1.4Беспроводная связь

В наше время есть категории пользователей, которым надо постоянно находится на связи, получать электронную почту и т.п. Как уже отмечалось в главе 1 сегодня управление сложными техническими объектами осуществляется распределенными вычислительными комплексами, часть вычислительных ресурсов которого располагается на самом объекте, а часть вне его. При этом управляемый объект не всегда имеет наземное базирование либо может быть мобильным. Для таких приложений витая пара, коаксиал, оптоволокно - не обеспечат передачу информации между элементами управляющего вычислительного комплекса.

Тенденции в области приложений, которые мы отмечали во введении, позволяют утверждать, 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, быстрое создание коммуникации).

9. Электромагнитный спектр

Как известно электроны при движении образуют электромагнитные колебания. Это явление Максвелл предсказал в 1865, а Генрих Герц экспериментально обнаружил в 1887. Напомним, что число колебаний электромагнитной волны в секунду называется частотой волны (f). Расстояние между ее гребнями - длиной волны(). Если к источнику электромагнитных волн подключить антенну соответствующего размера, то волны будут распространяться и регистрироваться приемниками. При определенных условиях, о которых мы будем разговаривать ниже, волны будут распространяться в строго определенном направлении. В этом случае антенна приемника должна быть должным образом ориентирована в пространстве по отношению к антенне передатчика, чтобы принимать сигналы. При других условиях антенна передатчика распространяет электромагнитные волны во всех направлениях.

В вакууме электромагнитная волна распространяется со скоростью света с = 3х10⁸ м/сек. В медном проводнике эта скорость составляет 2/3 от скорости в вакууме. Фундаментальное соотношение соединяющее f, c и , таково:

f = с (2-1).

Поскольку с - константа, то зная , знаем f, и наоборот. Например, волны с частотой в 1 МГц, согласно этому соотношению имеют длину волны 300 метров, а волны длиной в 1 см имеют частоту 30 ГГц.

На рис.2-23 представлен электромагнитный спектр. Для передачи информации из всего этого спектра используется только диапазоны: радио, микроволновый, инфракрасный, видимый и, частично, ультрафиолетовый. Диапазоны рентгеновского излучения, гамма излучения и большая часть ультрафиолета, хотя и имеют большие частоты, а потому и более предпочтительны для передачи, однако требуют сложной аппаратуры для генерации и модуляции, плохо преодолевают препятствия и, что самое главное, опасны для живой материи.

В нижней части рисунка диапазоны, используемые для передачи перечислены в соответствии с их официальными названиями МСС (ITU): так LF диапазон, то есть длинные волны, соответствует волнам длиной от 1 до 10 км (примерно от 30 кГц до 300 кГц). Аббревиатуры LF, MF, HF, что соответствует отечественным ДВ, СВ, КВ (т.е. длинные волны, средние и короткие) появились тогда, когда никто и не думал о частотах больше 10 МГц. Позднее появились VHF, UHF и т.д.

Количество данных, передаваемых электромагнитной волной, определяется шириной ее полосы пропускания. При определенных условиях на низких частотах можно закодировать несколько бит на 1 Гц, но на высоких частотах можно «выжать» до 40 бит. Поэтому по кабелю с полосой пропускания 500МГц можно передавать со скоростью несколько Гбит в секунду. Учитывая широкую полосу пропускания оптоволоконного кабеля, становится ясно, почему оптоволокно столь привлекательно для сетей ЭВМ. В табл. 2-4 представлены характеристики разных частотных диапазонов.

Рассмотрим уравнение 2-1. Разрешив его относительно f и продифференцировав по , получим

(2-2).

Переписав уравнение 2-2 в разностной форме, получим

(2-3).

Задав некоторую полосу длин волн, мы получим полосу частот, откуда получим скорость передачи для этой полосы частот. Чем шире полоса, тем выше битовая скорость. Если взять =1.3х10^-6 и =0.17х10^-6, то f будет около 30 ТГц. Из формулы, связывающей ширину полосы пропускания и битовую скорость передачи (см. раздел 2.1.3.) следует, чем шире полоса, тем выше битовая скорость.

На практике чаще всего используются узкочастотные полосы (f/f <<1). В дальнейшем, при рассмотрении использования отмеченных выше частей электромагнитного спектра, мы будем предполагать именно узкочастотную передачу. В противоположность такой передаче применяется, особенно военными и спецслужбами, так называемая, широкочастотная передача. Идея ее состоит в том, что при передаче частота несущей меняется по определенному закону в диапазоне полосы. Перехватить такую передачу можно, только если известен закон изменения частоты несущей.