【深度科普】无线电——世界因此相邻

说到无线电，人们可能认为这是个过时的概念，实际上，无线电在我们的日常生活中扮演着极其关键的角色。如今，无线电早已是覆盖面最广的大众传播渠道。根据工业和信息化部提供的信息，世界上百分之九十五的人都能接收到无线电讯号。日常生活中，无线信号也普遍存在，手机通话、网络传输，无形无质的电波为人们的日常活动提供诸多帮助。然而无线电技术本身较为深奥，目前大众对无线电方面的认知还比较有限，现在就让我们一同探索无线电的领域吧。

无线电的诞生之路

无线电的基础原理源自英国科学家麦克斯韦的电磁理论学说。德国学者赫兹在1887年率先借助实验证实了电磁波确实存在。任何物质都会发出电磁辐射，例如太阳散发出的光线即属于此类电磁波。生物体散发的红外辐射，同属于电磁辐射，此类辐射人眼无法察觉，不过蛇类具备探测能力，凭借其特殊感知在暗处捕食。这种在无阻碍空间里传播的辐射，是物理学中所说的无线电波，此类电波不仅存在于大气层，也存在于真空中，人类运用无线电波传递信息的方法，称作无线电技术。

意大利的发明家马可尼被誉为无线电通信领域的奠基人，他受到赫兹实验的启示，着手进行无线电传输的试验，1894年时已能实现数米距离的信号传递，一个具有里程碑意义的事件发生在1901年12月12日，经过反复试验和持续研究，马可尼成功实现了无线电信号跨越大西洋的发送，使得美国地区也能接收到英国发出的电报内容这一讯息在彼时引发了巨大冲击，人类历史上，迅速传递信息始终是难以实现的夙求，亦是解不开的谜题，从古代中国的“烽火台”到近代远洋航行，为寻求更广交流，人们付出了诸多尝试。马可尼的这项创造之后，人类沟通进入了崭新纪元，无需借助牲畜传送、书信投递，无线电从此能让信息即时传遍全球。

马可尼的无线电通信技术迅速风靡全球，普及到各个角落，现实生活中，航海业率先采用了这项技术，人们借助摩尔斯电码在船舶与海岸之间进行联络，许多国家纷纷在沿海地带和重要防御工事中设立了马可尼品牌的无线发送设备，尽管如此，这项技术仍然存在不少不足之处。马可尼发报机的振荡回路和天线是集成设计的，导致其输出功率有限；马可尼采用的无线传输方式无法进行频率调整，造成不同信号间容易产生相互干扰；此外，马可尼无线电通信系统中的接收设备性能欠佳，缺乏稳定性保障。

马可尼电报设备存在不足之处，德国物理学家卡尔・费迪南德・布劳恩着手进行改良工作。他自1902年起，借鉴英国工程师约瑟夫・洛奇发明的调谐粉末检波器，研发出一种创新性的调谐方法。借助这项技术，无线电报能够通过不同波段进行定向的发送和接收，有效减少了信号干扰，并且该技术也构成了收音机的核心原理。他还研发出磁交连天线，把振荡回路跟天线自行规划并实现结合，这样创新的结构让无线电通讯的发射能力显著提升。1910年，诺贝尔奖评奖机构把那一年的诺贝尔物理学奖授予了马可尼和布劳恩，表彰他们为世界无线电技术领域带来的成就。

无线电技术的起步

无线电技术刚萌芽时，电影里常见的那种电码是当时的关键技能，每个通信人员都得精通，因为最初的无线电报传输信息能力很差，人们就设法用断续的信号代表内容，由此产生了著名的摩尔斯电码。摩尔斯密码包含两种基本信号，即瞬间的点“・”和持续的划“—”。通过这些信号的不同排列组合，可以传达各种信息，例如点划“·——”代表字母a，划点点“—··”代表字母d。借助摩尔斯密码，简单的符号也能传递出富有意义的内容。尽管如今随着科技的进步，摩尔斯密码已逐渐退出人们的日常应用。但是，这种通信手段即便在极端糟糕的环境下也能正常运作，并且传递的数据量很大，因此还是有许多无线电发烧友和军事传讯人员坚持采用这种方式。

无线电技术的问世，直接促成了广播行业的兴起，极大地改善了民众的日常体验。公元1920年，全球首次正式的广播节目在美国落地实施，此后世界各地纷纷效仿，众多国家的无线电传播事业均呈现兴旺态势。

无线电技术的工作原理

无线电技术为何能传递讯息，有个十分贴切的比方描绘了这种现象：若往平静的水面投掷石子，涟漪会向四面八方扩散。倘若这些涟漪能够承载内容，那么在它们逐渐消散的过程中，讯息便能顺着扩散开去，抵达遥远之处。无线电波能够在开放空间里传送，比如在空气或者真空中传播，人类若在特定频率的无线电波上附加信号，就能实现信息传递。具体而言，这项技术的作用机制在于，当导体中的电流强度发生变化时，就会发出无线电波。导体中电流强度变化发出无线电波这一过程，再借助调制手段，就能把信息附加在无线电波上。当空间中的电波抵达接收端，电波导致的电磁场波动会在导体内部激发出电流，此时借助解调手段，能够从电流的波动特征中获取信息，从而完成通信过程。

无线电技术的发展之路

起初，无线电只能发送简单的“嘀”声，后来随着科技持续进步，人类对无线电的认知逐步加深，它开始被大量应用于通信、导航、雷达、加热、动力、远程控制、天文学等诸多方面。在众多用途中，无线电在通信方面的应用最为大众所了解，广播、电话、电视、应急服务（定位）、数据传输等已经深入到日常生活中。当代电子科技持续进步，数字讯息处理领域不断革新，各式依靠无线信号传送的网络设施逐步融入民众日常活动，扮演着日益关键的角色。

无线电的演进过程，基本上反映了人类对各频段探索和利用的历程。无线电技术的开拓实践大致可分为两个时期：软件无线电、认知无线电。软件无线电属于一种无线电广播通信方法，由科研人员于九十年代初期正式倡导。它的显著之处在于利用软件来设定无线通信规则，而不是依靠物理线路来完成。系统可以通过软件下载和更新来改进频段范围、空中传输规则和各项特性，无需彻底更换设备。

数十年的广泛宣传和全球性深度研究，使软件无线电理念不仅广为接受，而且已普及应用。3G、4G、多频段多模式收发器、联合战术通信设备等，都是基于软件无线电思想构建的。即便是执行单一任务的GPS系统，也需采用软件化方案，以顺应导航技术进步的要求。

认知无线电是一种无线通信技术，其核心部件是智能收发器，这一概念由科研人员于21世纪初提出，主要目的是提高闲置频谱的利用效率，智能收发器能够识别出哪些频段处于空闲状态，哪些频段正在被占用，一旦发现某些频段没有在使用，认知无线电系统便可以临时借用这些频段来进行信息传输。认知无线电能够监测周边电磁状况，借助无线电知识描述语言与通信网络展开智能对接，并即时变更传输指标，包括通信频率、发射功率、调制方法、编码制度等，确保通信系统的无线电指标既符合规范，又能契合环境，从而无论何时何地都能保障通信系统的高稳定性，并提升频谱利用的效能。

软件无线电着重于通过软件手段完成无线电系统信号的处理工作；认知无线电则侧重于无线系统能够感知传播环境的变化情况，并按照这些变化调整系统的工作参数，从而达成最优的适配效果。从某种角度来看，认知无线电代表了一个更高级别的概念，它不仅涵盖了信号处理的内容，还包含了依据相应的任务、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

一百余年期间开元棋官方正版下载，通讯手段实现了迅猛进步，电报、电话、广播、电视等通讯手段的普及，显著提升了现代生活的步调，让古人“千里传音”“目及千里”的愿望得以实现。

无线电联络，必须传递和接收无线电波。天线是传递和接收无线电波的必备装置，我们时常能见到各式各样的天线。无线电联络，首要任务是发出无线电波。无线电波发射装置里，有个叫做振荡器的关键部件，它能够生成频率很高的交变电流，高频交变电流通过天线时，在周围空间形成高频率的电磁场。这个电磁场在不断地循环变动，在它的附近又形成了另一种电磁场，接着开yun体育app官网网页登录入口，电磁波就传播开去。

无线电广播是用来播送声音的，电视广播则播送声音和影像两种信号。高频交变电流由振荡器产生，这种电流能够承载声音、影像等信号，被称为载波。将需要传递的信号叠加到载波上并发出，信号便能传到很远的地方。叠加信号到载波的过程，就是让载波随信号的变化而变化，这种技术称为调制。调整方法存在两种，一种是广泛应用的，让高频率载波的幅度跟随信号变化，这种办法称作调幅，简称AM。中波段和短波频段的广播电台，都采用调幅技术。微波频段内的电视广播，其图像信息也运用调幅手段。另一种调整办法是让高频率载波的周期跟随信号变动，这种调整办法称为调频，简称FM。

调频信号的幅度保持稳定，其抗干扰性能较为出色，信号在传输时变形程度较低。不过，调频接收设备的构造比调幅设备更为复杂，覆盖范围也相对有限。我们日常接触的诸多广播电台均采用调频方式，能够传输音质上乘的音乐及清晰的语言内容。

全球存在大量广播与电视机构，它们无时无刻不在传播电波信号。由此，我们周围充斥着各式各样的电波。收听广播节目时，首要任务是能在众多电波中识别出目标信号。转动收音机调台钮的动作，本质上是在筛选出我们所需的电波，这一技术过程称为调谐。完成调谐之后，接收设备便能够捕捉到携带有特定信息的高频电流信号。这种高频电流并非目标信号。要获取所需的声音或图像内容，必须从高频电流中分离出这些信息，这一步骤称为解调。解调后的信号需要进一步放大。传递声音时，能让扬声器发声；传递图像时，能令显像管成像。

无线电技术的应用

如今，我们的日常活动都离不开无线电技术，其应用方式正变得越来越丰富，既有无线数据网络，也有各种移动通讯和无线电广播。

无线电最初的用途体现在联络方面，人类依靠它实现了信息跨远距离的发送。过去，在辽阔的海洋上，船只之间的沟通极为不便，随着无线电技术的出现，它很快进入了航海行业，军用船只用它来下达和接收命令、交流动态，民用船只也借助它寻求帮助，或是传递各类资讯。手机是当下最普及的无线通讯工具，只要处在信号覆盖范围，人们就能随意进行通话，此外，无线局域网、蓝牙等科技，也是借助无线电手段在近程传送信息。

无线电定位能够协助旅行者准确抵达目标地点，卫星通过无线信号测量设备的位置信息，包括方向和速率，计算与预设路径的差异，从而迅速调整，确保航向正确，不断重复这一步骤kaiyun.ccm，无线电即可持续追踪，达成导航目的，不受气候和时段影响，且准确度高，速度快，使用方便。当代无线联络手段更加完善，空间传输技艺逐步提升。日常起居中，便携式通讯已不可或缺。便携式通讯历经了1G（模拟）、2G（数字）、3G（高速）阶段，现阶段已迈入5G时期。自3G阶段起，便携式通讯真正让人们体验到多媒体移动通讯，网页、乐曲、影像、视频等均能在掌上设备上获得优质体验。

无线网络在医疗行业、公司网络部署、仓库运作、饭店商店、图像监视等领域应用很普遍，在日常生活中，WiFi信号标志到处都是。实际上WiFi是WLANA（无线局域网联盟）认证的一个品牌，WiFi属于WLAN规范体系，WiFi信号传播距离大约为90米，而WLAN（配备天线）的传输距离可延伸至5公里。

当今信息科技日新月异，物联网方兴未艾，这种万物互联的系统，把所有物品都纳入了网络覆盖范围，倘若采用线缆连接的方式，这种景象是难以设想的。物联网功能多样，涵盖智能交通、环境维护、政务管理、公共安全、家庭安全、智能灭火、工业监控、环境检测、老人看护、个人医疗、植物培育、水域监控、食品追踪、敌情探查和信息采集等诸多方面，发展潜力十分巨大。

无线电技术在今天

日常生活中，无线电技术应用广泛，声音传递依赖它，例如无线电报、调幅广播、调频广播，以及航海航空中的语音电台等。电话、电视、紧急救助、数据交换、蓝牙连接、位置指引、探测设备、高频加热、能源供应、天体观测等众多领域，都离不开无线电技术的支持。

有人将无线电称作人们达成自由交流的通道，称其为现代社会的便捷桥梁。无线通信技术持续进步，手机不仅实现了人们随时随地的自由联络，更转变为集联络、摄像、消遣、管理财务、网上交易等多项用途于一体的个人智能便携设备。早在2013年，统计资料就显示，我国使用手机的人数已经超过11亿，位居全球首位。那个一度席卷大江南北的传呼设备，那个用于现场联络的便携通话工具，那个用于近距离无线传输的技术，那个用于局域空间内无线互联的协议，以及那个借助天体进行通话的装置，等等，全都仰仗于无线电。移动通信服务已经实现了五次重大革新。从最初仅能满足行进中通话的基本要求，到如今移动通信（5G）所展现的极速数据传输性能，无线电始终扮演着关键角色。无线电是充实大众精神世界的缤纷桥梁，广播电视借助无线电传播，把世界各地每日的新鲜事，传递给远方的人们。历经数十载演进，我国的广播电视系统，发展成全球规模最为宏大的无线电发送系统。2013年的相关资料揭示：国内超过半数家庭借助无线电视网络观看节目，电视转播发射台数量逾1.5万座，电视发射机数量更是超过3万台。由此可见，我们当前便捷的生活条件，实则是依托无线电技术发展而形成的。

重视无线电安全

长期以来，无线电的安全状况也激发了人们的深思。以认知无线电为例，它承受着五种安全风险。首先，存在信息盗取的风险。因为无线电通信的信息传输媒介是开放性的空间，这便显著地增加了非法获取通信信号的便利程度。而且，信号的获取属于一种无源活动，使得依靠信号探测手段来察觉异常情况变得更加困难。其次，面临着恶意干扰的威胁。接收天线架设在空旷地带，既捕捉目标信息，也易受环境杂波影响。有些恶意行为者能随意注入传输路径，削弱信号质量，危及通信质量。另有一些恶意行为者会伪装有效信号，误导接收设备。还有认知用户会对正常用户造成干扰。环境因素例如隐藏终端效应，会造成认知用户对主用户的感知出现偏差且不及时，进而干扰授权用户，引发用户间的不平等状况。第四，存在模仿授权用户发起攻击的行为。在频谱资源紧张时，这种行为会将有限的频谱据为己有，在恶意攻击中还会损害频谱资源的正常使用。第五，会发生拒绝服务攻击。认知无线电网络中，公共控制信道是节点间传递频谱感知数据的物理载体。恶意行为者发送海量无效控制数据，导致控制信道拥堵，使其无法被其他认知用户使用。此外，认知无线电还遭遇其他安全风险。攻击者借助应用层各种协议的薄弱环节，借助病毒、木马等有害软件，来损害认知无线电的服务效能。

这些安全风险面前，扩频通信技术为应对信息盗取和干扰提供了可行方案。该技术涵盖直扩、跳频等形式，其核心原理在于拓宽信号传输的频带范围，以此提升信号不易被察觉和抗干扰的特性。同时，运用更为周密的验证手段，有助于阻止信息数据的失密。恰当的加密方案可以确保即便信号遭受截获，偷听者也无法从中获取关键内容。准确识别授权用户特征，是抵御假冒授权用户行为的关键措施。因此，需要综合运用信号以外的物理属性，实施多方位的验证过程。

增强公众对无线电价值的了解，强调无线电作为信息交流媒介的功能，突出其在推动教育进步、实现资讯流通以及应对灾害时发布关键消息等方面的关键贡献。二零一一年十一月三日，联合国教科文组织决议将每年二月十三日设定为“世界无线电日”。在利用无线电技术便利的同时，需关注其安全使用。各类无线电业务在专属频段上独立运作。无线电管理机构对各个频段实施合理布局和有效监管，保障无线电波传播的稳定可靠，维护所有无线电应用的正常开展。此外，构建平衡、环保、稳固的电磁空间，有赖于社会各界的共同参与。