通俗的无线技术原理

1.什么是无线电波?

无线电波是一种电磁波。低频的无线电波不能穿越大气层,只能在地面传播;而高频的无线电波可以穿透大气层的电离层,例如:X光可以穿透人体,生成X光影像;伽马射线产生的电离辐射,就是核武器的杀伤手段之一。不同频率的无线电波表现出来的性质不一样,其实就是一种东西都是电磁波。

2.无线电波的信道。

生活中常用的无线电波主要在几千Hz~300GHz。根据频率的高低被国际电信联盟(Internationals Telecommunication Union,ITU)规定出各种专用的通信频率,也叫做信道。专业信道涵盖的业务范围特别广,例如:海上移动通信业务,AM广播,FM广播,无线电视广播,太空对地通信,GPS卫星通信服务,深空研究通信,卫星时间校准服务,卫星广播业务服务。

3.无线电波的属性。

  • 频率 (Frequency)
    频率指的是波在一秒钟通过周期性变化的次数,例如:一秒钟通过一个完整的波长就是1Hz。
  • 振幅(Amplitude)
    振幅指的是波的波动幅度,往往能量越大,振幅越高,表现出来的信号强度就越高。
  • 波长(Wavelength)
    波长是波在一个振动周期传播的距离。

4.关于波长和频率的几个基础知识。

从宏观上讲:若天线的发射功率一定,频率越高的无线电波,带宽越大,承载的数据量越大。在大气层内,波长越长,频率越低,传播的距离就越远,有更好的传播性和穿透性;频率越高,波长越短,穿透性和传播距离就越短。这就是为什么现5G手机的网络,需要建立更多的子基站来保证信号覆盖和通信死角。

5.模拟信号的调制及优缺点。

模拟信号(Analog Signal):是一个不断变化的信号,在时间的尺度上是一个不断变化的过程。若要传输一个声波信号,可以通过无线电波调制振幅的方式来改变无线电波的振幅,来表达这一段声波,这个就叫做振幅调节(Amplitude Modulation);如果通过调节无线电频率,也可以同样表达一个声音波形,这个叫做频率调节(Frequency Modulation);通过这两种方式调制出来的信号都是模拟信号。模拟信号的优点是:信号的细节保留特别完好;缺点是:易受干扰。模拟信号是个矢量的概念。

6.数字信号的调制及优缺点。

数字信号的调制:移幅键空法(Amplitude Shift Keying),通过振幅的大小表示0,1;移频键控法(Frequency Shift Keying),通过频率的高低表示0,1;移相键控法(Phase Shift Keying),通过波的阶段来表示0,1。数字信号的缺点是:容易丢失细节(可通过增加采样率来加大数据量)。理论上用数字信号来完美表达模拟信号数据量是无限接近 $\infty$的。现实生活中模拟信号的例子就是数字音乐对比黑胶唱片;数码影像对比胶片的胶卷;打电话听到的声音,对比真实听到的声音。

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