無線信号が常に互いに干渉しないのはなぜですか？

私はワイヤレス技術の初心者であり、それらがどのように機能するかを理解しようとしています。

私が理解していないことの1つは、これはなぜですか？異なるデバイスからの送信が常に互いに干渉しないのはなぜですか？

たとえば、私は密集した大都市圏に住んでいます。机の上にルーターがあり、WiFiを介してラップトップが接続されています。私を取り巻く半径100メートルでは、少なくとも100台以上のルーターがあり、前述のルーターに接続されている少なくとも200台以上のデバイス（ラップトップまたは携帯電話）があります。それらはすべて同時に相互に通信しています。謙虚なラップトップと謙虚なルーターが互いにメッセージを送信するにはどうすればよいですか？ルーターがメッセージを送信するとき、ラップトップはこれらの周波数のすべてのノイズからどのようにそれを拾うことができますか？

この質問は電話ネットワークにも当てはまります。同じタワーと通信している500台の電話が近くにある場合、電話はどのようにしてタワーと確実に通信できますか？どのデータがどの電話に属しているかをどのようにして知るのですか？

好奇心を満たしてくれてありがとう！

ああ、でも彼らは干渉します！

言及されているさまざまな無線ソースによる放送波の共有を許可する仕組みがいくつかあります。キーワードは、さまざまなフレーバーで多重化されています。

1. 周波数帯域：さまざまなRFデバイスが使用する周波数のさまざまな「帯域」は、通常、FCCやITUなどの関連する地方自治体によって割り当てられ、管理されます。これはスペクトル割り当てと呼ばれ、国によって異なりますが、いくつかの広範な包括的な傾向があります。受信機は、対象の帯域内の信号のみを受信および増幅し、残りの無線周波数を減衰させるように調整されています。これは周波数多重化です。
   例：

   • GPS衛星は、1.57542 GHz（L1）および1.2276 GHz（L2）の周波数帯域で民間のGPSハンドセットと通信します。
   • WiFi /ワイヤレスLANデバイスは通常2.4 GHzと5 GHz帯域を使用しますが、特定の地域/目的で他のいくつかの帯域も割り当てられます。
   • 一部のRFIDデバイスは13.56 MHz帯域を使用します
   • FMラジオエンターテイメントチャネルは通常、87.5〜108.0 MHzの帯域（ヨーロッパ、アフリカ、インド）またはその範囲のバリエーション（日本では76〜90 MHzなど）を使用します。

2. 帯域内の周波数チャネル：上記の周波数帯域内では、個々の送信/デバイスは明確に狭いチャネルまたは周波数範囲を使用し、多くの場合、干渉を減らしたりレガシーチャネルを回避するために未使用の「ガードバンド」を残します。さらに、5 GHz帯域のWiFiデバイスなどによる動的周波数選択（DFS）などのメカニズムが使用され、干渉が観察されたときにチャネルを適切かつ自動的に切り替えます。
   したがって、上記の2.4 GHzの例から、WiFiデバイスは、中心周波数が2412 MHzで始まる11（一部の国では14）チャンネルのいずれか1つに構成でき、隣接するチャンネル間は5 MHzであるため、2417、2422などです。に。したがって、ご使用のWi-Fiルーターがご自身のWi-Fiルーターとかなり干渉する場合は、アクティビティの少ない別のチャネルにいつでも切り替えることができます。

3. 空間ダイバーシティ：2つのRFソースが、デバイスごとの放射電力に関して地理的に十分に分離されている限り、干渉はわずかです。帯域ごとの許容最大電波放射電力も、規制当局によって規制されており、多くの場合個別に認可されています。
   したがって、建物内の2つのBlueToothヘッドセットが同じ周波数チャネルを使用している場合でも、それぞれの無線送信電力がかなり低いため、物理的に十分に離れている限り、RF干渉は認められません。

4. 符号分割多重化 -周波数ホッピング/スペクトラム拡散伝送：特定のタイプの通信デバイスは、干渉によって妨害されることを避けるために、動的に変更された周波数、またはある範囲の周波数にわたるスペクトラム拡散伝送を使用します。最もおなじみのそのようなアプリケーションはCDMAセルラーサービスかもしれません。
   そのような技術で何らかの干渉が発生した場合でも、メカニズムの性質により、効果的な通信を維持するための十分なエンドツーエンドのスループットが提供されます。
5. 時分割多重化：所定の「チャネル」の通信（これは単なるRFではなく、銅線や光ファイバーにも同様に適用できます）一定量のシンボル伝送容量があります-最も単純なバイナリレベル1秒間に送信できる「オン」ビットと「オフ」ビットの数を増やしますが、直交位相シフトキーイングなどの手法では、この容量の「密度」多様体を増やします。したがって、伝送装置は、「ドラムマスター」が時間を叩き、個々のタイムスロットを各要求デバイスに割り当てるか、衝突検出などの何らかの形のインテリジェントアナーキーによって、チャネルを時間単位で利用するのが簡単です。再送信（従来のイーサネットCSMA-CDなど）。
6. 偏光多重化などのよりエキゾチックな方法：これらは光ファイバー通信で最も一般的に使用されますが、ポイントツーポイント無線通信でも広く展開されています。この形式のチャネル分離では、各電磁「ビーム」が送信時に特定の方向に偏光していると考えてください。リモートエンドでは、適切に偏波された受信アンテナが、異なる偏波の信号を逆多重化または区別し、無線通信の複数の空間的に一致するチャネルを可能にします。

上記は、さまざまなRFデバイスの共存方法に関する包括的な論文ではありませんが、必要に応じて、さらに検索するための十分なキーワードを提供する必要があります。

多くの場合、組み合わせて多くの手法が使用されます。

• 利用可能な周波数スペクトルは、それぞれが独立して送受信できる多数の帯域に分割されます。これは、ラジオ局とWiFiが他の（近くの）ラジオ局とWiFiセットに邪魔されずに動作する方法です。（周波数分割多重化）

• 携帯電話はCELL電話と呼ばれるわけではありません。各携帯電話の塔は小さなエリア（セル）をカバーしています。隣接セルは同じ周波数を使用しませんが、少し距離が離れたセルは使用します。したがって、小さな周波数のセットで、干渉なしに広大なエリアをカバーできます。（空間分割多重化）

• 単一の携帯電話の塔は、それぞれと順番に話をすることで、多くの携帯電話に対応できます（同様に、WiFiセットは多くのワイヤレスコンピューターに対応できます）。このような会話を同期するための無数の巧妙なスキームがあります。（時分割多重化）

• 携帯電話の塔は、同時に同じ周波数で、電話に固有のキーシーケンスで各メッセージをXORし、すべてのメッセージの合計を送信することにより、異なるメッセージを多数の電話に送信できます。（コード分割多重化）

これは、ラジオの初心者として自分自身を説明する人々に適した単純な答えです

ラジオのスペクトルがあなたのハイファイ演奏音楽であると想像してください。グラフィックイコライザーを搭載している場合は、1kHzの素材を強化するなど、オーディオのトーンにわいせつなことを行うことができます-1kHzのコントロールを最大にスライドし、他のすべてを最小に減らす（ほとんど）他のすべてのバンドを除外します。

別のステーションでは、（たとえば）500Hzのみを強化する必要があるため、500Hzコントロールを最大にスライドし、他のすべてを最小に減らします。聞こえるのは、約500Hzのトーンだけです。

無線には送信する帯域が割り当てられており、異なる周波数を持っているため、希望するステーションに簡単にチューニングできます。

Wi-Fiデバイスはすべて異なる周波数帯域を使用します。新しいデバイスがWi-Fiルーターに「参加」する場合、論理的なルールがあります。独自の周波数帯域が割り当てられます。携帯電話などと同じ。

また、ルーターからの電力出力は意図的に制限されているため、その範囲によって他のルーターへの「クロストーク」が制限されることを覚えておく必要があります。これは、このようなすべての無線デバイスで同じです。文字通り数百（おそらく数千）のチャネルが利用可能であり、各デバイスの送信電力が高すぎるとシステムは不可能になります。

それは実際にはゴルディロックに少し似ています-デバイスの平均的な移動性と特定の「セル」内のデバイスの数の制約を考えると、それはちょうどいいです。

逆R二乗法が助けになります。Rそのソースからの距離での信号の強度は、に比例し1/R^2ます。音またはWiFi信号は、離れると急速に減衰します。

したがって、パーティーで会話している人々を考えてください。目の前の人の声はかなりよく聞こえます。ノイズレベルが本当に高い場合を除き、混乱することなく会話をすることができます。誰かが1メートルか2メートル離れて大声で話すことに気を取られるかもしれません。会話の相手にときどきいくつかの単語や文を繰り返すように頼む必要があるかもしれません。しかし、ほとんどの場合、部屋の他の部分で話している人からは低レベルの話題のみが聞こえ、ほとんど自分の会話に大きな影響はありません。

私の答えを単純化しすぎたくありません。二人の会話に参加し、無意識のうちに他の人の声の特性を調整し、そのパーティーに参加している他の人の声を、祝賀イベントの他の参加者よりも優れたおよび/またはより具体的に聞くようにします。

DTMF減衰器を使用する電子デバイスと比較。ここで、人間の小脳（人間の脳）と並行して、人間の耳は、個人が最も重要な会話を行うことを選択した人物の音色、ピッチ、およびイントネーションを解読します。

同様に、電子回路アセンブリが正しい接続経路の輪郭を描くのと同じように。

電子的には、これはCTCSSまたはDCS減衰構成のいずれか、あるいはCTCSSと互換性のあるDCSロジックの組み合わせを利用して達成され、個々の電子コンポーネント間の互換性のある通信の電子的調和を促進します。あらゆる電子コンポーネントが独自の識別電子署名を持っていることを覚えている場合、人間の手書き/印刷された署名とほぼ同じです。

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