Come mai i segnali radio non interferiscono continuamente tra loro?

Sono un principiante nelle tecnologie wireless e sto cercando di capire come funzionano.

Una cosa che non capisco è questa: come mai le trasmissioni da diversi dispositivi non interferiscono l'una con l'altra in ogni momento?

Ad esempio, vivo in una densa area metropolitana. C'è un router sulla mia scrivania e un laptop collegato ad esso tramite WiFi. Scommetto che nel raggio di 100 metri che mi circonda ci sono almeno altri 100 router e almeno altri 200 dispositivi (laptop o telefoni cellulari) collegati ai suddetti router. Stanno tutti comunicando tra loro allo stesso tempo. In che modo il mio umile laptop e il mio modesto router possono scambiarsi messaggi? Quando il mio router invia un messaggio, come può il mio laptop captarlo da tutto il rumore su queste frequenze?

Questa domanda si applica anche alle reti telefoniche. Come può un telefono comunicare in modo affidabile con la propria torre quando ci sono 500 telefoni nelle vicinanze che comunicano con la stessa torre? Come fanno a sapere quali dati appartengono a quale telefono?

Grazie per aver soddisfatto la mia curiosità!

Oh, ma interferiscono!

Esistono diversi meccanismi in atto che consentono la condivisione delle onde radio da parte delle varie fonti radio menzionate: la parola chiave è multiplexing , nei suoi vari gusti.

1. Bande di frequenza : diversi dispositivi RF utilizzano diverse "bande" di frequenza, che sono generalmente allocate e regolate dalle autorità locali competenti, ad esempio FCC o ITU. Questo si chiama allocazione dello spettro e varia da paese a paese, con alcune tendenze generali generali. I ricevitori sono sintonizzati per ricevere e amplificare solo quei segnali all'interno della banda di interesse, attenuando il resto delle frequenze radio. Questo è il multiplexing di frequenza .
   Esempi :

   • I satelliti GPS comunicano con i portatili GPS civili sulle bande di frequenza 1.57542 GHz (L1) e 1.2276 GHz (L2).
   • I dispositivi WiFi / LAN wireless utilizzano in genere le bande da 2,4 GHz e 5 GHz, sebbene alcuni altri siano allocati anche in determinate aree geografiche / scopi.
   • Alcuni dispositivi RFID utilizzano la banda 13,56 MHz
   • I canali di intrattenimento radio FM utilizzano in genere la banda da 87,5 a 108,0 MHz (Europa, Africa, India) o variazioni in quella gamma, ad esempio da 76 a 90 MHz in Giappone.

2. Canali di frequenza all'interno di bande: all'interno delle bande di frequenza di cui sopra, le singole trasmissioni / dispositivi utilizzano canali o intervalli di frequenza distinti, spesso con "bande di protezione" inutilizzate lasciate tra loro per ridurre le interferenze o evitare i canali legacy. Inoltre, vengono utilizzati meccanismi come la selezione dinamica della frequenza (DFS), come ad esempio i dispositivi WiFi a banda da 5 GHz, per commutare i canali con garbo e automaticamente quando si osservano interferenze.
   Pertanto, dall'esempio precedente di 2,4 GHz sopra, i dispositivi WiFi possono essere configurati per uno qualsiasi di 11 (14 in alcuni paesi) canali a partire da una frequenza centrale di 2412 MHz, con 5 MHz tra canali adiacenti, quindi 2417, 2422 e così via su. Quindi, se il router WiFi del tuo vicino interferisce in modo sensibile con il tuo, puoi sempre passare a un altro canale che non ha tanta attività.

3. Diversità spaziale : fintanto che due sorgenti RF sono sufficientemente separate in termini geografici in relazione alla potenza emessa per dispositivo, l'interferenza è insignificante. Anche la massima potenza di emissione radio consentita per banda è regolata, e spesso autorizzata individualmente, dalle autorità di regolamentazione dello spettro.
   Pertanto, anche se due cuffie BlueTooth in un edificio utilizzassero lo stesso canale di frequenza, purché siano sufficientemente separate fisicamente data la potenza di trasmissione radio piuttosto bassa di ciascuna, non si noterebbe alcuna interferenza RF.

4. Multiplazione della divisione del codice - Salto di frequenza / trasmissione dello spettro diffuso: alcuni tipi di dispositivi di comunicazione utilizzano frequenze alterate in modo dinamico, o persino la trasmissione dello spettro diffuso che abbraccia una gamma di frequenze, per evitare di essere disturbati da interferenze. L'applicazione più familiare potrebbe essere il servizio cellulare CDMA .
   Anche quando si verificano alcune interferenze in tali tecniche, la natura del meccanismo fornisce un end-to-end sufficiente per consentire comunicazioni efficaci.
5. Multiplazione della divisione del tempo : in ogni dato "canale" di comunicazione (e questo non è solo RF, ad esempio è applicabile anche al rame o alla fibra ottica) c'è una data quantità di capacità di trasmissione dei simboli - al livello binario più semplice che può essere quanti più bit "on" e "off" possono essere trasmessi al secondo, mentre tecniche come la quadratura con spostamento di fase in quadratura aumentano questa varietà di "densità" di capacità. Pertanto, è semplice per le apparecchiature di trasmissione utilizzare un canale in blocchi di tempo, con un tempo di battitura "drum master" e assegnando intervalli di tempo individuali a ciascun dispositivo richiedente, o mediante una qualche forma di anarchia intelligente come il rilevamento di collisioni e ritrasmissione (es. Ethernet CSMA-CD classica).
6. Metodi più esotici, come il multiplexing di polarizzazione : questi sono usati più comunemente nella comunicazione in fibra ottica, ma sono anche ampiamente utilizzati nelle comunicazioni radio punto a punto. In questa forma di separazione dei canali, si pensi a ciascun "raggio" elettromagnetico che è polarizzato su un orientamento specifico alla trasmissione. All'estremità remota, le antenne riceventi opportunamente polarizzate demultiplano o distinguono tra i segnali diversamente polarizzati, consentendo così più canali di comunicazione radio spazialmente coincidenti.

Quanto sopra non è in alcun modo un trattato completo su come possono coesistere vari dispositivi RF, ma dovrebbe fornire parole chiave sufficienti per ulteriori ricerche, se lo si desidera.

Vengono utilizzate diverse tecniche, spesso in combinazione.

• Lo spettro di frequenza disponibile è diviso in un gran numero di bande che possono essere trasmesse e ricevute in modo indipendente. In questo modo le stazioni radio e il tuo WiFi possono funzionare indisturbati da altre stazioni radio e set WiFi (vicini). (Multiplazione a divisione di frequenza)

• I telefoni cellulari non sono chiamati telefoni CELL per niente: ogni torre di telefoni cellulari copre una piccola area (è cellulare). Le celle vicine non usano la stessa frequenza, ma le celle a una distanza leggermente maggiore lo fanno. Quindi un piccolo insieme di frequenze può coprire una vasta area senza interferenze. (Multiplazione della divisione spaziale)

• Una singola torre per telefoni cellulari può servire molti telefoni cellulari (e allo stesso modo il tuo set WiFi può servire molti computer wireless) parlando con ognuno in sequenza. Esistono innumerevoli schemi intelligenti per sincronizzare tali discorsi. (Multiplazione della divisione temporale)

• Una torre per telefono cellulare può, allo stesso tempo e sulla stessa frequenza, trasmettere un messaggio diverso a un ampio set di telefoni, XORing ogni messaggio con una sequenza di tasti unica per il telefono e trasmettendo la somma di tutti i messaggi. (Divisione del codice multiplexing)

Questa è una risposta semplicistica per soddisfare le persone che si descrivono come principianti in radio

Immagina che lo spettro radio sia la tua musica hi-fi. Se avessi un equalizzatore grafico su di esso, potresti fare cose oscene con il tono dell'audio come semplicemente migliorare le cose a 1kHz - fai scorrere il controllo 1kHz al massimo e riduci al minimo tutti gli altri - ecco come una radio si sintonizza su una trasmissione ed esclude (in gran parte) tutte le altre band.

Una stazione diversa potrebbe richiedere solo il potenziamento (diciamo) di 500Hz, quindi fai scorrere il controllo 500Hz al massimo e riduci tutti gli altri al minimo - quello che senti sono solo i toni a circa 500Hz.

Alle radio sono assegnate bande su cui trasmettere e hanno frequenze diverse, quindi è abbastanza facile sintonizzarsi sulla stazione desiderata.

Tutti i dispositivi Wi-Fi usano diverse bande di frequenze - ci sono regole logiche quando un nuovo dispositivo si "unisce" a un router wifi - gli viene assegnata una propria banda di frequenze. Lo stesso vale per telefoni cellulari ecc. Ecc.

Devi anche ricordare che la potenza erogata da un router è intenzionalmente limitata in modo tale che la sua portata causi un "crosstalk" limitato ad altri router. Questo è lo stesso per tutti i dispositivi radio come questo. Ci sono letteralmente centinaia (forse migliaia) di canali disponibili e se la potenza di ogni dispositivo fosse troppo alta il sistema non sarebbe possibile.

È un po 'come i riccioli d'oro - è proprio giusto dato i vincoli della mobilità media del dispositivo e il numero di dispositivi in ​​una determinata "cella".

La legge inversa di R-Squared viene in soccorso. L'intensità del segnale ad una distanza Rdalla sua sorgente è proporzionale a 1/R^2; il segnale audio o WiFi cade molto rapidamente quando ci si allontana da esso.

Quindi considera le persone che conversano a una festa. Puoi sentire abbastanza bene la persona di fronte a te e, a meno che il livello di rumore non sia davvero alto, probabilmente puoi conversare con loro senza confusione. Potresti essere distratto da qualcuno che parla ad alta voce a un metro o due di distanza; potresti dover chiedere al tuo interlocutore di ripetere qualche parola o una frase di tanto in tanto. Ma per lo più senti solo un ronzio di basso livello da parte delle persone che parlano in altre parti della stanza e per lo più senza molto impatto sulla tua conversazione.

Senza voler essere troppo semplicistico con la mia risposta; un individuo impegnato in una conversazione a due, sintonizza inconsciamente le caratteristiche della voce di altre persone, in modo da ascoltare meglio quell'altra persona, che partecipa a detta festa, meglio e / o più specificamente degli altri partecipanti a detto evento di celebrazione.

Comparabile a un dispositivo elettronico che impiega un attenuatore DTMF. In cui, l'orecchio umano, in serie parallela con il cervelletto umano (il cervello umano), decifra il tono, l'intonazione e l'intonazione del personaggio prescelto con cui l'individuo sceglie di impegnarsi nella sua conversazione principale e in primo piano.

Più o meno allo stesso modo in cui un assemblaggio di circuiti elettronici avrebbe, per analogia, delineato il percorso corretto delle connessioni.

Elettronicamente, ciò viene realizzato utilizzando una configurazione attenuante CTCSS o DCS o, forse, una combinazione di CTCSS e logica DCS compatibile, per facilitare l'armonia elettronica della comunicazione compatibile tra i singoli componenti elettronici; dove si ricorderebbe che ogni singolo componente elettronico ha la propria firma elettronica identificativa; più o meno come le firme scritte / scritte degli umani.

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