電磁波如何載波?為什麼同頻會干擾,兩部手機同時打電話卻沒事

2020-12-04 迷你數智

無線電通訊天天發生在我們身邊。但是你知道電磁波是如何加載我們信息的嗎?為什麼同頻明明會干擾,兩部手機同時打電話卻沒事?今天小編就帶你了解一下:

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赫茲。天才麥克斯韋在1865年完成了電磁場理論的經典巨著《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通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。這樣循環的傳遞形式就是電磁波。現實中,我們可以通過一個電子振蕩器來產生電磁波。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。如果我們需要將信號疊加到電磁波上來傳輸,我們需要用到數據機。數據機的調製過程就是電磁波的載波過程。它的主要原理是

將有用的數位訊號轉變成按數位訊號規律變化的電磁波,我們叫信號波用電子震蕩器產生的用於發射的電磁波,我們叫它載波數據機將信號波和載波疊加在一起形成新的電磁波,我們叫它信號載波。

以上將信號波和載波合成為信號載波的過程就是電磁波的載波過程,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

調頻就是將信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:疊加音頻信號,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

調幅就是將信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。同樣拿疊加音頻信號為例,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:

這就是電磁波的加載信號的方式,是通過數據機來加載的。

2、電磁波的同頻幹擾

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幹擾。電磁波幹擾發生的原理和機械波一樣。電磁波的幹擾聽起來比起複雜,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。

電磁波的幹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。

電磁波發生幹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,幹擾越大。對於我們的信號載波如果發生幹擾的話,裡面的載波信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信號。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幹擾,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幹擾的。但是,實際我們打電話時很少發生幹擾。這是我們的信號基站用了空分多址(MU-MIMO)的技術來想辦法減少幹擾的。空分多址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(對應幹擾)。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,而且互相不幹擾。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,基站會不再接入新用戶。這就是達到了容量極限了。

從上面比喻我們應該大致了解了基站避免幹擾的協調辦法。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幹擾的情況。

總結

總之,電磁波加載信號是通過數據機將信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幹擾是基站的空分多址規避的。

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