无线通讯原理(Wireless communication principle)

Reference

星链StarLink 5G蜂窝网络 WiFi 蓝牙光通讯电磁波无线通讯的世界「硬核无线技术」第一期系统讲解无线技术原理

电磁波谱(Spectrum)

光的本质是电磁波(electromagnetic wave)

电磁波谱上的这一段范围为无线电的通讯范围

从3hz-300Ghz都能实现无线通讯。超过300Ghz则电磁波开始展现光的性质，随着频率变高波长变短，电磁波又开始变成不可见光，如gamma ray

（PS：电磁波=电磁辐射）

日常生活中使用最多的无线电波为几khz-300Ghz，且随着频率变高被国际通讯组织规定出各种专用的通讯频率，即信道

频率表示单位时间内(1s)完整波长的数量。如：1khz表示1s内通过1k个波长

指波的波动幅度，往往能量越大，振幅越高，表现出的信号强度就越高

波长是波在一个振动周期波的传播距离

低频的电磁波波长可以长达几公里，如超低频3hz的电磁波波长甚至长达十万公里

(PS：即便是10万公里的电磁波，传播速度也是极快的，因为电磁波的传播速度接近于光速，而光速的传播速度为30万公里。所以即便是超低频的电磁波，在1s内也可以传播三个波长的距离)

电磁波的频率和波长有直接关系，频率越高波长越短。如电磁波的波长从10万公里变成几公里到几米，频率则随之变成3000hz到100Mhz（大概这个范围），这个时候就变成了fm和am广播的无线电波

如果波长进一步缩短到10cm-50cm则变成了如今4g蜂窝网络无线电波

变成12.5cm的波长，则对应的是2.4Ghz的电磁波(ISM频段)

变成6cm对应的是5Ghz的电磁波，对应5G wifi无线电波

随着波长进一步缩短就是我们日常所遇到的可见光了

在天线(antenna)发射功率一定的情况下，频率越高的无线电波，其带宽(bandwidth)就越大，承载的数据量就越大。比如5Ghz的wifi就比2.4Ghz频段的wifi在相同的时间内传输更多的数据量

因为电磁波的频率越高，单位时间内天线接收到的波长数量就越多，而承载数据的波长被天线接收得越多，则数据量就越多。这就是5Ghz的wifi比2.4Ghz的wifi要快的原因

同时在大气层中，波长越长，频率越低，传播的距离就越远。比如am广播的波长为几公里，频率也比较低，所以拥有更好的传播性和穿透性。而电磁波的频率越高，其穿透性和传播距离就越短

这就是为什么5G网络通信需要建这么多的子基站来保证信号覆盖和消除通讯死角

（PS：这里就能解释为什么家里的wifi从2.4Ghz切换到5Ghz时，常常会隔着一堵墙或者一扇门，信号就会变得很糟糕）