Como os sinais de rádio não interferem um com o outro o tempo todo?

Sou iniciante em tecnologias sem fio e estou tentando entender como elas funcionam.

Uma coisa que não entendo é o seguinte: como as transmissões de diferentes dispositivos não interferem uma com a outra o tempo todo?

Por exemplo, estou morando em uma área metropolitana densa. Há um roteador na minha mesa e um laptop conectado via Wi-Fi. Eu apostaria que no raio de 100 metros ao meu redor, existem pelo menos mais 100 roteadores e pelo menos mais 200 dispositivos (laptops ou telefones celulares) conectados aos roteadores acima mencionados. Eles estão todos se comunicando ao mesmo tempo. Como meu humilde laptop e meu humilde roteador podem enviar mensagens um para o outro? Quando meu roteador envia uma mensagem, como meu laptop pode capturá-lo de todo o ruído nessas frequências?

Esta pergunta também se aplica às redes telefônicas. Como um telefone pode se comunicar de forma confiável com sua torre quando há 500 telefones próximos que estão se comunicando com a mesma torre? Como eles sabem quais dados pertencem a qual telefone?

Obrigado por satisfazer minha curiosidade!

Ah, mas eles interferem!

Existem vários mecanismos em jogo que permitem o compartilhamento das ondas de rádio pelas várias fontes de rádio mencionadas - a palavra-chave sendo multiplexadora , em seus diversos sabores.

1. Faixas de frequência : Diferentes dispositivos de RF usam "bandas" de frequência diferentes, que geralmente são alocadas e governadas pelas autoridades locais relevantes, por exemplo, a FCC ou a UIT. Isso se chama alocação de espectro e varia entre os países, com algumas tendências gerais abrangentes. Os receptores são sintonizados para receber e amplificar apenas os sinais dentro da banda de interesse, atenuando o restante das frequências de rádio. Isso é multiplexação de frequência .
   Exemplos :

   • Os satélites de GPS se comunicam com aparelhos civis de GPS nas faixas de frequência de 1,57542 GHz (L1) e 1,2276 GHz (L2).
   • Dispositivos de LAN sem fio / WiFi normalmente usam as bandas de 2,4 GHz e 5 GHz, embora alguns outros também sejam alocados em determinadas regiões / propósitos.
   • Alguns dispositivos RFID usam a banda de 13,56 MHz
   • Os canais de entretenimento de rádio FM normalmente usam a banda de 87,5 a 108,0 MHz (Europa, África, Índia) ou variações nessa faixa, por exemplo, 76 a 90 MHz no Japão.

2. Canais de frequência dentro das bandas: dentro das bandas de frequência acima, transmissões / dispositivos individuais usam canais ou faixas de frequência mais estreitos, geralmente com "bandas de guarda" não utilizadas deixadas entre elas para reduzir a interferência ou evitar canais herdados. Além disso, mecanismos como a seleção dinâmica de frequência (DFS) são usados, como dispositivos Wi-Fi de banda de 5 GHz, para alternar graciosa e automaticamente os canais quando é observada interferência.
   Assim, a partir do exemplo acima de 2,4 GHz acima, os dispositivos Wi-Fi podem ser configurados para qualquer um dos 11 canais (14 em alguns países), iniciando na frequência central de 2412 MHz, com 5 MHz entre os canais adjacentes, 2417, 2422 e assim por diante. em. Portanto, se o roteador WiFi do seu vizinho interferir consideravelmente com o seu, você sempre poderá mudar para outro canal que não tenha tanta atividade.

3. Diversidade espacial : contanto que duas fontes de RF sejam suficientemente separadas em termos geográficos em relação à potência emitida por dispositivo, a interferência é insignificante. A potência máxima permitida de emissão de rádio por banda também é regulada, e geralmente licenciada individualmente, pelas autoridades reguladoras do espectro.
   Assim, mesmo se dois fones de ouvido BlueTooth em um prédio usassem o mesmo canal de frequência, desde que estejam fisicamente separados o suficiente, dada a potência de transmissão de rádio bastante baixa de cada um, nenhuma interferência de RF seria observada.

4. Multiplexação por divisão de código - Transmissão de salto de frequência / espectro de dispersão: Certos tipos de dispositivos de comunicação usam frequências dinamicamente alteradas, ou mesmo transmissão de espectro de espalhamento que abrange uma faixa de frequências, para evitar ser bloqueado por interferência. O aplicativo mais familiar pode ser o serviço de celular CDMA .
   Mesmo quando ocorre alguma interferência em tais técnicas, a natureza do mecanismo fornece uma saída de ponta a ponta suficiente para que as comunicações efetivas sejam mantidas.
5. Multiplexagem por divisão de tempo : em qualquer "canal" de comunicação (e isso não é apenas RF, é igualmente aplicável a cobre ou fibra óptica, por exemplo), existe uma quantidade determinada de capacidade de transmissão de símbolos - no nível binário mais simples que o número de bits "ligado" e "desligado" pode ser transmitido por segundo, enquanto técnicas como a Tecla de Deslocamento de Fase em Quadratura aumentam o coletor de "densidade" dessa capacidade. Assim, é simples para o equipamento de transmissão utilizar um canal em intervalos de tempo, com um tempo de duração "mestre da bateria" e atribuindo intervalos de tempo individuais a cada dispositivo solicitante ou por alguma forma de anarquia inteligente , como detecção de colisão e retransmissão (por exemplo, Ethernet CSMA-CD clássico).
6. Métodos mais exóticos, como a multiplexação de polarização : são usados ​​com mais freqüência na comunicação por fibra ótica, mas também são amplamente utilizados em comunicações por rádio ponto a ponto. Nesta forma de separação de canais, pense em cada "feixe" eletromagnético polarizado para uma orientação específica na transmissão. Na extremidade remota, as antenas receptoras polarizadas adequadamente desmultiplexam ou distinguem entre os sinais polarizados diferentemente, permitindo assim vários canais de comunicação por rádio espacialmente coincidentes.

O exposto acima não é de forma alguma um tratado abrangente sobre como vários dispositivos de RF podem coexistir, mas deve fornecer palavras-chave suficientes para pesquisas adicionais, se desejado.

São utilizadas várias técnicas, geralmente em combinação.

• O espectro de frequência disponível é dividido em um grande número de bandas que podem ser transmitidas e recebidas independentemente. É assim que as estações de rádio e seu Wi-Fi podem operar sem perturbações por outras estações de rádio (próximas) e aparelhos WiFi. (Multiplexação por divisão de frequência)

• Os telefones celulares não são chamados de telefones celulares por nada: cada torre de celular cobre uma pequena área (é celular). As células vizinhas não usam a mesma frequência, mas as células a uma distância ligeiramente maior. Portanto, um pequeno conjunto de frequências pode cobrir uma vasta área sem interferência. (Multiplexagem por divisão espacial)

• Uma única torre de telefone celular pode servir muitos telefones celulares (e da mesma forma que o seu conjunto WiFi pode servir muitos computadores sem fio) conversando com cada um em sequência. Existem inúmeros esquemas inteligentes para sincronizar essas conversas. (Multiplexação por divisão de tempo)

• Uma torre de telefone celular pode, ao mesmo tempo e na mesma frequência, transmitir uma mensagem diferente para um grande conjunto de telefones, XORing cada mensagem com uma sequência de teclas exclusiva para o telefone e transmitindo a soma de todas as mensagens. (Multiplexação por divisão de código)

Esta é uma resposta simplista para atender as pessoas que se descrevem como iniciantes no rádio

Imagine o espectro do rádio como sua música de alta fidelidade. Se você tivesse um equalizador gráfico, poderia fazer coisas obscenas ao tom do áudio, como apenas melhorar coisas a 1kHz - deslize o controle de 1kHz para o máximo e reduza todos os outros ao mínimo - é assim que um rádio se sintoniza em uma transmissão e exclui (em grande parte) todas as outras bandas.

Uma estação diferente pode exigir que você aprimore apenas (digamos) 500Hz, para que você deslize o controle de 500Hz ao máximo e reduza todos os outros ao mínimo - o que você ouve são apenas os tons em torno de 500Hz.

Os rádios são alocados em bandas para transmissão e possuem frequências diferentes, por isso é bastante fácil sintonizar a estação desejada.

Todos os dispositivos Wi-fi usam diferentes faixas de frequências - existem regras lógicas quando um novo dispositivo "se une" a um roteador wifi - ele recebe sua própria faixa de frequências. Mesmo com telefones celulares etc etc ..

Você também deve se lembrar que a saída de energia de um roteador é intencionalmente limitada, de modo que seu alcance causa "interferência" limitada a outros roteadores. É o mesmo para todos os dispositivos de rádio como este. Existem literalmente centenas (talvez milhares) de canais disponíveis e se a energia de cada transmissão de dispositivos fosse muito alta, o sistema não seria possível.

É um pouco parecido com ouro - na verdade, é certo, dadas as restrições de mobilidade média do dispositivo e o número de dispositivos em uma determinada "célula".

A lei do R-quadrado inverso vem em socorro. A intensidade do sinal a uma distância Rde sua fonte é proporcional a 1/R^2; o som ou o sinal Wi-Fi cai muito rapidamente à medida que você se afasta dele.

Então, considere as pessoas conversando em uma festa. Você pode ouvir bem a pessoa à sua frente e, a menos que o nível de ruído seja realmente alto, provavelmente poderá conversar com ela sem confusão. Você pode se distrair com alguém falando alto a um ou dois metros de distância; pode ser necessário pedir ao seu parceiro de conversa que repita algumas palavras ou uma frase ocasionalmente. Mas você geralmente ouve apenas um zumbido de baixo nível de pessoas conversando em outras partes da sala e, principalmente, sem muito impacto em sua própria conversa.

Sem querer ser muito simplista com a minha resposta; um indivíduo envolvido em uma conversa de duas pessoas, inconscientemente afasta as características de voz de outras pessoas, de modo a ouvir melhor que outra pessoa, participando da referida festa, é melhor e / ou mais especificamente do que outros participantes no referido evento de celebração.

Comparativo com um dispositivo eletrônico que emprega um atenuador de DTMF. Em que o ouvido humano, em série paralela ao cerebelo humano (o cérebro humano), decifra o tom, o tom e a entonação da personagem escolhida com a qual o indivíduo escolhe se engajar em sua conversa principal e primária.

Da mesma maneira que um conjunto de circuitos eletrônicos delinearia, por analogia, o caminho correto das conexões.

Eletronicamente, isso é realizado utilizando uma configuração de atenuação CTCSS ou DCS ou talvez uma combinação de CTCSS e lógica compatível com DCS, para facilitar a harmonia eletrônica da comunicação compatível entre os componentes eletrônicos individuais; onde se lembraria que todo e qualquer componente eletrônico possui sua própria assinatura eletrônica de identificação; da mesma forma que as assinaturas escritas / impressas dos seres humanos.

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