Беспроводная передача. Электромагнитный спектр. Радиосвязь. Спутниковая связь

Б удущее 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).

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.

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.

 

Радио передача

просто генерировать, легко принимать, хорошо распространяется во всех направлениях (Кадилак),хорошо принимается как в доме, так и вне его, низкочастотные волны хорошо преодолевают преграды, но требуют много энергии, они затухают пропорционально 1/r3 от источника.

высокочастотные волны хуже огибают препятствия, даже дождь - помеха для них, они интерферируют с излучениями от других электрических приборов.

 

a) Сверхдлинные, длинные и короткие волны огибают земную поверхность

b) Короткие волны отражаются от ионосферы (пространственная волна)

c) Ультракороткие волны и выше распространяются прямолинейно

 

 

Спутниковая связь

Первый спутник связи был запущен в СССР в 1962 году. Основное его отличие от того что предпринималось ранее - он усиливал сигнал, прежде чем отправить его назад на землю.

Спутник связи имеет несколько приемопередатчиков - транспондеров. Каждый транспондер слушает свою часть спектра, усиливает полученный сигнал и передает его обратно на землю в нужном направлении, на нужной частоте, отличной от частоты приема, чтобы избежать интерференции с принимаемым сигналом. Возвращаемый луч может быть по желанию либо широким, покрывая большую территорию, либо наоборот узко направленным.

 

Геостационарные спутники.

Согласно 3-му закону Кеплера период вращения спутника пропорционален 3/2 степени орбитального радиуса. На высоте примерно 36000 км над экватором период спутника будет равен 24 часа. Такой спутник наблюдателю на экваторе будет казаться неподвижным. Такая неподвижность очень большое достоинство, так как в противном случае пришлось бы делать сложные антенные системы.

В силу интерференции волн не разумно было бы размещать такие спутники ближе чем 2 градуса экваториальной плоскости. Однако, если спутники работают на разной частоте, то это возможно. Таким образом, в одно и тоже время на экваториальной орбите может находится не более 180 спутников, работающих на одной и той же частоте. Так как часть из этих орбит зарезервирована не только для целей связи, то их на самом деле меньше.

 

Обычно спутник связи имеет 12-20 транспондеров с полосой пропускания 36-50 Мгц каждый. 50 Мbps транспондер может быть использован для передачи 50 Mbps потока данных и 800 64Kbps телефонных разговоров. Можно по-разному поляризовать сигналы так, что два транспондера смогут использовать одну и ту же частоту.

Первые спутники имели один широкий луч. Современные имеют несколько относительно узких луча, пятно которых охватывает несколько сот километров.

Относительно новой технологией является технология малых антенн, называемых VSAT - Very Small Aperture Terminals - терминалы с очень маленькой апертурой. Эти маленькие терминалы имеют антенну в 1 метр, способную излучать сигнал мощностью в 1 ватт. Они способны передавать данные со скоростью примерно 19.2 Kbps и принимать - 512 Kbps. Из-за малой мощности эти терминалы не могут взаимодействовать напрямую, но прекрасно это могут через специальный спутниковый хаб, как это показано на рис 2-56. Это компромисс - задержка в передачи за низкую стоимость передачи.

Спутниковые системы связи имеют существенные отличия от наземных систем точка-точка. Несмотря на то, что сигнал распространяется со скоростью света, задержка велика - 250-300 mсек, против 3-5 mсек/км на коаксиале, оптоволокне и т.д.

Спутниковые системы принципиально вещательного типа. Для некоторых приложений это очень важно. Стоимость передачи не зависит скольким получателям сообщение предназначено. Однако, проблема безопасности передаваемой информации здесь требует особого внимания - все слышат все.что передается. Выход - только шифрование.

Стоимость передачи не зависит от расстояния.

Этот способ передачи имеет очень низкий коэффициент ошибок при передаче.