Să enumerăm câteva legi generale care guvernează propagarea undelor electromagnetice asociate cu frecvența radiațiilor.
• Cu cât este mai mare frecvența purtătoare, cu atât este mai mare rata posibilă de transmisie.
Cu cât frecvența este mai mare, cu atât semnalul mai rău trece prin obstacole. Undele radio de joasă frecvență AM-benzile penetrează cu ușurință în casă, permițându-vă să ocolească antena de interior. Un semnal de televiziune cu frecvență înaltă necesită, de regulă, o antenă externă. În cele din urmă, infraroșu și lumina vizibilă nu trec prin pereți, limitând transmisia la linia de vedere (Line of Sight, LOS).
Cu cât frecvența este mai mare, cu atât energia semnalului scade mai repede cu distanța de la sursă. În propagarea undelor electromagnetice în spațiu liber (fără reflecții) atenuarea puterii semnalului este proporțională cu produsul dintre pătratul distanței de la sursa de semnal de pătrat de frecvență a semnalului,
§ Frecvențele joase (până la 2 MHz) se propagă în distanța suprafeței solului. De aceea, semnalele AM-radio pot fi transmise pe distanțe de sute de kilometri.
§ Semnalele de frecvență de la 2 la 30 MHz sunt reflectate de ionosfera pământului, astfel încât acestea se pot răspândi chiar și la distanțe mai mari de câteva mii de kilometri (cu o putere suficientă a emițătorului).
§ Semnalele în intervalul mai mare de 30 MHz se extind numai în linie dreaptă, adică sunt semnale liniare de vedere. La frecvențe de peste 4 GHz se află în dificultate - ele încep să fie absorbite de apă, ceea ce înseamnă că nu numai ploaia, ci și ceața pot cauza o deteriorare accentuată a calității transmiterii sistemelor cu microunde.
§ Nevoia de mare viteză de transmisie de informație este predominantă, astfel încât toate sistemul modern al transmisiei de date fără fir care lucrează în benzile de înaltă frecvență, de la 800 MHz, în ciuda avantajelor, care oferă gama de joasă frecvență, datorită semnalului de propagare de-a lungul suprafeței pământului sau pentru a reflecta pe ionosfera.
§ În scopul utilizării cu succes a gamei de microunde, este necesar să se ia în considerare și problemele suplimentare asociate cu comportamentul semnalelor care se propagă pe linia de vizibilitate și care întâlnesc obstacole în calea lor.
În Fig. 10.4 arată că semnalul, întâlnit cu un obstacol, se poate propaga în conformitate cu trei mecanisme: reflexie, difracție și împrăștiere.
Fig. 10.4. Propagarea unui val electromagnetic
Atunci când un semnal întâlnește un obstacol care este parțial transparent pentru o anumită lungime de undă și în același timp este mult mai mare decât o lungime de undă, o parte din energia semnalului este reflectată de un astfel de obstacol. Valurile din gama de cuptoare cu microunde au o lungime de câțiva centimetri, astfel încât acestea sunt parțial reflectate de pereții caselor când semnalează în oraș. În cazul în care semnalul întâlnește-l obstacol strâns (de exemplu, o placă de metal) este, de asemenea, mult mai mare decât lungimea de undă, are loc difracția - semnalul ca merge în jurul valorii de obstacol, astfel încât un astfel de semnal poate fi obținut chiar și fără a fi în linie de vedere. Și în cele din urmă, când întâlniți un obstacol, a cărui mărime este proporțională cu lungimea de undă, semnalul se disipează. răspândirea în diferite unghiuri.
Ca urmare a fenomenelor similare, care sunt comune pentru comunicațiile fără fir în oraș, receptorul poate primi mai multe copii ale aceluiași semnal. Acest efect se numește propagare de semnal multipath. Rezultatul propagării semnalului multipath se dovedește adesea negativ, deoarece unul dintre semnale poate veni cu o fază inversă și suprimă semnalul principal.
Deoarece timpul de propagare a semnalului de-a lungul căilor diferite va fi în general diferit, poate fi observată și interferența intersymbol, o situație în care, ca urmare a întârzierii, semnalele care codifică biții de date vecini ajung simultan la receptor.
Distorsiunile datorate propagării multipath conduc la atenuarea semnalului, acest efect se numește decolorare multipath. În orașe, decolorarea pe mai multe căi duce la faptul că atenuarea semnalului devine proporțională nu cu pătratul distanței, ci cu cubul său sau chiar cu a patra putere!
Toate aceste distorsiuni ale semnalului adaugă o interferență electromagnetică externă, care este mult în oraș. Este suficient să spunem că cuptoarele cu microunde funcționează în banda de 2,4 GHz.
Respingerea firelor și dobândirea mobilității conduc la un nivel ridicat de interferență în liniile de comunicații fără fir. Dacă rata de eroare a bitului (BER) în liniile de comunicație prin fir este de 10 -9 -10 -10. apoi în liniile de comunicații fără fir atinge o valoare de 10 -3!
Problema unui nivel ridicat de interferență a canalelor wireless este rezolvată în mai multe moduri. Un rol important îl joacă metodele speciale de codificare care distribuie energia semnalului pe o gamă largă de frecvențe. În plus, transmițătoarele de semnal (și receptoarele, dacă este posibil) încearcă să se așeze pe turnuri înalte pentru a evita reflexiile multiple. O altă tehnică este utilizarea protocoalelor cu stabilirea conexiunilor și retransmisia cadrelor deja la nivelul canalului din stiva protocolului. Aceste protocoale permit o corecție mai rapidă a erorilor, deoarece acestea funcționează cu valori de timp mai mici decât protocoalele de corecție a stratului de transport, cum ar fi TCP.
Deci, undele electromagnetice se pot propaga în toate direcțiile pentru distanțe semnificative și pot trece prin obstacole, cum ar fi pereții caselor. Prin urmare, problema separării spectrului electromagnetic este foarte acută și necesită o reglementare centralizată. În fiecare țară există un organism guvernamental special care, în conformitate cu recomandările UIT, eliberează licențe operatorilor de telecomunicații pentru a utiliza o anumită parte a spectrului, suficient pentru a transmite informații despre o anumită tehnologie. Licența este eliberată unui anumit teritoriu, în care operatorul utilizează exclusiv banda de frecvență atribuită.
La emiterea licențelor, agențiile guvernamentale sunt ghidate de strategii diferite. Cele mai populare sunt trei: un concurs, o loterie, o licitație.
§ Participanții la concurs - operatorii de comunicare - să elaboreze propuneri detaliate. În ele descriu serviciile viitoare, tehnologiile care vor fi utilizate pentru implementarea acestor servicii, nivelul prețurilor pentru clienții potențiali etc. Apoi comisionul ia în considerare toate ofertele și alege operatorul care va corespunde cel mai bine interesului public. Complexitatea și ambiguitatea criteriilor de selectare a unui câștigător în trecut a condus adesea la întârzieri semnificative în luarea deciziilor și corupția în rândul oficialilor guvernamentali, astfel că unele țări, cum ar fi SUA, au abandonat o astfel de metodă. În același timp, în alte țări este încă folosit, cel mai adesea pentru cele mai importante servicii pentru țară, de exemplu, implementarea sistemelor moderne de comunicații mobile 3G.
§ Loteria - este cel mai simplu mod, dar, de asemenea, nu conduce întotdeauna la rezultate spraved-livym, deoarece la loterie pot participa și operatori „fals“, care nu vor să conducă activitatea operatorului, ci pur și simplu re-vinde licența.
Licitațiile de astăzi sunt o modalitate destul de populară de a identifica titularul licenței. Ei au tăiat companiile fără scrupule și au venituri considerabile pentru state. Licitația a fost organizată pentru prima dată în Noua Zeelandă în 1989. În legătură cu boom-ul din jurul sistemelor mobile 3G, multe state, datorită unor astfel de licitații, și-au reînnoit în mare parte bugetele.
Există, de asemenea, trei benzi de frecvență, 900 MHz, 2,4 GHz și 5 GHz, care sunt recomandate de ITU ca intervale de utilizare internațională fără licențiere [35]. Aceste intervale sunt alocate produselor wireless industriale cu destinație generală, cum ar fi dispozitivele de blocare a ușilor auto, dispozitivele științifice și medicale. În conformitate cu scopul, aceste intervale se numesc intervale ISM (industriale, științifice, medicale - industrie, știință, medicină). Banda de 900 MHz este cea mai "populată". Acest lucru este de înțeles, tehnologia cu frecvență joasă a fost întotdeauna mai ieftină. Astăzi, banda de 2,4 GHz este dezvoltată în mod activ, de exemplu, în tehnologiile IEEE 802.11 și Bluetooth. Banda de 5 GHz tocmai a început să se obișnuiască, în ciuda faptului că oferă rate de transfer mai mari.
O condiție obligatorie pentru utilizarea acestor benzi pe o bază comună este limitarea puterii maxime de transmisie de 1 W nivel. Această condiție limitează gama de dispozitive astfel încât semnalele lor să nu devină o piedică pentru alți utilizatori care ar putea funcționa în aceeași bandă de frecvențe în alte zone ale orașului.
Există, de asemenea, metode speciale de codificare (acestea sunt discutate mai jos), care fac posibilă reducerea influenței reciproce a dispozitivelor care funcționează în benzile ISM.
Un circuit tipic al unui canal cu două puncte cu fir este, de asemenea, popular pentru comunicațiile fără fir. Prin intermediul unei scheme în două puncte, pot funcționa canale wireless în diferite scopuri, utilizând benzi de frecvență diferite.
În rețelele primare de telecomunicații, o astfel de schemă a fost utilizată mult timp pentru a crea așa-numitele linii de comunicații radio de releu. Această linie este formată din mai multe turnuri pe care sunt instalate antene parabolice direcționale (Figura 10.5). Fiecare linie funcționează în banda cu microunde la frecvențe de câteva gigahertzi. O antenă direcțională concentrează energia într-un fascicul îngust, care permite transmiterea informațiilor pe o distanță considerabilă, de obicei până la 50 km. Turnurile înalte asigură o vizibilitate directă a antenelor.
Fig. 10.5. Linie de comunicație radio-releu
Lățimea de bandă a liniei poate fi destul de ridicată, de obicei variază de la câteva până la sute de megabiți pe secundă. Acestea pot fi atât linii de trunchi cât și linii de acces (în ultimul caz, acestea au de obicei un canal). Operatorii de comunicații folosesc deseori linii similare atunci când instalarea fibrei optice este fie imposibilă (din cauza condițiilor de mediu), fie neprofitabilă din punct de vedere economic.
O legătură de releu radio poate fi utilizată în oraș pentru a conecta două clădiri. Din moment ce de mare viteză într-un astfel de caz, nu este întotdeauna necesar (de exemplu, trebuie să conectați un mic segment al rețelei locale la principala rețea locală), radiourile care lucrează în banda AM pot fi folosite aici. Pentru comunicația a două clădiri, poate fi folosit și un laser, oferind o rată ridicată de informare (până la 155 Mbit / s), dar numai cu starea corespunzătoare a atmosferei.
Un alt exemplu de legătură wireless punct-la-punct este prezentat în Fig. 10.6. Aici servește conectarea a două computere. Această linie formează cel mai simplu segment al rețelei locale, deci distanțele și puterile semnalului sunt fundamental diferite aici.
Fig. 10.6. Comunicații wireless între două computere
Pentru distanțele din aceeași încăpere se poate folosi o gamă de unde infraroșii (Figura 10.6, a) sau domeniul de microunde (Figura 10.6, b). Cele mai multe laptop-uri moderne sunt echipate cu built-in portul infraroșu, astfel încât o conexiune poate fi stabilită în mod automat imediat ce porturile celor două calculatoare vor fi în linie de vedere (sau vizibilitatea fasciculului reflectat).
Opțiunea Cuptor cu microunde funcționează în câteva zeci sau sute de metri - distanța maximă nu poate fi prezis, deoarece propagarea semnalului de micro-wave în cameră apar de mai multe reflecție, difracție și de dispersie, la care se adaugă efectele undelor pătrund prin pereți și plăci de podea.