Беспроводная связь или радиоволны — это странное и замечательное явление. Голос, музыка, видео и другая информация чудесным образом перемещаются почти мгновенно из одного места в другое невидимо в воздухе. Как это происходит? Вся наша окружающая среда является «невидимым туманом» из тысяч электромагнитных волн.
Тем не менее, беспроводная технология является сложным предметом. Даже для ученых, занимающимся исследованием радиоволн всю жизнь, многие вещи являются загадкой. Но не только для них это является загадкой. Как известно, неизведанное порождает множество мифов и легенд. В этой статье мы постараемся разобрать 11 основных мифов о беспроводных сетях.
Беспроводная связь была изобретена Маркони
Это не совсем так. Я бы отдал свой голос Генриху Герцу, который должен получить больше признания за его раннюю демонстрацию данной концепции. Но мы используем его имя для обозначения единицы измерения частоты. Что касается Маркони, он был основным «продвиженцем» этих технологий и, вероятно, наиболее известен тем, что применил теорию на практике. Маркони разработал раннее радиооборудование и продемонстрировал возможности беспроводной технологии. Настоящим изобретателем радио был Тесла, который очень мало сделал для продвижения этого направления науки за пределы нескольких презентаций. Тесла был посмертно удостоен американского патента в 1943 году.
Федеральная комиссия по связи является основным регулятором связи (США)
Федеральная комиссия по связи (Federal Communications Commission (FCC)) создает правила и положения, касающиеся большинства коммерческих и персональных беспроводных продуктов и приложений. Они управляют спектром и определяют все виды руководств, таких как питание, антенны, пропускная способность, модуляция и помехи. Но они не являются единственным регулирующим агентством США. Другое агентство — это Национальное управление электросвязи и информации (NTIA). NTIA является управленцем и регулятором всех правительственных и военных беспроводных технологий и их спектра.
Радиоволны работают как магнитная индукция
Это не так. Радиоволна действительно представляет собой комбинацию электрического поля под прямым углом к магнитному полю. Эти поля движутся вместе в направлении, перпендикулярном обоим полям. Когда они передаются с передающей антенны на принимающую антенну, они весь путь идут вместе. По существу поля отрываются от антенны, а затем фактически поддерживают и «омолаживают» друг друга на своем пути. Математически этот процесс был описан еще в 1873 году Джеймсом Клерком Максвелом. Сигнал, который излучается, называется дальним полем. Это настоящая радиоволна.
Поле, близкое к антенне, обычно в пределах одной длины волны, называется ближним полем. Передача лучше магнитным полем, чем комбинированными магнитными и электрическими полями. Сигнал ближнего поля не является излучением. Примыкающее поле представляет собой действительно индуктивную связь, которая возникает между первичной и вторичной обмотками трансформатора с воздушным зазором. Ближнее поле не является настоящей радиоволной.
Распространение радиоволн в основном одинаково для всех беспроводных приложений
Неверно. Радиосигналы действуют по-разному в зависимости от их частоты. Низкочастотные сигналы в диапазоне от 50 до 3000 кГц движутся земной или поверхностной волной. Вертикально поляризованный сигнал охватывает землю и в основном рассеивается через несколько сотен миль.
Один из примеров — эфирные станции AM. Сигналы в диапазоне от 3 до 30 МГц перемещаются пространственной (небесной) волной. Сигналы по существу преломляются ионосферой обратно на землю. В зависимости от угла излучения, времени суток и определенного слоя ионосферы сигнал может перемещаться, пропуская большие расстояния почти по всему миру. Частоты более 30 МГц и выше в диапазон миллиметровых волн перемещаются прямо от антенны к антенне. Эти сигналы обычно отражаются или поглощаются, поэтому диапазон обычно ограничен.
Частотный спектр полностью исчерпан
Не совсем точно, но инженеры работают над этим. Большая часть так называемого «хорошего» спектра (от 500 МГц до 6 ГГц) в значительной степени потребляется, но на более высоких частотах выше 30 ГГц существует множество спектров.
Некоторые говорят, что существует «кризис спектра», поскольку разрабатываются более новые беспроводные продукты и услуги. Одним из факторов нехватки является растущее движение интернет вещей (IoT). С появлением миллиардов новых устройств, использование спектра — это то, о чем нужно беспокоиться. Но именно сотовая индустрия больше всего похожа на спектр.
Радиовещание умерло
Возможно, у вас сложилось впечатление, что AM, FM и ТВ-трансляции переживают не лучшие времена из-за потоковой передачи музыки и видео (через сеть интернет). Но это не так. В то время как количество станций АМ несколько сократилось, FM возросло. Спутниковое радио также неплохо набирает обороты. Кроме того, почти 20% населения США смотрит телевидение по эфирному (ОТА) вещанию. Оно включает и спутниковое телевидение. Кроме того, коротковолновое вещание все еще популярно в Европе, на Ближнем Востоке, в Африке и других более отдаленных уголках мира.
Наиболее широко используемым беспроводным стандартом является Wi-Fi
Wi-Fi — это, безусловно, широко используемый беспроводной стандарт. Но с точки зрения большого объема используемых передатчиков, Bluetooth, вероятно, более распространен. Все смартфоны, большинство автомобилей и грузовиков, наушники, колонки, торговые маяки и большое количество других приложений используют технологию Bluetooth. Для реализации любых приложений Bluetooth требуется два устройства. Вот почему миллиарды передатчиков Bluetooth продаются ежегодно.
Сотовые телефоны приводят к опухоли головного мозга
Этот миф существует с тех пор, как появились первые мобильные телефоны в конце 1980-х годов. Он был изучен несколько раз, и его результат заключается в том, что сотовые телефоны не вызывают опухолей головного мозга. Возможно, если вы держите телефон возле головы восемь или около того часов в день, вы можете получить повреждение головного мозга. Но сегодня вместо того, чтобы держать телефон возле уха или головы для голосового вызова, многие используют Bluetooth гарнитуры, которая позволяет держать телефон на расстоянии примерно таком, как когда вы читаете текст, электронную почту или смотрите видео на YouTube. Вероятность опухоли головного мозга, вызванной частыми разговорами по мобильному телефону, стремится к нулю.
Беспроводная передача данных всегда быстрее, чем проводная передача данных
Не правда. Проводная передача данных, например, по сети Ethernet или оптоволокну, очень надежная и обычно быстрее, чем беспроводная. Ethernet может работать со скоростью 100 Гбит / с, а оптоволоконная система теперь работает до 400 Гбит / с с использованием PAM4. Проводной связью данные могут быть переданы быстрее, потому что им не приходится иметь дело со «свободным пространством» и проблемами беспроводной связи.
Потери в свободном пространстве очень высоки — всегда есть шум и помехи, которые ограничивают скорость передачи данных. Но с тех пор беспроводная связь прошла долгий путь исправления ошибок, многоканальной модуляции, такой как OFDM, MIMO и фазированные массивы. В результате скорость передачи беспроводной связи начинает приближаться к скорости проводных сетей. В идеальных условиях беспроводная скорость передачи данных может достигать уровня от 10 до 100 Гбит / с.
Погодные условия влияют на беспроводную передачу данных
Вы, наверное, слышали об этом, но это не так. Фактически, на некоторых частотах в старых системах дождь может ослаблять сигнал. Но сегодня большинство компонентов, оборудования и систем компенсируют это с хорошими запасами каналов связи. Мы бы не использовали так много спутников, если бы передача информации через них была неудобна. Что бы мы делали без таких вещей, как GPS, спутниковые телефоны, космические телескопы?
Миллиметровые волны никогда не будут практичными
Возможно, это было в прошлом, но сегодня миллиметровые волны широко используются благодаря наличию полупроводниковых устройств для генерации и обработки этих сигналов. Миллиметровые волны охватывают диапазон 30-300 ГГц. Используются всевозможные системы, особенно радары и спутники. Доступны продукты 802.11ad WiGig WLAN с частотой 60 ГГц. Автомобильные радары используют 77 ГГц. И многие из предстоящих сотовых и стационарных беспроводных систем доступа 5G используют миллиметровые волны. Теперь исследователи работают над терагерцовой волновой технологией.
