无线通信就在我们身边。手机打电话需要无线通信。上网需要无线通信。家里的路由器也用无线通信。无线通信让信息传递变得方便。我们看不见无线电波。无线电波在空气中传播。理解无线通信需要知道一些基础。

电磁波是无线通信的根基。电磁波有电场和磁场。它们互相垂直。电磁波在空间里振荡前进。电磁波的速度很快。光就是一种电磁波。无线电波的速度和光一样。电磁波有频率。频率就是一秒钟振动的次数。频率的单位是赫兹。我们常说的兆赫兹就是一百万赫兹。吉赫兹就是十亿赫兹。频率高的波携带能量大。频率低的波穿透能力强。电磁波还有波长。波长是两个波峰之间的距离。频率和波长有关系。频率高，波长就短。频率低，波长就长。电台广播用的波很长。手机用的波比较短。

无线通信需要把信息放在波上。这个过程叫调制。没有调制的波是载波。载波就像一辆空车。信息就像货物。调制就是把货物装上車。调制的方法有很多。调幅是一种老方法。调幅改变波的幅度。幅度大的地方代表1。幅度小的地方代表0。广播电台常用调幅。调频是另一种方法。调频改变波的频率。频率高的地方代表一种状态。频率低的地方代表另一种状态。调频广播声音更好。调相也能传递信息。调相改变波的相位。相位就是波在周期中的位置。现代通信多用数字调制。数字调制把声音和图像变成数字。数字就是0和1。然后用载波传送这些0和1。比如用波形的变化代表0和1。

信号从天线发射出去。天线把电信号变成无线电波。天线形状影响发射效果。长的天线适合低频波。短的天线适合高频波。手机天线藏在手机里。天线发射的波向四周扩散。就像石头扔进水里。波越传越远，能量也越来越弱。这就是路径损耗。距离太远信号就收不到了。信号传播会遇到障碍。墙会阻挡信号。山也会阻挡信号。金属物体反射信号。信号可以直着走。这叫视距传播。信号也可以绕射。绕射就是波遇到障碍物拐弯。低频波绕射能力强。信号还会反射。反射就是波碰到物体弹开。多栋大楼之间信号反复反射。这会产生多径效应。多径效应让信号时强时弱。手机会把多个路径的信号合起来。

信号被接收天线收到。接收天线把无线电波变回电信号。信号很微弱。接收器要把信号放大。放大器把信号变大。但噪声也会被放大。噪声来自各种地方。宇宙有噪声。电器设备也产生噪声。噪声干扰有用信号。信号太弱就淹没在噪声里。接收信号需要解调。解调是调制的反过程。解调从载波上取出信息。就像从车上卸下货物。解调出来的信息是数字。数字再变回声音和图像。我们就能听到声音看到画面。

无线通信需要管理频率。频率资源是有限的。不能随便用任何一个频率。否则会互相干扰。就像马路上的车要分车道。政府分配频率。广播、电视、手机各有各的频段。不同用途的频段分开。这样大家才不会互相打扰。

无线通信在发展。从1G到5G是进步。1G只能打电话。用的是模拟信号。2G可以发短信。开始用数字信号。3G能上网看图片。速度更快了。4G看视频很流畅。网速大大提高。5G现在正在用。5G速度非常快。延迟非常低。5G支持更多设备连接。自动驾驶需要5G。物联网也需要5G。5G用的频率更高。高频波带宽大。带宽就像马路宽。马路宽跑的车就多。数据传得就快。但高频波传不远。容易被阻挡。需要建很多小基站。小基站覆盖范围小。但数量多就能全面覆盖。

无线通信面临挑战。信号覆盖是个问题。偏远地区信号差。需要建更多基站。网络安全很重要。无线电波能被窃听。信息需要加密。加密就是把信息打乱。只有特定的人能还原。资源总是紧张的。用手机的人越来越多。需要更多频率资源。科学家在研究新技术。新技术提高频率利用率。让同一个频率传更多信息。

无线通信的基础原理并不神秘。电磁波承载信息。调制把信息加上去。天线发射和接收。信号在空间传播。遇到各种影响。接收端解调出信息。我们享受通信的便利。背后是许多简单原理的组合。这些原理经过多年发展。从简单的电报到复杂的5G。核心思想没有变。都是利用电波传信息。理解这些基础。能帮助我们看懂世界。技术还会继续进步。未来的通信会更强大。