关于使用电磁波通讯的一些疑问

[extreme]

甲乙两人，距离1 KM，他们约定使用手电筒通讯。
甲给乙发送信号，乙为了表示收到，需要闪烁两次手电筒的灯，但由于电量不足，亮度太低
，甲无法收(看)到回应。

日常生活中，我们几乎每天都在使用无线功能，移动电话与信号基站之间的通讯，无线局域网，全球全球定位系统……
我们的终端在使用这些无线服务时，是否需要发出功率足够强的信号，以至于让服务端可接收到我们的信号？
但信号基站的信号发射功率(距离)明显比我们的终端强，况且还要和远在地球轨道上的卫星通讯，要发出如此强的信号以让服务端收到，对于我们的终端来说，简直就是不可能事件吧？
但不这样做，似乎又与生活经验有矛盾。
不知各位能否解答本人的疑问？

[nicai000]

怎么就不可能了? 你手机的GPS还直接和卫星互通信号呢...

说下和生活经验"矛盾"的部分, 人眼感光和分辨频谱的能力超级超级弱, 狗都不如, 更别说机器了...

[extreme]

@nicai000 无线路由器，信号基站这些设备都有发射功率这一限制因素，你终端的发射功率难道比他们强？

[a2z]

@nicai000

gps是被动的，接收器只接收没有发送信号

[wy315700]

就是这样的。

只不过基站信号更强的同时，天线也更强大，可以接收到更微弱的信号


然后是卫星通讯，和卫星通讯的设备都比较大，比如军用GPS等，个人GPS只是接收信号，不会有通讯

[DreaMQ]

手机通讯肯定是要发送给基站的
不然怎么发出你的数据包／信息／语音
但被动的各种通讯就不必了，例如收音机、无线电视、GPS、outernet 等

[nicai000]

@extreme 不用那么强, 波的损耗没那么大, 人眼分辨不出来更多是因为人眼不会算波形不会从固定频率看东西.

举个例子, 手机接收的基站信号满格好像才-80多dB, 那是超级超级弱的发射功率了, 大概是两个人说话的信号能量的十万亿分之一... 想象一下两个人手机和基站距离用十万亿分之一的普通声音大小说话, 此时对手机来说信号就是超赞了. 这种发射功率当然手机毫无压力.

[extreme]

@wy315700 也对，电磁波没消失，只是很微弱，需要足够强大的设备去捕获。

[wanganran]

基站需要用比较大的功率是因为它需要照顾到所有覆盖到的设备，所以需要在保证低误码率的情况下还要有非常高的传输速率，而移动电话只需要让基站收到就可以了，所以可以与基站协商用一个相对比较低的功率加上一个比较低的速率得到较好的信号质量

[nicai000]

前面说GPS被动的, 确实. 不过卫星电话也没多大, 比最早期的大哥大还小一点, 承载的信息比GPS多多了.

[lsmgeb89]

去微博上问，刀老师吧，人家是通信专业副教授，而且会浅显的回答你的问题。

http://weibo.com/occamsrazor

[Draplater]

所以基站每隔几百米就要设一个。
小型设备直接卫星通讯是不可能的，一般要向卫星发射信号都需要很大的天线（可以搜搜互联网卫星提供商，一般都会附天线的照片）。
至于GPS，我们只是接收不同卫星的信号，然后根据不同卫星方向的差异自己计算出位置，而没有向卫星发送信息。

[wy315700]

@extreme

http://en.wikipedia.org/wiki/DBm

各种典型通讯的功率

[extreme]

@Draplater 原来如此，我还以为依靠卫星告诉自己位置。

[extreme]

@nicai000 应该就是需要强大的设备看到这些微弱的电磁波吧。

[sandideas]

首先，我们的普通手机是不用和卫星通信的。
我们通信的是附近的基站，而附近的基站通过网络连接起来。
所以我们打电话只是从我们的手机发出去到基站，然后到对方手机附近的基站，再到对方的手机。所以，没多少人是通过卫星通话的，也就不需要那么大的功率。

[nicai000]

@extreme 是, 但是确实也远没有你想象的那么难.

[akfish]

首先数字通信对于噪声的容忍程度要高得多，所以对功率要求并不如模拟信号高。
海事卫星电话的传输功率印象中也就12w的样子，而普通的GSM手机也就几十mW。
然后以目前的技术水平而言，电池和处理器早就能微型化了。设备的大小基本上只和通信频率有关，因为天线的大小和波长直接相关，卫星通信用的微波波长也就几十厘米而已。
海事卫星电话比普通手机大不了多少。


通信系统的设计主要考虑的是信噪比，传输信道中的信噪比衰减都是在设计中就已经考虑到的。信号在编码的时候，一般也有纠错算法。
提升信噪比的方法很多，比如提高天线增益，增加放大电路等等，而不是简单的拿个手电筒然后狗眼目测这么简单的模型。
以天线增益为例，信号随着距离的衰减是平方倒数关系，如果是无增益的全向天线，信号强度就会分散到一个以距离为半径的球面上，接收端能接收到的信号强度就极低。所以通信卫星往往都是定向天线，牺牲信号散布范围换取更高的增益。
更复杂的就不多说了。

[9hills]

在你这个例子中如果甲用望远镜不就行了？

实际上也是这样的，基站不仅发送功率大，接收能力也强，这样才能双向通信。

[billlee]

移动通信是因为基站的接收天线增益比手机的天线增益大，所以手机发送信号的功率比基站小。

GPS 是被动接收，从卫星传播到地面的信号非常微弱，信噪比非常低，所以 GPS 的信号用非常低的码率，用直接序列扩频(DSSS)调制到载波上。
这和 3G 中用的 CDMA 技术相同。比较浅显的比喻是：一大群人在说话，但是只有一个人在说中文，那么只会讲中文的人很容易从混合的声音中听出讲中文那个人讲的内容。
正是因为这个信号码率非常低，GPS 在冷启动的时候差不多要花半个小时来接受数据，所以现在的手机都有所谓的 A-GPS, 通过网络来下载相关的数据，提高 GPS 的启动速度。

[extreme]

@akfish 很专业的解答。
@billlee 非常形象的比喻。

学习了，我的疑问也解决了，感谢各位。

[cjjia]

所以手机开飞行模式很省电啊

[extreme]

@cjjia 我平时都不关机，直接开飞行模式。

[zhs227]

基站都有针对单用户的功率控制的，如果你的手机离基站近，两边都会很省电，基站也会自动降功率。如果离的远，基站的发射功率会上升。

在3G解调的情况下，由于一些非常高端的解调技术（比如扩频）等，通常能检出极微弱的信号，当时有个师傅算过大概是10的-13次方的能量就能完全恢复成数字0和1. 感受一下。4G的技术原因完全不懂，就不说了。

基站的功率虽然大，但是一个基站能带100多部手机同时通话（以某制式为例，不适合所有情况），因此具体到某一部手机，功率也是很小的。

[wwqgtxx]

@nicai000 手机接受的基站信号满格是-53dbm左右，你那里信号有点差

[bdnet]

@nicai000 民用 GPS 都是广播信号吧，不然卫星光处理这么多设备的连接都要累死啊