Частотные диапазоны беспроводной связи




Беспроводная разделяемая среда

Беспроводная линия связи строится в соответствии с достаточно простой схе­мой: каждый узел оснащается антенной, которая одновременно является передатчи­ком и приемником электромагнитных волн. Электромагнитные волны распро­страняются в атмосфере или вакууме со скоростью 3 х 108 м/с во всех направле­ниях или же в пределах определенного сектора.

Направленность или ненаправленность распространения зависит от типа антенны. Параболическая антенна является направленной. Изотропные антенны,представляющие собой вертикаль­ный проводник длиной в четверть волны излучения, являются ненаправленными. Они широко используются в автомобилях и портативных устройствах. Распро­странение излучения во всех направлениях можно также обеспечить нескольки­ми направленными антеннами.

Так как при ненаправленном распространении электромагнитные волны запол­няют все пространство (в пределах определенного радиуса, определяемого зату­ханием мощности сигнала), то это пространство может служить разделяемой сре­дой – использоваться многими пользователями .Разделение среды передачи порождает те же проблемы, что и в локальных сетях, однако здесь они усугубляются тем, что пространство в отличие от кабеля является общедоступным, а не принадлежит одной организации.

Кроме того, проводная среда строго определяет направление распространения сиг­нала в кабеле, а беспроводная среда является ненаправленной.

Частотные диапазоны беспроводной связи

Характеристики беспроводной линии связи — расстояние между узлами, терри­тория охвата, скорость передачи информации и т. п. — во многом зависят от час­тоты используемого электромагнитного сигнала.

На рис. 1 показаны диапазоны электромагнитного спектра. Можно сказать, что они и соответствующие им беспроводные системы передачи информации де­лятся на четыре группы.


Рис.1 Диапазоны частот электромагнитного спектра

 

Радиодиапазон –это диапазон до 300 МГц. Он разделен на несколько поддиапазонов (они показаны на рисун­ке), от сверхнизких частот до сверхвысоких. Привычные для нас радиостанции работают в диапазоне от 20 кГц до 300 МГц Они называются широковещательное радио.Примером могут служить радиомодемы, которые соединяют два сегмента локальной сети на скоростях 2400, 9600 или 19200 бит/с.

Микроволновые системы это несколько диапазонов от 300 МГц до 3000 ГГц. , объединяющие радиорелейные линии связи, телевизионные, мобильные и спутниковые каналы, беспроводные локальные сети. Т.е. это самый используемый диапазон.

Системы инфракрасных волнрасполагаются выше микроволновых диапазонов. Они также широко используются для бес­проводной передачи информации. Так как инфракрасное излучение не может проникать через стены, то используются для образования небольших сегментов локальных сетей в пределах одного помещения.

Системы видимого светаВ последние годы видимый свет тоже стал применяться для передачи инфор­мации (с помощью лазеров). Используются как высокоскоростная альтернатива микроволновым двухточечным каналам для ор­ганизации доступа на небольших расстояниях.

Распространение электромагнитных волн

Перечислим некоторые общие закономерности распространения электромагнит­ных волн, связанные с частотой излучения.

■ Чем выше несущая частота, тем выше возможная скорость передачи информации .

■ Чем выше частота, тем хуже проникает сигнал через препятствия. Низкочастотные ра­диоволны АМ-диапазонов легко проникают в дома, позволяя обходиться комнатной ан­тенной. Более высокочастотный сигнал телевидения требует, как правило, внешней антенны. И наконец, инфракрасный и видимый свет не проходят через стены, ограничивая передачу прямой видимостью.

■ Чем выше частота, тем быстрее убывает энергия сигнала с расстояниям от источника т.е. сильнее затухание сигнала.

■ Низкие частоты (до 2 МГц) распространяются вдоль поверхности земли на расстояния всотни километров.

■ Сигналы частот от 2 до 30 МГц отражаются ионосферой земли, поэтому они могут распространяться даже на более значительные расстояния, в несколько тысяч километров (при достаточной мощности передатчика).

■ Сигналы в диапазоне выше 30 МГц распространяются только по прямой, то есть являются сигналами прямой видимости.

■ При частоте свыше 4 ГГц их подстерегает неприят­ность — они начинают поглощаться водой, а это означает, что не только дождь, но и туман может стать причиной резкого ухудшения качества передачи микроволновых сис­тем. Недаром испытания лазерных систем передачи данных часто проводят в Сиэтле, городе, который, известен своими туманами.

 

Потребность в скоростной передаче информации является главной, по­этому все современные системы беспроводной передачи информации работают в высокочастотных диапазонах, начиная с 800 МГц, несмотря на преимущества, которые сулят низкочастотные диапазоны благодаря распространению сигнала вдоль поверхности земли или отражения от ионосферы.

Проблемы помех

На электромагнитный сигнал воздействует множество искажений сигнала (отражение от домов, огибание препятствий и рассеивание) и внешних электромагнитных по­мех, которых в городе довольно много( например, микроволновые печи).

Проблема высокого уровня помех беспроводных каналов решается различными способами. Важную роль играют специальные методы кодирования, распределяющие энергию сигнала в широком диапазоне частот. Кроме того, передатчики сигнала (и приемники, если это возможно) стараются разместить на высоких баш­нях, чтобы избежать многократных отражений. Еще одним способом является применение протоколов с установлением соединений и повторными передача­ми кадров уже на канальном уровне стека протоколов. Эти протоколы позволя­ют быстрее корректировать ошибки, так как работают с меньшими значениями тайм-аутов, чем корректирующие протоколы транспортного уровня, такие как TCP

Типы спутниковых систем

Спутниковая связь используется для организации высокоскоростных микровол­новых протяженных линий. Так как для таких линий связи нужна прямая види­мость, которую из-за кривизны Земли невозможно обеспечить на больших рас­стояниях, то спутник как отражатель сигнала является естественным решением этой проблемы

 

Сегодня спутник может играть роль узла первичной сети, а также телефонного коммутатора и коммутатора/маршрутизатора компьютерной сети.
Для этого аппаратура спутников может взаимодействовать не только с наземными станциями, но и между собой, образуя прямые космические беспроводные линии связи. Принципиально техника передачи микроволновых сигналов в кос­мосе и на Земле не отличается, однако у спутниковых линий связи есть и оче­видная специфика — один из узлов такой линии постоянно находится в полете, причем на большом расстоянии от других узлов.

Орбита вращения спутника в общем случае является эллиптической, но для сохранения постоянной высоты над Землей спутники могут переходить на почти круговую орбиту.

Сегодня используется три группы круговых орбит, отличающихся высотой над Землей (рис. 10.11):

· геостационарная орбита (Geostationary Orbit, GEO) — 35 863 км;

· средневысотная орбита (Medium Earth Orbit, MEO) — 5000-15000 км;

  • маловысотная орбита (Low Earth Orbit, LEO) — 100-1000 км.

Геостационарный спутниквисит над определенной точкой экватора, в точности
следуя скорости вращения Земли. Такое положение выгодно по следующим
обстоятельствам. •

Во-первых, четверть поверхности Земли оказывается с такой высоты в зоне пря­мой видимости, поэтому с помощью геостационарных спутников просто органи­зовать широковещание в пределах страны или даже континента.

Во-вторых, сам спутник неподвижен для наземных антенн, что значительно облегчает организацию связи, так как не нужно автоматически корректировать направление наземной антенны.

В.-третьих, геостационарный спутник находится за пределами земной атмосферы и меньше «изнашивается», чем низкоорбитальные и средневысотные спутники.

Геостационарные спутники обычно поддерживают большое количество каналов за счет наличия нескольких антенн. Антенны спутника создают сигнал, который можно принимать с помощью сравнительно небольших наземных антенн ( около 1м).

 

Большое удалением спутника от поверхности Земли приводит к большим задержкам распространения сигнала и при передаче разговора или телевизионного диа­лога возникают неудобные паузы, мешающие нормальному общению.

Кроме того, на таких расстояниях потери сигнала высоки, что означает необхо­димость использования мощных передатчиков и тарелок больших размеров.

Принципиальным недостатком геостационарного спутника с его круговой орби­той является также плохая связь для районов, близких к Северному и Южному по­люсам. Сигналы для таких районов проходят большие расстояния, чем для рай­онов, расположенных в экваториальных и умеренных широтах, и, естественно, больше ослабляются. Решением является спутник с ярко выраженной эллипти­ческой орбитой, который приближается к Земле как раз в районе Северного и Южного полюсов. Примером такого спутника являются спутники серии «Мол­ния», которые запускаются Россией, имеющей большие территории на Крайнем Севере.

Место на орбите геостационарного спутника также регулируется союзом ITU. Сегодня наблюдается определенный дефицит таких мест, так как геостационар­ные спутники не могут располагаться на орбите ближе, чем 2° друг к другу. Из этого следует, что на орбите может находиться не более 180 геостационарных спутников. Так как не все страны в состоянии (пока) запустить геостационар­ный спутник, то здесь наблюдается та же ситуация, что и в конкурсе на получение определенного диапазона частот, только еще усиленная политическими ам­бициями стран.

К системам доступа в Интернет на основе геостационарных спут­ников относятся Spaceway, Astrolink, Euro Skyway. Они ори­ентированы на использование антенн VSAT и обещают предоставлять пользова­телям каналы 2-20 Мбит/с.

Среднеорбитальные спутникиобеспечивают диаметр покрытия от 10000 до 15000 км и задержку распространения сигнала 50 мс. Наиболее известной услугой, предоставляемой спутниками этого класса, является глобальная система навигации (Global Positioning System, GPS). GPS — это всеобщая система определения текущих координат пользователя на поверх­ности Земли или в околоземном пространстве. GPS состоит из 24 спутников, сети наземных станций слежения за ними и неограниченного количества пользо­вательских приемников-вычислителей. По радиосигналам спутников GPS-приемники пользователей устойчиво и точно определяют координаты. Погрешности не превышают десятков метров. Этого вполне достаточно для решения задач на­вигации подвижных объектов (самолеты, корабли, космические аппараты, авто­мобили и т. д.).

низкоорбитальные спутникипротивоположны по соот­ветствующим качествам геостационарным спутникам. Главное их достоинство — близость к Земле, а значит, пониженная мощность передатчиков, малые размеры антенн и небольшое время распространения сигнала (около 20-25 мс). Кроме того, их легче запускать. Основной недостаток — малая площадь покрытия, диа­метр которой составляет всего около 8000 км. Период оборота вокруг Земли такого спутника составляет 1,5-2 часа, и время видимости спутника наземной станцией составляет всего 20 минут. Это значит, что постоянная связь с помо­щью низкоорбитальных спутников может быть обеспечена, только когда на ор­бите находится достаточно большое их количество. Кроме того, атмосферное трение снижает срок службы таких спутников до 8-10 лет.

Если основным назначением геостационарных спутников является широковеща­ние и дальняя связь, то низкоорбитальные спутники рассматриваются как важ­ное средство поддержания мобильной связи.

Программное обеспечение спутников обеспечивает скорость передачи данных до 64Кбит/с. Это зависит от типа спутника

Лицензирование

Т.к электромагнитные волны могут распространяться во всех направлениях на значительные расстояния и проходить через препятствия, такие как стены до­мов, то проблема совместного использования электромагнитного спектра требует централизованного регулирования. В каждой стране есть специальный государственный орган, который (в соответствии с ре­комендациями ITU) выдает лицензииоператорам связи на использование опре­деленной части спектра, достаточной для передачи информации по определен­ной технологии. Лицензия выдается на определенную территорию, в пределах которой оператор монопольно использует закрепленный за ним диапазон частот.

Существуют также три частотных диапазона, 900 МГц, 2,4 ГГц и 5 ГГц, которые рекомендованы ITU как диапазоны для международного использования без лицензирования1. Эти диапазоны предназначены для использования промышлен­ными товарами беспроводной связи общего назначения, например устройствами блокирования дверей автомобилей, научными и медицинскими приборами. В со­ответствии с назначением эти диапазоны получили название ISM-диапазонов(Industrial, Scientific, Medical — промышленность, наука, медицина).

Диапазон 900 МГц является наиболее «населенным». Это и понятно, низкочастотная тех­ника всегда стоила дешевле.

Диапазон 2,4 ГГц сегодня активно осваивается в технологиях беспроводных сетей.

Диапазон 5 ГГц только начал ос­ваиваться, несмотря на то, что он обеспечивает более высокие скорости передачи данных.

Обязательным условием использования этих диапазонов на совместной основе является ограничение максимальной мощности передаваемых сигналов уровнем 1 Ватт. Это условие ограничивает радиус действия устройств, чтобы их сигналы не стали помехами для других пользователей, которые, возможно, задействуют этот же диапазон частот в других районах города.

Существуют также специальные методы кодирования , которые уменьшают взаимное влияние устройств, работающих в ISM-диапазонах.

(+)Технологии - 802.11х





©2015-2017 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.

Обратная связь

ТОП 5 активных страниц!