Не просто «Ретро ФМ»: как радиоволны передают информацию?
С приходом Интернета радио постепенно утратило популярность. Но у него гораздо больше применений, чем может показаться на первый взгляд. В честь Всемирного дня радио рассказываем, как оно работает и как цифровую информацию передают с помощью радиоволн.
Что такое радиоволны?
Это электромагнитное излучение, частота колебания которого составляет от нуля до 300 гигагерц. Оно распространяется волнами в пространстве.
Радиоволны существовали всегда: их естественные источники — это, например, вспышки молний и астрономические объекты. Однако человечество научилось искусственно создавать их и использовать для того, чтобы кодировать информацию и передавать ее на расстоянии.
Как работает радио?
Передатчик создает волны. У современных радиостанций они лежат в диапазоне от 87.5 до 108 мегагерц. Это частоты, которые человек не воспринимает: звук, который мы способны услышать, составляет от 20 герц до 20 килогерц.
Как же тогда в такой высокочастотный радиосигнал упаковывают относительно низкочастотные звуковые колебания? Для этого применяются два типа аналоговой модуляции: амплитудная (AM) и частотная. Последняя по-английски называется frequency modulation и сокращается до FM.
В первом случае для того, чтобы передать звуковые волны, изменяется амплитуда колебаний несущих радиоволн по форме низкочастотного звукового сигнала. Выглядит это так:
Приемник же «сглаживает» такие высокочастотные волны до состояния звуковой синусоиды, а потом усиливает получившийся звук с помощью динамиков. Однако этот способ легко подвергается помехам и считается устаревшим.
FM модуляция более современная, так как в ее основе лежит корректировка не длины, а частоты звуковой волны, которую не так просто изменить: на пике звуковой синусоиды несущая частота радио максимальная, а на спадах — минимальная.
А как передают цифровые данные?
По сути вся информация закодирована с помощью двоичного кода: тот же принцип шифровки применяют для ее передачи в радиоволнах.
Самый примитивный способ — простое скачкообразное изменение частоты несущей радиоволны. Большая частота означает единицу, а меньшая — ноль. Это называется частотная манипуляция.
Однако чаще всего применяют фазовую манипуляцию, которая быстрее передает данные. Существуют два ее подвида: BPSK (двоичная) или QPSK (квадратичная). Здесь информация передается сдвигом фаз радиоволны, то есть резким смещением волны по временной шкале.
В двоичной фазовой манипуляции она может быть в фазе или противофазе: ноль и один соответственно.
В квадратичной же волна сдвигается по четырем фазам, каждая из которых несет сразу два бита.
Чтобы совсем ускорить способ передачи, в современных сетях 5G или Wi-Fi используют все доступные манипуляции, что позволяет шифровать огромное количество информации одновременно.
Таким образом, большая часть нашего инфополя построена на технологии радиовещания.
