลาไรซ์ที่เหมาะสมจะรับเสาอากาศแบบแยกส่วนหรือแยกแยะความแตกต่างระหว่างสัญญาณโพลาไรซ์ที่แตกต่างกัน

สิ่งที่กล่าวมาข้างต้นนั้นไม่ได้เป็นเอกสารที่ครอบคลุมว่าอุปกรณ์ RF ต่าง ๆ สามารถอยู่ร่วมกันได้อย่างไร แต่ควรมีคำหลักที่เพียงพอสำหรับการค้นหาเพิ่มเติมหากต้องการ

มีการใช้เทคนิคหลายอย่างรวมกันบ่อยครั้ง

• คลื่นความถี่ที่มีอยู่จะถูกแบ่งออกเป็นวงดนตรีจำนวนมากซึ่งแต่ละวงสามารถส่งและรับได้อย่างอิสระ นี่คือวิธีที่สถานีวิทยุและ WiFi ของคุณสามารถทำงานโดยไม่ถูกรบกวนจากสถานีวิทยุอื่น ๆ (ใกล้เคียง) และชุด WiFi (การแบ่งมัลติเพล็กซ์ความถี่)

• Cell phones aren't called CELL phones for nothing: each cell phone tower covers a small area (it's cell). Neighbor cells don't use the same frequency, but cells at slightly more distance do. Hence a small set of frequencies can cover a vast area without interference. (Spatial division multiplexing)

• A single cell phone tower can serve a lot of cell phones (and likewise your WiFi set can serve a lot of wireless computers) by talking to each one in sequence. There are countless clever schemes to synchronize such talking. (Time division multiplexing)

• A cell phone tower can, at the same time and on the same frequency, transmit a different message to a large set of phones, by XORing each message with a key sequence that is unique for the phone, and transmitting the sum of all messages. (Code division multiplexing)

This is a simplistic answer to suit people who describe themselves as newbies in radio

Imagine the radio spectrum to be your hi-fi playing music. If you had a graphic equalizer on it you could do obscene things to the tone of the audio like just enhance stuff at 1kHz - slide the 1kHz control to max and reduce all the others to minimum - this is how a radio tunes itself to one transmission and excluses (largely) all other bands.

A different station might require you only enhancing (say) 500Hz so you slide the 500Hz control to maximum and reduce all the others to minimum - what you hear is just the tones at round about 500Hz.

Radios are allocated bands to transmit on and they have different frequencies so it's fairly easy to just tune in to the station you want.

Wi-fi devices all use different bands of frequencies - there are logical rules when a new device "joins" a wifi router - it gets allocated its own band of frequencies. Same with cell phones etc etc..

You've also got to remember that the power output from a router is intentionally limited so that its range causes limited "crosstalk" to other routers. This is the same for all radio devices like this. There are literally hundreds (maybe thousands) of channels available and if the power for each devices transmission was too high the system would not be possible.

It's a bit like goldilocks really - it's just right given the constraints of average mobility of the device and number of devices in a given "cell".

The Inverse R-Squared law comes to the rescue. The intensity of the signal at a distance R from its source is proportional to 1/R^2; the sound or WiFi signal falls off very rapidly as you move away from it.

So consider people conversing at a party. You can hear the person in front of you quite well, and unless the noise level is really high, you can probably converse with them without confusion. You might be distracted by someone speaking loudly a meter or two away; you might need to ask your conversation partner to repeat a few words or a sentence occasionally. But you mostly only hear a low level buzz from people talking in other parts of the room and mostly without much impact on your own conversation.

Without wanting to be too simplistic with my answer; an individual engaged in a two-person conversation, subconsciously tunes-out other people's voice characteristics, so as to better hear that one other person, attending said party, better and/or more specifically than other attendees at said celebration event.

Comparative to an electronic device that employs a DTMF attenuator. Wherein, the human ear, in parallel series with the human cerebellum (the human brain) deciphers the tone, pitch, and intonation of the chosen personage with which the individual chooses to engage in their foremost and priciple conversation.

In much the same way that an electronic circuitry assembly would, by analogy, delineate it's correct connection(s) pathway.

Electronically, this is accomplished by utilizing either a CTCSS or a DCS attenuating configuration or perhaps, a combination of CTCSS and compatible DCS logic, to facilitate electronic harmony of compatible communication between individual electronic components; where one would remember that each and every electronic component has it's own identifying electronic signature; much the same as do humans' written/printed signature(s).

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