Comment se fait-il que les signaux radio n'interfèrent pas les uns avec les autres tout le temps?

Je suis novice dans les technologies sans fil et j'essaie de comprendre comment elles fonctionnent.

Une chose que je ne comprends pas est la suivante: comment se fait-il que les transmissions de différents appareils n'interfèrent pas les unes avec les autres tout le temps?

Par exemple, je vis dans une zone métropolitaine dense. Il y a un routeur sur mon bureau et un ordinateur portable connecté via WiFi. Je parierais que dans le rayon de 100 mètres qui m'entoure, il y a au moins 100 routeurs de plus et au moins 200 autres appareils (ordinateurs portables ou téléphones portables) qui sont connectés aux routeurs susmentionnés. Ils communiquent tous entre eux en même temps. Comment mon humble ordinateur portable et mon humble routeur peuvent-ils s’envoyer des messages? Lorsque mon routeur envoie un message, comment mon ordinateur portable peut-il le capter de tout le bruit sur ces fréquences?

Cette question s'applique également aux réseaux téléphoniques. Comment un téléphone peut-il communiquer de manière fiable avec sa tour lorsqu'il y a 500 téléphones à proximité qui communiquent avec la même tour? Comment savent-ils quelles données appartiennent à quel téléphone?

Merci d'avoir satisfait ma curiosité!

Oh, mais ils interfèrent!

Il existe plusieurs mécanismes en jeu permettant le partage des ondes par les différentes sources radio mentionnées - le mot-clé étant le multiplexage , dans ses différentes saveurs.

1. Bandes de fréquences : différents appareils RF utilisent différentes "bandes" de fréquences, qui sont généralement attribuées et régies par les autorités locales compétentes, par exemple la FCC ou l'UIT. C'est ce qu'on appelle l'attribution du spectre, et varie selon les pays, avec quelques grandes tendances générales. Les récepteurs sont réglés pour recevoir et amplifier uniquement les signaux dans la bande d'intérêt, atténuant le reste des fréquences radio. Il s'agit du multiplexage en fréquence .
   Exemples :

   • Les satellites GPS communiquent avec les combinés GPS civils sur les bandes de fréquences de 1,57542 GHz (L1) et de 1.2276 GHz (L2).
   • Les périphériques WiFi / LAN sans fil utilisent généralement les bandes 2,4 GHz et 5 GHz, bien que quelques autres soient également attribués dans certaines zones géographiques / fins.
   • Certains appareils RFID utilisent la bande 13,56 MHz
   • Les canaux de divertissement radio FM utilisent généralement la bande 87,5 à 108,0 MHz (Europe, Afrique, Inde) ou des variations autour de cette plage, par exemple 76 à 90 MHz au Japon.

2. Canaux de fréquence dans les bandes: Dans les bandes de fréquences ci-dessus, les transmissions / appareils individuels utilisent des canaux ou des gammes de fréquences plus étroits, souvent avec des «bandes de garde» inutilisées entre elles pour réduire les interférences ou éviter les canaux existants. De plus, des mécanismes tels que la sélection dynamique de fréquence (DFS) sont utilisés, tels que les appareils WiFi à bande 5 GHz, pour changer de canal avec élégance et automatiquement lorsque des interférences sont observées.
   Ainsi, à partir de l'exemple ci-dessus de 2,4 GHz, les appareils WiFi peuvent être configurés pour l'un des 11 canaux (14 dans certains pays) à partir d'une fréquence centrale de 2412 MHz, avec 5 MHz entre les canaux adjacents, donc 2417, 2422, etc. sur. Par conséquent, si le routeur WiFi de votre voisin interfère sensiblement avec le vôtre, vous pouvez toujours passer à un autre canal qui n'a pas autant d'activité.

3. Diversité spatiale : Tant que deux sources RF sont suffisamment séparées en termes géographiques par rapport à la puissance émise par appareil, les interférences sont insignifiantes. La puissance d'émission radio maximale autorisée par bande est également réglementée, et souvent sous licence individuelle, par les autorités de régulation du spectre.
   Ainsi, même si deux casques BlueTooth dans un bâtiment utilisaient le même canal de fréquence, tant qu'ils sont suffisamment séparés physiquement compte tenu de la puissance de transmission radio assez faible de chacun, aucune interférence RF ne serait notée.

4. Multiplexage par division de code - Saut de fréquence / transmission à spectre étalé: certains types de dispositifs de communication utilisent des fréquences modifiées dynamiquement, ou même une transmission à spectre étalé couvrant une gamme de fréquences, pour éviter d'être bloquées par des interférences. L'application la plus familière pourrait être le service cellulaire CDMA .
   Même lorsqu'une certaine interférence se produit dans de telles techniques, la nature du mécanisme fournit un débit de bout en bout suffisant pour maintenir des communications efficaces.
5. Multiplexage par répartition dans le temps : dans tout "canal" de communication donné (et ce n'est pas seulement RF, il est également applicable au cuivre ou à la fibre optique par exemple), il existe une quantité donnée de capacité de transmission de symboles - au niveau binaire le plus simple qui puisse autant de bits "on" et "off" peuvent être transmis par seconde, tandis que des techniques telles que le changement de phase en quadrature augmentent le collecteur de "densité" de cette capacité. Ainsi, il est simple pour un équipement de transmission d'utiliser un canal par tranches de temps, soit avec un temps de battement de "maître de tambour" et en attribuant des intervalles de temps individuels à chaque dispositif demandeur, soit par une forme d' anarchie intelligente telle que la détection de collision et retransmission (par exemple, Ethernet CSMA-CD classique).
6. Méthodes plus exotiques, telles que le multiplexage de polarisation : elles sont utilisées le plus souvent dans les communications par fibre optique, mais sont également largement déployées dans les communications radio point à point. Dans cette forme de séparation des canaux, pensez à chaque "faisceau" électromagnétique polarisé selon une orientation spécifique lors de la transmission. À l'extrémité distante, les antennes de réception polarisées de manière appropriée démultiplexent ou distinguent les signaux polarisés différemment, permettant ainsi de multiples canaux de communication radio coïncidant spatialement.

Ce qui précède n'est en aucun cas un traité complet sur la façon dont divers appareils RF peuvent coexister, mais il devrait fournir suffisamment de mots clés pour une recherche plus approfondie, si vous le souhaitez.

Un certain nombre de techniques sont utilisées, souvent en combinaison.

• Le spectre de fréquences disponible est divisé en un grand nombre de bandes qui peuvent chacune être transmises et reçues indépendamment. C'est ainsi que les stations de radio et votre WiFi peuvent fonctionner sans être dérangés par d'autres stations de radio et postes WiFi (à proximité). (Multiplexage par répartition en fréquence)

• Les téléphones cellulaires ne sont pas appelés téléphones cellulaires pour rien: chaque tour de téléphonie mobile couvre une petite zone (c'est la cellule). Les cellules voisines n'utilisent pas la même fréquence, mais les cellules légèrement plus éloignées le font. Par conséquent, un petit ensemble de fréquences peut couvrir une vaste zone sans interférence. (Multiplexage par division spatiale)

• Une seule tour de téléphonie cellulaire peut desservir de nombreux téléphones cellulaires (et de même, votre appareil Wi-Fi peut desservir de nombreux ordinateurs sans fil) en parlant à chacun en séquence. Il existe d'innombrables plans intelligents pour synchroniser une telle conversation. (Multiplexage par répartition dans le temps)

• Une tour de téléphonie mobile peut, en même temps et sur la même fréquence, transmettre un message différent à un grand nombre de téléphones, en XOR chaque message avec une séquence de touches unique pour le téléphone et en transmettant la somme de tous les messages. (Multiplexage par division de code)

Ceci est une réponse simpliste pour convenir aux personnes qui se décrivent comme des débutants à la radio

Imaginez que le spectre radio soit votre chaîne hi-fi jouant de la musique. Si vous aviez un égaliseur graphique, vous pouvez faire des choses obscènes sur le ton de l'audio comme simplement améliorer les choses à 1 kHz - faites glisser le contrôle à 1 kHz au maximum et réduisez tous les autres au minimum - c'est ainsi qu'une radio se règle sur une seule transmission et exclut (en grande partie) tous les autres groupes.

Une station différente peut nécessiter que vous augmentiez (disons) seulement 500 Hz afin que vous glissiez le contrôle de 500 Hz au maximum et réduisiez toutes les autres au minimum - ce que vous entendez n'est que les tonalités à environ 500 Hz.

Les radios se voient allouer des bandes pour transmettre et elles ont des fréquences différentes, il est donc assez facile de syntoniser la station que vous voulez.

Les appareils Wi-Fi utilisent tous des bandes de fréquences différentes - il existe des règles logiques lorsqu'un nouvel appareil "rejoint" un routeur wifi - il obtient sa propre bande de fréquences. Même chose avec les téléphones portables, etc.

Vous devez également vous rappeler que la puissance de sortie d'un routeur est intentionnellement limitée de sorte que sa plage provoque une "diaphonie" limitée aux autres routeurs. C'est la même chose pour tous les appareils radio comme celui-ci. Il y a littéralement des centaines (voire des milliers) de canaux disponibles et si la puissance de transmission de chaque appareil était trop élevée, le système ne serait pas possible.

C'est un peu comme des verrous d'or - c'est juste vu les contraintes de mobilité moyenne de l'appareil et le nombre d'appareils dans une "cellule" donnée.

La loi Inverse R-Squared vient à la rescousse. L'intensité du signal à distance Rde sa source est proportionnelle à 1/R^2; le son ou le signal WiFi tombe très rapidement lorsque vous vous en éloignez.

Considérez donc les gens qui conversent lors d'une fête. Vous pouvez très bien entendre la personne devant vous, et à moins que le niveau de bruit ne soit vraiment élevé, vous pouvez probablement converser avec elle sans confusion. Vous pourriez être distrait par quelqu'un qui parle fort à un mètre ou deux de distance; vous devrez peut-être demander à votre interlocuteur de répéter quelques mots ou une phrase à l'occasion. Mais la plupart du temps, vous n'entendez qu'un bourdonnement bas de la part de personnes qui parlent dans d'autres parties de la pièce et la plupart du temps sans grand impact sur votre propre conversation.

Sans vouloir être trop simpliste avec ma réponse; un individu engagé dans une conversation à deux, désaccorde inconsciemment les caractéristiques vocales des autres, afin de mieux entendre cette autre personne, assister à ladite fête, mieux et / ou plus spécifiquement que les autres participants à ladite célébration.

Comparé à un appareil électronique qui utilise un atténuateur DTMF. Dans lequel l'oreille humaine, en série parallèle avec le cervelet humain (le cerveau humain), décrypte le ton, la hauteur et l'intonation du personnage choisi avec lequel l'individu choisit d'engager sa conversation principale et principale.

De la même manière qu'un assemblage de circuits électroniques délimiterait, par analogie, sa voie de connexion correcte.

Électroniquement, ceci est accompli en utilisant une configuration d'atténuation CTCSS ou DCS ou peut-être une combinaison de CTCSS et de logique DCS compatible, pour faciliter l'harmonie électronique de la communication compatible entre les composants électroniques individuels; où l'on se souviendrait que chaque composant électronique a sa propre signature électronique d'identification; la même chose que les signatures écrites / imprimées des humains.

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