如何向一个10岁的孩子解释信息是如何通过空气传播的？包含大量网络知识！

你如何向一个十岁的孩子解释信息是如何通过稀薄的空气（WiFi、数据网络、3G 等）传递的？

先不谈十岁的孩子，你会如何向受过教育的成年人解释这一点？

当你在大洋彼岸给你的朋友发短信并且他们能立即收到信息时，我们中有多少人真正了解发生了什么！

当你在你最喜欢的消息应用程序上按下“发送”时，你的消息到底去了哪里？

你会说“飞向空中，就像无线电波……”。

当你在微信上按下发送时，实际上在你的智能手机中是通过印刷电路板上的细铜线向你的移动处理器发送指令。这些指令本质上是电脉冲，电脉冲是沿着电位差流动的电子. 你的信息究竟是如何从铜线中的电子流“跳”到稀薄的空气中的？

想象一下，你有一块可以触摸和感觉到（甚至闻到）的电路板，然后突然间你有频谱中不可见部分的无线电波，以光速飞向稀薄的空气。

iPhone 6 Plus Wi-Fi 天线

这是一个天线，在拉丁语中翻译为“杆子”。简单来说，天线是一种金属装置，可以吸收电脉冲并发出无线电波。它本质上是静态的存在，但它的传播可以到数公里外。

具体来说，如图所示的 Wi-Fi 天线，以 2.4 GHz（每秒 20 亿次！）的频率发出长度为 12.5 厘米的波。与可见光不同，这些波可以穿过墙壁，甚至在角落处弯曲！

天线是如何产生无线电波的？

不知道你对引力波的嗡嗡声是否了解，它们基本上是引力场的波动，以辐射能的形式传播，爱因斯坦的广义相对论 一百年前就预言了它们的存在，而我们直到最近才发现它们。

就像引力波，电磁波是电磁 (EM) 场的波动，以辐射能的形式传播。而且，与引力波没什么不同，麦克斯韦方程组预测了不可见电磁波的存在早在海因里希赫兹发现之前！

因此，要产生无线电波，你需要在电磁场中产生波动。为了产生这些波动，你需要电子在导体中移动！

无线电波合成的行为是精心编排的电子在细小的铜线上有节奏的跳动。就像静水中的扰动从扰动点向外辐射一样，电子在天线中流动会引起电磁场的扰动，电磁场像电磁波一样辐射到空间中。

当你在最喜欢的消息应用程序上按“发送”时，你的移动操作系统引发一系列事件，最终将信息编码为精心编排的电子舞曲。这种舞蹈会在周围空间的电磁场中产生有节奏的潮起潮落，并向外辐射到手机信号塔。

信号塔上的接收天线在其导电表面感受到这些潮起潮落，从而引发一种与发射器上的电子舞非常相似的电子舞。这种电子舞又是一组细铜线中的电脉冲，由信号塔的硬件解码。解码后的信息然后通过高吞吐量电缆传输数千英里，跨越国家、大陆甚至海洋（通过跨大西洋通信电缆）或其他一些海底通信电缆) 到大洋彼岸你朋友附近的一个手机信号塔。从塔到你朋友的电话是另一个无线跳跃。最后，你的朋友听到了熟悉的声音。

快问快答

1、手机怎么知道手机信号塔在哪里？

没有，也没有必要！你的手机会向各个方向广播你的消息，供任何人收听。但别担心，你的消息将被加密，只有手机信号塔可以解码你的消息。

2、手机信号塔怎么知道消息是我发的？

对于你传输的每条消息，还包含一个唯一标识你的设备的代码，这就是手机信号塔知道是你的方式。

3、手机信号塔如何区分来自不同手机的消息？

这些电话都遵循一个协议，可以在不同的时间、不同的频率、不同的位置或使用不同的代码向塔发送消息。

我对此的最佳比喻是教室，想象一个有 100 名学生和只有一名教师的教室。现在，如果所有学生同时开始讲话，老师将无法理解其中任何一个。因此，他们就一项协议达成了一致。如果学生想发言，他们举手等待老师指点。除非老师要求学生说话，否则学生不会说话。如果多个学生同时举手，老师会一一挑出，这样在任何时候都只有一个学生在说话。

手机塔是老师，设备是学生。虽然学生可以在不同时间发言以避免干扰，但设备可以在不同时间、不同频率或不同代码发言以避免干扰。

干扰是无线通信中的一项基本挑战！

4、所以，你是在告诉我大多数通信并不是真正的无线通信？

是的！除非你使用卫星电话，无线通信只用于沿路两步：

发送方->塔1

塔2->接收方

信号塔之间的通信通过地下超高速通信电缆进行,如果不是后端有这个价值数十亿美元的电信基础设施，就不会有无线！

5、但是，电缆在 21 世纪不是很过时吗？为什么不一直使用无线？

我们在这里谈论的电缆（例如跨大西洋通信电缆) 绝对是非常高科技的。它们每秒可以传输数 TB 的数据，并且不会像无线设备那样面临干扰问题。

此外，如果你想一直使用无线网络，你将需要大量卫星来满足数十亿用户及其数据需求。而且，发射卫星真的非常昂贵。

6、信号如何知道哪个塔离我的朋友最近？

每个蜂窝塔都会跟踪当前在其覆盖区域内的所有设备。同样，每个设备都会跟踪离它最近的手机信号塔。因此，每个设备都有一个与蜂窝塔相关的“地址”。

当你的消息到达离你最近的手机信号塔时，信号塔会查找接收者的“地址”并将消息发送到相应的信号塔。