無線電通訊與Meshtastic指南

無線電是如何工作的

無線電通訊是通過空氣（或其他非物理介質）傳播電磁波來進行資訊交換的技術。無線電波是電磁波的一種，可以在不同的頻率上傳輸聲音、數據或影像。

無線電的基本工作原理：

發射：

• 調製：將想要傳輸的資訊（如聲音或數據）轉換成適合無線傳輸的形式。這通常涉及將信息信號與一個載波信號結合，過程稱為調製。
• 放大：增強調製後的信號，使其足以傳輸到目的地。
• 發射：通過天線將調製和放大後的信號以電磁波形式發射出去。

傳輸：

• 電磁波沿直線從發射點向外擴散，可以穿過空氣、真空，甚至某些物質。

接收：

• 捕捉信號：接收天線捕捉由發射天線發射的電磁波。
• 解調：將接收到的調製信號轉換回原始資訊的過程稱為解調。
• 處理和輸出：將解調後的信號進行必要的處理，以恢復成可以識別的聲音、圖像或數據形式。

無線電調製的類型

類比調製

1. 振幅調變 (AM)

   • 通過改變載波信號的振幅來編碼資訊
   • 較易受噪聲干擾，但技術實現簡單
   • 常用於廣播電台和航空通訊

2. 頻率調變 (FM)

   • 通過改變載波信號的頻率來編碼資訊
   • 抗噪性能較好，音質更清晰
   • 廣泛用於FM廣播、無線電對講機等

數位調製

1. 頻移鍵控 (FSK)

   • 使用不同頻率代表數位1和0
   • 用於低速數據傳輸

2. 相移鍵控 (PSK)

   • 通過改變載波的相位來表示數據
   • 廣泛用於高速數據通訊

3. 正交振幅調變 (QAM)

   • 結合振幅和相位調變
   • 用於高效寬頻通訊，如Wi-Fi、4G/5G等

頻率與頻段

無線電頻率範圍從3 Hz到300 GHz，不同頻段有不同用途：

頻段	頻率範圍	主要用途
特低頻 (ELF)	3 Hz - 30 Hz	海底通訊
超低頻 (ULF)	30 Hz - 300 Hz	礦山通訊
甚低頻 (VLF)	3 kHz - 30 kHz	導航、政府通訊
低頻 (LF)	30 kHz - 300 kHz	導航、氣象
中頻 (MF)	300 kHz - 3 MHz	AM廣播
高頻 (HF)	3 MHz - 30 MHz	短波廣播、業餘無線電
甚高頻 (VHF)	30 MHz - 300 MHz	FM廣播、電視、航空
超高頻 (UHF)	300 MHz - 3 GHz	電視、手機、Wi-Fi
極高頻 (SHF)	3 GHz - 30 GHz	衛星通訊、雷達
太赫頻 (THF)	30 GHz - 300 GHz	天文學、未來通訊技術

Meshtastic 的工作原理

核心技術與特點

使用LoRa技術：

• Meshtastic主要使用**低功耗長距離（LoRa）**技術，這是一種專為小數據量、長距離和低功耗設計的無線通訊方式。
• LoRa使用展頻調變技術，在863-928 MHz頻段運行（具體頻率因地區而異）。
• 在理想條件下，LoRa通訊距離可達16公里。

網狀網路架構：

• 在Meshtastic網絡中，每個裝置不僅是通訊的終端，還可以作為中繼站，幫助轉發其他裝置的信號。
• 這樣，即使某些裝置之間沒有直接的通訊線路，信息也可以通過多個中繼點間接傳遞。
• 依據設定，Meshtastic網狀網路可同時支援多達100個設備。

多點傳輸：

• 通過LoRa發送的信號可以被網絡中的多個接收器接收。
• Meshtastic 利用這一特性，結合網狀網路技術，有效擴大了通訊範圍和可靠性。

智能路由：

• 系統會根據網絡條件和節點的連接狀況智能選擇最佳路由，確保消息能夠有效傳遞。
• 自動適應網絡變化，形成自我修復網路。

Meshtastic的應用場景

1. 戶外活動

   • 遠足、登山、露營等沒有手機訊號的地區通訊
   • 團隊成員之間的位置共享和訊息傳遞

2. 緊急救災

   • 自然災害後通訊基礎設施損壞時的應急通訊
   • 搜救行動中的團隊協調

3. 遠程地區

   • 缺乏通訊基礎設施的偏遠地區
   • 野外科學考察、探險

4. 物聯網應用

   • 分佈式傳感器網絡
   • 低頻率數據收集和監控

硬體支援

Meshtastic支援多種硬體平台，包括：

• T-Beam、T-Echo、T-TWR等TTGO設備
• Heltec LoRa 32和SX1262系列
• LILYGO TTGO設備
• SenseCAP系列
• 各種基於ESP32和LoRa模組的自製設備

使用優勢

1. 不依賴網絡基礎設施：完全離線運作，不需要網際網路或手機網絡
2. 開源且可擴展：100%社區驅動的開源項目，持續改進
3. 低成本：使用價格實惠的硬體設備
4. 低功耗：設備可以長時間運行，適合野外使用
5. 加密通訊：提供端到端加密，保護通訊隱私
6. 易於設置：通過手機應用或電腦軟體輕鬆配置

這種結合了LoRa無線技術和網狀網路的方法使Meshtastic在戶外活動、遠程地區或災難應對等場景下成為一個非常實用的通訊工具。