无线电——世界因此相邻( 二 )



无线电的出现还直接导致了广播事业的诞生 , 在很大程度上 , 丰富了人们的生活 。 1920年 , 世界上第一次正式广播在美国开始 , 后来其他许多国家的无线电广播事业也都蓬勃发展了起来 。
无线电技术的工作原理
为什么无线电技术可以传播信息呢 , 有这样一个非常典型的比喻形容了这个过程:当你像平静的湖面扔一块石头 , 水波会传到很远的地方 。 假如这些水波可以记录信息的话 , 那么随着波纹的散去 , 信息也可以随之传播去远方 。 无线电波可以在自由空间(例如空气和真空)中传播 , 那么只要人类通过在特定频率的无线电波上加载信息 , 那么就可以达到传递信息的目的 。 具体来说 , 这种技术的工作原理是存在于导体之中的电流强弱发生改变时 , 便会产生无线电波 。 通过导体中的电流强弱发生改变产生无线电波这一现象 , 再经过调制便可将信息加载于无线电波之上 。 当通过空间传播的电波到达收信端时 , 此时电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流 , 这时通过解调将信息从电流变化中提取出来 , 实现信息传递 。

无线电技术的发展之路
虽然最初 , 无线电波只能传送一些简单的“滴”声 , 但是伴随着技术的不断发展 , 人们对无线电的研究逐渐深入 , 无线电被广泛用于通信、导航、雷达、加热、动力、遥距操控、天文学等多个领域 。 其中无线电在通信领域的应用最为人们熟知 , 广播、电话、电视、紧急服务(定位)、数据传输等在人们生活中的应用已经非常普遍 。 随着计算机技术和信息技术的不断发展 , 各种基于无线传输技术的无线网络也越来越成为人们生活中重要的一部分 。

无线电的发展史 , 在很大程度上就是人们对各波段进行研究、运用的历史 。 人们对无线电的开发应用大概经历了两个阶段:软件无线电、认知无线电 。 软件定义的无线电是一种无线电广播通信技术 , 它于20世纪90年代初被科学家正式提出 。 它的一大特点是基于软件定义的无线通信协议而非通过硬连线实现 。 频带、空中接口协议和功能可通过软件下载和更新来升级 , 而不用完全更换硬件 。
经过几十年的推广和全世界范围的深入研究 , 软件无线电概念不仅得到了普遍认可 , 而且已获得广泛应用 。 3G、4G、多频段多模式电台、联合战术无线电系统都是以软件无线电概念进行设计、开发的 , 甚至连完成单一功能的GPS也要进行软件化设计 , 以适应导航技术的发展需要 。
认知无线电则是指包含一个智能收发器的一种无线通信技术 , 它于21世纪初被科学家提出 , 旨在提升空闲频谱的利用率 。 认知无线电中的智能收发器能检测出哪些波段未被占用以及哪些波段正在被使用 , 当检测出某些波段空闲时 , CR系统就可以暂时使用该波段进行通信 。 认知无线电可以感知周围电磁环境 , 通过无线电知识描述语言(RKRL)与通信网络进行智能交流 , 并实时调整传输参数(通信频率、发射功率、调制方式、编码体制等) , 使通信系统的无线电参数不仅与规则相适应 , 而且能与环境相匹配 , 以达到无论何时何地都能实现通信系统的高可靠性和频谱利用的高效性 。
软件无线电和认知无线电两者相比 , 前者关注的是采用软件方式实现无线电系统信号的处理;而后者强调的是无线系统能够感知传播环境的变化 , 并据此调整系统工作参数 , 实现最佳适配 。 从这个意义上讲 , 认知无线电是更高层次的概念 , 不仅包括信号处理 , 还包括根据相应的任务、政策、规则和目标进行推理和规划的高层活动 。
无线电通信的实现
100多年来 , 通信技术得到飞速发展 , 电报、电话、广播、电视等通信技术的应用 , 大大加快了现代生活的节奏 , 使古代人“顺风耳”“千里眼”的梦想成了现实 。
进行无线电通信 , 需要发送和接收无线电波 。 天线是发射和接收无线电波的必要设备 , 我们经常可以看到各种天线 。 进行无线电通信 , 首先要发射无线电波 。 无线电波发射机中有一个叫做振荡器的重要部件 , 它能产生频率很高的交变电流 , 高频交变电流流经天线时 , 在空间产生高频率的电磁场 。 由于这个电磁场在做周期性的变化 , 在周围又产生新的电磁场……于是 , 电磁波就发射出去了 。
无线电广播传递的是声音 , 电视广播传递的不仅有声音 , 还有图像 。 振荡器产生的高频交变电流 , 是用来携带声音、图像等信息的 , 叫做载波 。 把要传递的信息加到载波上并发射出去 , 信息就可以传到远方 。 把信息加到载波上 , 就是使载波随信号而改变 , 这种技术叫做调制 。 调制的方式有两种 , 一种常见的是使高频载波的振幅随信号改变 , 这种方式叫做调幅(AM) 。 中波和短波波段的无线电广播 , 使用的是调幅方式 。 在微波波段 , 电视广播的图像信号也使用调幅方式 。 另一种调制方式是使高频载波的频率随信号改变 , 这种调制的方式叫做调频(FM) 。

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