2.3 Беспроводная связь
В наше время есть категории пользователей, которым надо (или они убедили себя, что им надо) постоянно находится на связи, получать электронную почту и т.п. Для них витая пара, коаксиал, оптоволокно - не решение проблемы.
Многие полагают, что будущее за беспроводным соединением и оптоволокном. Все мобильные средства коммуникации и обработки информации будут беспроводными.
Беспроводная связь полезна не только при мобильных вычислительных средствах, но и там где прокладка любого кабеля затруднительна, либо не возможна (горы, старые здания, оперативные коммуникации).
2.3.1 Электромагнитный спектр
Как известно электрона при движении образуют электромагнитные колебания. Это явление Максвел предсказал в 1865, а Генрих Герц экспериментально обнаружил в 1887. Число колебаний электромагнитной волны в секунду называется частотой волны (f). Расстояние между ее гребнями - длиной волны(p). Если к источнику электромагнитных волн подключить антенну соответствующего размера, то волны будут распространяться и регистрироваться приемниками.
В вакууме электромагнитная волна распространяется со скоростью света С = 3х108 m/sec. В медном проводнике эта скорость составляет 2/3 от скорости в вакууме. Фундаментальное соотношение соединяет f, c и p
pf = С (2-1)
Поскольку С - константа, то зная p, знаем f, и наоборот. На рис.2-11 представлен электромагнитный спектр.
Количество данных, передаваемых электромагнитной волной, определяется ее полосой пропускания. При определенных условиях на низких частотах можно закодировать несколько бит на Гц, но часто до 40 бит на высоких частотах. Поэтому кабель с полосой пропускания 500МГц может передавать со скоростью несколько Гбит в секунду. Отсюда ясно почему оптоволокно столько привлекательно для сетей ЭВМ.
Рассмотрим уравнение 2-1. Разрешим его относительно f и продифференцируем по p, получим
df/dp=-C/p2 (2-2)
Переписав уравнение 2-2 в разностной форме получим
f=C
p/p2(2-3)
Задав некоторую полосу длин волн, мы получим полосу частот, откуда получим скорость передачи для этой полосы частот. Если взять p=1.3х10-6 иp=0.17х10-6, то
f будет около 30 ТГц.
Мы будем рассматривать узкополосную передачу.
2.3.2 Радио передача
Рис.2-12 показывает распространение волн разной частоты.
2.3.3 Микроволновая передача
При частоте выше 100 МГц волна распространяется в строго определенном направлении и может быть сфокусирована с помощью параболической антенны. До появления оптоволокна радиорелейная связь составляла основу телефонных систем на больших расстояниях. На определенном расстоянии друг от друга ставили башни с ретрансляторами. Высота башни зависела от расстояния и мощности передатчика. Обычно 100 метровая башня покрывает расстояние в 80 км.
Микроволны не проходят сквозь здания также хорошо как низко частотные волны. Кроме этого из-за рефракции в нижних слоях атмосфера они могут отклоняться от прямого направления, увеличивается задержка, нарушается передача. Передача на этих частотах зависит также и от погоды. Обычно операторы держат определенный частотный резерв на случай подобных нарушений и переключаются на резервные частоты при необходимости.
Стремление увеличить пропускную способность канала заставляет использовать все более и более высокие частоты. Сегодня обычное дело частота 10ГГц. Однако, здесь возникает очень серьезная проблема: начиная с частоты 8ГГц волны поглощаются водой и, в частности, дождем. Единственный выход из положения в случае дождя изменить маршрут передачи и обойти область дождя.
На сегодня микроволновый диапазон широко используется в телефонии, сотовой телефонии, телевидении и других приложениях. Одним из главных достоинств микроволнового диапазона- не надо ничего прокладывать. Достаточно получить права на небольшую площадку земли (сотню квадратных метров) установить башню-ретранслятор и так через каждые 50 км. Это особенно дешево в условиях гор, труднопроходимой местности, где прокладка кабеля затруднена. Это справедливо и в городе где земля дорогая, а коммуникации прокладывать очень сложно.
Есть несколько частотных полос, которые можно использовать свободно без специального разрешения. В этих диапазонах работают микроволновые печи, радио телефоны, радио управляемые двери и т.п. Эти частоты также используются для сетевых целей на небольших расстояниях.
2.3.4 Инфракрасные и миллиметровые волны
Инфракрасное излучение и излучение в миллиметровом диапазоне используется на небольших расстояниях в блоках дистанционного управления. Основной недостаток излучения в этом диапазоне - оно не проходит через преграду.
Этот недостаток одновременно является преимуществом когда излучение в одной комнате не интерферирует с излучением в другой. На эту частоту не надо получать разрешения. Это прекрасный канал для передачи данных внутри помещений.
2.3.5 Видимое излучение
Видимый диапазон также используется для передачи. Обычно источником света является лазер. Монохромное когерентное излучение легко фокусируется. Однако, дождь или туман портят дело. Передачу способно испортить даже конвекционные потоки на крыше, возникающие в жаркий день. (Рис.2-13)