广播、电视和移动通信
搞懂电磁波如何载着声音、画面和数据飞越千山万水
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广播、电视和移动通信
搞懂电磁波如何载着声音、画面和数据飞越千山万水
音频信号
声音是广播、电视和移动通信里最古老、也最基础的内容——电台播音、电视伴音、手机通话,本质上都在传『音频信号』。但它和声音本身不是一回事。
水位计把水位起伏变成指针偏转,麦克风把声压变化变成电压曲线
视频信号
上一页我们讲了音频信号——它只记录声音随时间的变化,一根时间轴就够了。但打开视频通话,你看到的不仅是声音,还有同学的表情和手势。视频信号在音频的基础上,多出了一个维度:空间。
一页页静止画快速翻过,眼睛看到的就是连续动作;视频本质就是把翻书做到每秒几十次
射频电流
音频、视频都是低频电信号,电流变化慢,根本无法以电磁波形式有效辐射。要让信号「飞」起来,得先把它搬到一个高频的「肩膀」上——这就是射频电流。
抖动够快时,绳上波纹会脱离绳端向外传开
电磁波发射
上一页我们知道射频电流能让信号"飞"起来,但电流本身还困在导线上,电磁波是怎么从天线"飞"到远方的呢?
高频振动源(天线)持续扰动,能量以波纹形式向四周扩散开来
电磁波接收
上一页把电磁波「送了出去」,但通信是来回的。这一页看另一半:远方的设备怎么把空中的电磁波「接回来」,还原成声音和画面。
谐振电路像大脑的过滤机制,只放大目标频率,其余当作噪音滤掉
调制
前几页我们知道了:低频音频视频信号自己走不远,而高频电磁波能跑很远。怎么把这两件事接起来?这就是调制要解决的问题。
信件是低频信号(内容少、易丢),快递车是高频载波(跑得远),到目的地拆包取信就是解调
解调
上页我们把低频的音视频信号装进了高频载波这个'信封'里——这就是调制。现在问题来了:收音机、电视机、手机收到这堆高频信号后,怎么把里面的'信'——也就是原始音视频——重新掏出来?
调制是把信纸装进信封(原始信号装入载波),解调就是把信纸从信封里取出来(从载波剥离原始信号)
频道
上一页把信息调制到载波上,但同一片空域中的信号不能全挤在同一个频率。系统先把共享频谱划成可管理的“道路”,再让接收机选中其中一条。
车道划定通行边界,频道划定频带边界;留出的空隙能降低越线和邻道干扰
移动电话工作方式
广播塔对着整片区域喊,你能听却没法回嘴——它是单向的。手机能说也能听,关键不是手机变厉害了,而是背后有一张'蜂窝网'和无数个中转站在协同工作。
小区像接力区段,手机走到边界就把通话'棒'悄悄传给下一个基站
本节要点
- ✓低频信号须调制到高频载波上,才能以电磁波形式远传
- ✓电磁波只载着调制后的信息,不直接装音视频
- ✓频道是对频率资源的划分,频率不重叠就不串扰
- ✓移动通信依赖基站接力与小区切换
课后思考
先遮住答案区独立思考,再对照参考答案检验思路。
参考答案低频信号波长极长,需要巨大天线才能有效辐射;不同低频信号还会混叠,无法区分频道。调制到高频后天线可缩小、便于选频接收。
参考答案不会严重干扰,因为不同电台使用不同载波频率(频道),接收端通过选频解调只接收目标信号——见「频道」与「解调」。
参考答案广播是单向、众多听众共享同一信号;移动电话是双向、每个用户独占信道。蜂窝小区可频率复用,大幅提升同时通话容量——见「移动电话工作方式」。