¿Cómo es que las señales de radio no interfieren entre sí todo el tiempo?

Soy un novato en tecnologías inalámbricas y estoy tratando de entender cómo funcionan.

Una cosa que no entiendo es esto: ¿por qué las transmisiones de diferentes dispositivos no interfieren entre sí todo el tiempo?

Por ejemplo, estoy viviendo en un área metropolitana densa. Hay un enrutador en mi escritorio y una computadora portátil conectada a través de WiFi. Apuesto a que en el radio de 100 metros que me rodea, hay al menos 100 enrutadores más y al menos 200 dispositivos más (computadoras portátiles o teléfonos celulares) que están conectados a los enrutadores mencionados anteriormente. Todos se comunican entre sí al mismo tiempo. ¿Cómo pueden mi humilde computadora portátil y mi humilde enrutador enviarse mensajes entre sí? Cuando mi enrutador envía un mensaje, ¿cómo puede mi computadora portátil captarlo de todo el ruido en estas frecuencias?

Esta pregunta también se aplica a las redes telefónicas. ¿Cómo puede un teléfono comunicarse de manera confiable con su torre cuando hay 500 teléfonos cercanos que se comunican con la misma torre? ¿Cómo saben qué datos pertenecen a qué teléfono?

¡Gracias por satisfacer mi curiosidad!

¡Oh, pero sí interfieren!

Hay varios mecanismos en juego que permiten compartir las ondas de radio por las diversas fuentes de radio mencionadas, la palabra clave es multiplexación , en sus diversos sabores.

1. Bandas de frecuencia : diferentes dispositivos de RF utilizan diferentes "bandas" de frecuencia, que normalmente son asignadas y gobernadas por las autoridades locales pertinentes, por ejemplo, la FCC o la UIT. Esto se llama asignación de espectro y varía entre países, con algunas tendencias generales amplias. Los receptores están sintonizados para recibir y amplificar solo esas señales dentro de la banda de interés, atenuando el resto de las frecuencias de radio. Esto es multiplexación de frecuencia .
   Ejemplos :

   • Los satélites GPS se comunican con teléfonos GPS civiles en las bandas de frecuencia de 1.57542 GHz (L1) y 1.2276 GHz (L2).
   • Los dispositivos WiFi / LAN inalámbrica generalmente usan las bandas de 2.4 GHz y 5 GHz, aunque algunos otros también están asignados en ciertas geografías / propósitos.
   • Algunos dispositivos RFID usan la banda de 13.56 MHz
   • Los canales de entretenimiento de radio FM generalmente usan la banda de 87.5 a 108.0 MHz (Europa, África, India) o variaciones alrededor de ese rango, por ejemplo, 76 a 90 MHz en Japón.

2. Canales de frecuencia dentro de las bandas: dentro de las bandas de frecuencia anteriores, las transmisiones / dispositivos individuales utilizan canales o rangos de frecuencia más estrechos, a menudo con "bandas de guarda" no utilizadas entre ellos para reducir la interferencia o evitar canales heredados. Además, se utilizan mecanismos como la selección de frecuencia dinámica (DFS), como los dispositivos WiFi de banda de 5 GHz, para cambiar los canales de manera elegante y automática cuando se observan interferencias.
   Por lo tanto, a partir del ejemplo anterior de 2.4 GHz anterior, los dispositivos WiFi pueden configurarse para cualquiera de los 11 (14 en algunos países) canales que comienzan en una frecuencia central de 2412 MHz, con 5 MHz entre canales adyacentes, por lo tanto, 2417, 2422, y así en. Por lo tanto, si el enrutador WiFi de su vecino interfiere apreciablemente con el suyo, siempre puede cambiar a otro canal que no tenga tanta actividad.

3. Diversidad espacial : siempre que dos fuentes de RF estén suficientemente separadas en términos geográficos en relación con la potencia emitida por dispositivo, la interferencia es insignificante. La potencia máxima de emisión de radio permisible por banda también está regulada, y a menudo con licencia individual, por las autoridades reguladoras del espectro.
   Por lo tanto, incluso si dos auriculares BlueTooth en un edificio estuvieran usando el mismo canal de frecuencia, siempre que estén físicamente separados dada la baja potencia de transmisión de radio de cada uno, no se notaría interferencia de RF.

4. Multiplexación por división de código - Salto de frecuencia / transmisión de espectro expandido: Ciertos tipos de dispositivos de comunicación usan frecuencias alteradas dinámicamente, o incluso transmisión de espectro expandido que abarca un rango de frecuencias, para evitar ser atascado por interferencia. La aplicación más familiar podría ser el servicio celular CDMA .
   Incluso cuando ocurre alguna interferencia en tales técnicas, la naturaleza del mecanismo proporciona suficiente rendimiento de extremo a extremo para mantener comunicaciones efectivas.
5. Multiplexación por división de tiempo : en cualquier "canal" de comunicación dado (y esto no es solo RF, es igualmente aplicable a cobre o fibra óptica, por ejemplo) hay una cantidad dada de capacidad de transmisión de símbolos, en el nivel binario más simple que puede se pueden transmitir tantos bits "encendidos" como "apagados" por segundo, mientras que técnicas como la codificación por desplazamiento de fase en cuadratura aumentan esta variedad de "densidad" de capacidad. Por lo tanto, es simple para el equipo de transmisión utilizar un canal en períodos de tiempo, ya sea con un tiempo de batería "maestro de batería" y asignando intervalos de tiempo individuales a cada dispositivo solicitante, o mediante alguna forma de anarquía inteligente como detección de colisión y retransmisión (p. ej., clásico CSMA-CD Ethernet)
6. Métodos más exóticos, como la multiplexación de polarización : estos se utilizan con mayor frecuencia en la comunicación por fibra óptica, pero también se utilizan ampliamente en las comunicaciones de radio punto a punto. En esta forma de separación de canales, piense en cada "haz" electromagnético polarizado a una orientación específica en la transmisión. En el extremo remoto, las antenas receptoras polarizadas adecuadamente demultiplexan o distinguen entre las señales polarizadas de manera diferente, permitiendo así múltiples canales espacialmente coincidentes de comunicación por radio.

Lo anterior no es de ninguna manera un tratado exhaustivo sobre cómo pueden coexistir varios dispositivos de RF, pero debe proporcionar palabras clave suficientes para una búsqueda adicional, si así lo desea.

Se utilizan varias técnicas, a menudo en combinación.

• El espectro de frecuencia disponible se divide en una gran cantidad de bandas que pueden transmitirse y recibirse de forma independiente. Así es como las estaciones de radio y su WiFi pueden operar sin ser molestados por otras estaciones de radio (cercanas) y equipos de WiFi. (Multiplexación por división de frecuencia)

• Los teléfonos celulares no se llaman teléfonos celulares por nada: cada torre de telefonía celular cubre un área pequeña (es celular). Las celdas vecinas no usan la misma frecuencia, pero las celdas a una distancia ligeramente mayor sí. Por lo tanto, un pequeño conjunto de frecuencias puede cubrir un área extensa sin interferencia. (Multiplexación por división espacial)

• Una sola torre de telefonía celular puede servir a una gran cantidad de teléfonos celulares (y de la misma manera, su equipo WiFi puede servir a una gran cantidad de computadoras inalámbricas) al hablar con cada uno en secuencia. Hay innumerables esquemas inteligentes para sincronizar tales conversaciones. (Multiplexación por división de tiempo)

• Una torre de telefonía celular puede, al mismo tiempo y en la misma frecuencia, transmitir un mensaje diferente a un gran conjunto de teléfonos, enviando un XOR a cada mensaje con una secuencia de teclas única para el teléfono y transmitiendo la suma de todos los mensajes. (Multiplexación por división de código)

Esta es una respuesta simplista para adaptarse a las personas que se describen a sí mismas como novatas en la radio.

Imagine que el espectro de radio es su música de alta fidelidad. Si tuviera un ecualizador gráfico, podría hacer cosas obscenas con el tono del audio, como simplemente mejorar las cosas a 1kHz, deslizar el control de 1kHz al máximo y reducir todos los demás al mínimo, así es como una radio se sintoniza en una transmisión y excluye (en gran parte) a todas las demás bandas.

Una estación diferente puede requerir que solo mejore (digamos) 500Hz para que deslice el control de 500Hz al máximo y reduzca todos los demás al mínimo; lo que escucha son solo los tonos en aproximadamente 500Hz.

Las radios son bandas asignadas para transmitir y tienen diferentes frecuencias, por lo que es bastante fácil sintonizar la estación que desee.

Todos los dispositivos Wi-Fi usan diferentes bandas de frecuencias (existen reglas lógicas cuando un nuevo dispositivo se "une" a un enrutador wifi) y se le asigna su propia banda de frecuencias. Lo mismo con los teléfonos celulares, etc., etc.

También debe recordar que la potencia de salida de un enrutador está limitada intencionalmente, por lo que su alcance causa una "diafonía" limitada a otros enrutadores. Esto es lo mismo para todos los dispositivos de radio como este. Hay literalmente cientos (quizás miles) de canales disponibles y si la potencia para la transmisión de cada dispositivo fuera demasiado alta, el sistema no sería posible.

Es un poco como los Ricitos de Oro en realidad: es justo dadas las limitaciones de la movilidad promedio del dispositivo y la cantidad de dispositivos en una "celda" determinada.

La ley inversa R-Squared viene al rescate. La intensidad de la señal a una distancia Rde su fuente es proporcional a 1/R^2; el sonido o la señal WiFi se cae muy rápidamente a medida que te alejas de él.

Así que considera a las personas conversando en una fiesta. Puede escuchar a la persona frente a usted bastante bien y, a menos que el nivel de ruido sea realmente alto, probablemente pueda conversar con ellos sin confusión. Puede que te distraiga alguien que hable en voz alta a uno o dos metros de distancia; Es posible que deba pedirle a su compañero de conversación que repita algunas palabras o una frase de vez en cuando. Pero la mayoría de las veces solo escuchas un zumbido de bajo nivel de personas que hablan en otras partes de la habitación y, en su mayoría, sin mucho impacto en tu propia conversación.

Sin querer ser demasiado simplista con mi respuesta; un individuo que participa en una conversación de dos personas, inconscientemente desconecta las características de voz de otras personas, para escuchar mejor a esa otra persona, que asiste a dicha fiesta, mejor y / o más específicamente que otros asistentes a dicho evento de celebración.

Comparativo con un dispositivo electrónico que emplea un atenuador DTMF. En donde, el oído humano, en serie paralela con el cerebelo humano (el cerebro humano) descifra el tono, tono y entonación del personaje elegido con el que el individuo elige participar en su conversación principal y principal.

De la misma manera que un conjunto de circuitos electrónicos delinearía, por analogía, su ruta de conexión (s) correcta (s).

Electrónicamente, esto se logra utilizando una configuración atenuante CTCSS o DCS o tal vez, una combinación de CTCSS y lógica DCS compatible, para facilitar la armonía electrónica de la comunicación compatible entre componentes electrónicos individuales; donde uno recordaría que cada componente electrónico tiene su propia firma electrónica de identificación; muy similar a la firma (s) escrita / impresa de los humanos.

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