为什么对讲机可以实现十多公里的通讯距离,而手机必须依赖基站设备?
★这是一个比较有趣的问题,也许对于没有接触过对讲机的朋友对它应该是陌生的;如果大家比较细心的话,应该看到一些场所人们使用对讲机,例如,在火车上应该能在列车员的身上看到一个黑色长方体,并带着一根触角的东西,没错那就是我们所说的对讲机;但是很多朋友不明白的是,明明手机和对讲机都能达到通讯的作用,可是为什么手机却流行开来了呢?这其实是和产品的自身定位和它的自身设计有关系的。
对于对讲机来说,它采用较低的频率和波长,所以它能够轻而易举的穿越障碍物,来进行较长距离的信息传播,而手机也想用低频啊,可惜低频段早已被占据(144~146MHz、430~432MHz);所以手机只能够采用较高的频率,其波长也就相对较短了,从而使得传播距离也就大打折扣了;所有手机的制造商不得不通过接入基站的办法,来延长传播距离;通信制造商们本来最擅长的就是经销基站了,有人说他们是拿着卖手机的幌子来卖基站,其实也有几分道理的。
毕竟手机是他们为了基站所研发的,但是即便是他们有利可图,那也不得不承认他们的确为我们当今社会谋福利了,这种歪打正着其实也是一种不错的选择。
♥随着通讯技术及集成电路产业的发展,无线电对讲机的研发及制造已有长足的进步。现在的无线电对讲机不但通话距离可达1-5公里或者更远,待机时间又长,对于喜爱户外活动的人,可说是一大福音。但是通话距离和通话质量一直是对讲机生产厂家和使用者最关心的问题。对于手持机来讲,通话距离主要由机器的系统参数和环境因素所决定。
系统参数:主要包括有发射机输出功率、接收机灵敏度和天线增益。
发射功率的大小直接影响到对讲机发射信号的强弱和传输 距离的远近,功率越大发射信号覆盖的范围越大,通话距 离也越远。但发射功率不能过大,发射功率过大时,不仅耗电影响功放元件寿命,而且干扰性强,影响他人通话效 果,还会产生辐射污染,因此各国的无线电管理机构都 对通讯设备的发射功率有明确的限制。
再者,接收机灵敏度是衡量接收机接收弱信号能力的重要指标。因为在实际的通讯过程中,通讯距离越远,信号衰减越快,如果通讯机的接收灵敏度指标好,即接收弱信号的能力强,通讯距离就可以更远,所以说接收灵敏度指标的好坏直接影响到对讲机的接收效果及通话距离。
还有,天线的增益的影响:天线作用是辐射或接收无线电波(即电磁波) ,同时起着能量转换的作用。发射天线将高频电流转换为电磁波,向空中发射传播信息;接收天线接收空中电磁波,并将电磁波转换为高频电流。天线的增益越大,驻波比越小,发射或接收的能力越强。手持对讲机所用天线一般为螺旋天线,其带宽和增益比起其他种类的天线要小,而且更容易受人体的影响,手持机天线损耗是指手持机天线手人体影响而产生的损耗,人体影响损耗对单工手持机而言,下行传播是需要考虑的最差情况是手持机携带在人体腰部皮带上。对于使用者来说,在换用天线时要注意将天线拧紧,另外不能随便使用非厂家提供的天线,也不能用不符合该机频点的天线,否则通话距离和效果将天大降低。
在解答这个问题之前我们来做一个通话比较:依赖基站的手机在通话时是没有限制的,只要花费和电量充足,用户可以一直进行无障碍沟通,接通通话的双方除了不是面对面以外,沟通没有制约。
而不使用基站就能直接实现通讯的对讲机就不同了,双方在进行语音沟通时的状态是“你一句,我一句”,也就是说对方说完一句话以后必须收线自己才能说话,如果对方始终不收线,那么自己就无法对对方发送语音,反过来,如果自己不收线,那么对方也就只能听不能说,这就是在使用对讲机沟通时说完一句话必须加上“完毕”或者“over”的原因。
手机可以无障碍进行语音沟通的原理称为“双向同时通信”,又称全双工通信,即通信的双方可以同时发送和接收讯息;对讲机只能“你一句,我一句”进行沟通的原理称为“双向交替通信”,又称半双工通信,即通信的双方都可以发送信息,但不能同时发送,也不能同时接收,这种通信方式是相互的,一方发送,另一方接收。
通信方式的不同,通信通信工具的传输距离也就各不相同,或者说通信方式越简单的通信工具,其通信距离也就越远。
如何来理解这段话呢?其实并不复杂,就像题目中说的那样,对讲机的通信距离已经达到10多公里,很显然它比手机的通信距离远的多,毕竟手机在没有基站中继的情况下连0.5公里的通信都做不到。
↓下图为特警装备的单兵步话机,它的本质是一部大功率对讲机,虽然通信距离可达50公里,但是在通信过程中依旧只能“你一句,我一句”,说完以后还要加上一句“完毕”才能解除占线,否则对方搞不清楚你说完话没有,没有这句“完毕”极易造成通信秩序紊乱,而手机则不存在这样的问题。
那么有没有比对讲机通信距离更远的通信工具呢?答案是肯定的,那就是广播,广播的通信距离就厉害了,几百公里外收音机都能收听到广播。
这样一来我们就很好理解“越简单越远”了,就通信距离而言广播>对讲机>手机,就复杂程度而言广播<对讲机<手机。
广播只能收听,不能回复,因此它是最简单的通信方式,即单向通信;对讲机既能收听,也能回复,但是必须“你一句,我一句”,即半双工通信;手机能无障碍沟通,没有任何限制,即全双工通信。
这就是无线电通信的三个最基本方式,方式的不同,通信工具的功率也就不同,不同的功率自然也就产生了不同的通信距离。
手机必须依靠基站才能进行通信,说明手机的功率是三种基本通信方式中最低的一种,以电池电量为5000毫安的国产某型手机为例,假设待机时间为72小时,那么它在待机期间产生的功率就为4.2v×5000÷72÷1000=0.29瓦。
对讲机的功率比手机大得多,手持式对讲机的功率一般为1瓦或者5瓦,车载、船载对讲机的功率最大能到25瓦,这是手机所不能相提并论的。
比如说摩托罗拉XIRC1200型对讲机,它的待机功率为3瓦,平原地区最大通信距离为5公里;建伍281/481a车载对讲机最大功率为25瓦,平原地区最大通信距离为50公里。
广播电台就厉害了,一般的市级中波、短波广播电台的功率为3瓦~10瓦;省级、国家级的中波、短波广播电台的功率最大能到30千瓦;军事通信使用到的长波广播电台则能达到200~400千瓦,超长波能达到1.2兆瓦!
比如说美军位于西雅图山谷里的超长波阵列天线电台,它能向15000公里以外并处于≤50米水深中的核潜艇发送作战指令。
可见功率最小的手机也只能在基站的支持下才能实现通信了,这也是一旦我们远离基站时手机信号就会越来越不好的原因。
↓下图为我国位于湖北某地的超长波电台阵列天线(5901工程),它的功率为1兆瓦,广播通信距离为10000公里,略低于美军超长波电台。超长波电台的原理非常简单,即单向通信原理,它不需要潜艇以及作战舰只的回复,舰艇受到指令后按照预定方案实施作战即可,所以它的本质就是广播电台和收音机的关系,可见越简单的、功率越大的通信方式,通信距离也就越远。
那么新问题就来了——有没有一种不使用基站也能实现通信的手机呢?答案是肯定的,那就是卫星电话!
手机的通信原理是这样的:1、手机向基站发动和接收信号→2、基站向通信卫星发送和接收信号→3、通信卫星向对方所在位置的基站发送和接收信号→4、对方基站向对方手机发送和接收信号。
可见手机通信过程中必须要有基站做为信号中继才能实现全双工通信,那么卫星电话是如何绕开基站直接与卫星进行信号交流的呢?
答案依然是功率,卫星电话的功率一般为5瓦,这也是卫星电话始终比一般手机要重得多、厚得多,天线要长得多、大得多的原因。
当然了,卫星电话也只是省去手机通信原理中的第2步而已,毕竟它始终还是一种全双工通信工具嘛。
综上所述我们我们可以得出这样的结论第一、对讲机可以实现十多公里通信,而手机则需要依赖基站的原因是手机的功率太低了,信号发送和接收的距离太短,而用户的通信距离又是“全球通”的需求,所以需要只能以基站为信号中继站才能实现全双工通信;而对讲机只是一种半双工通信工具,加上功率较大,所以不用基站也能进行远距离通信。
第二、手机也能在不依赖基站的情况下进行通信,但是必须提高功率才能绕开基站直接与卫星进行数据交换,这就是卫星电话,但是卫星电话又粗又大又重,关键是价格昂贵、使用成本高,并不适合寻常老百姓使用。
结语
手机这种通信工具实在是太复杂了,以前的模拟机还只是打打电话、发发短信,而现在的智能手机则能够解决我们生活中的大部分问题,衣食住行只需要一部手机就全部搞定了,打电话和发短信反而成为了附加功能。
因此手机真的没办法像对讲机那样不依赖基站,而对讲机的主要功能永远是通话,其它稍微复杂一点点的事它都干不了更干不好,所以它永远只能在一定范围内进行着“你一句,我一句”的沟通,这也是手机几乎人手一部,而对讲机则只有那些有需求的人才会使用的原因。
下图为智能化的卫星电话,为了支持通信时的大功率能耗,只能搭载大容量电池,虽然电池容量足够大,但是它毕竟是跟太空中的卫星直接进行数据交换,因此卫星电话是典型的“充电4小时,通话40分钟”,功耗大得吓人。