Беспроводная связь

редактировать
Портативная бортовая станция связи морской подвижной службы

Беспроводная связь (или просто беспроводной, если позволяет контекст) - это электромагнитная передача информации между двумя или более точками, которые не соединены электрическим проводником. Наиболее распространенные беспроводные технологии используют радиоволны. При использовании радиоволн предполагаемые расстояния могут быть небольшими, например, несколько метров для Bluetooth или миллионы километров для радиосвязи в дальнем космосе. Он охватывает различные типы фиксированных, мобильных и портативных приложений, включая двустороннюю радиосвязь, сотовые телефоны, персональных цифровых помощников (КПК) и беспроводная сеть. Другие примеры применения беспроводной технологии радио включают устройства GPS, устройства открывания гаражных ворот, беспроводную компьютерную мышь, клавиатуры и гарнитуры., наушники, радиоприемники, спутниковое телевидение, радиовещание и беспроводные телефоны. Несколько менее распространенные методы достижения беспроводной связи включают использование других электромагнитных беспроводных технологий, таких как световые, магнитные или электрические поля или использование звука.

Термин "беспроводная связь" использовался дважды в истории связи с немного другим значением. Первоначально он использовался примерно с 1890 года для первой технологии радиопередачи и приема, как в беспроводной телеграфии, до тех пор, пока новое слово радио не заменило его около 1920 года. Радио в Великобритании, которые не были портативными, продолжали называться как беспроводная связь в 1960-е годы. Этот термин был возрожден в 1980-х и 1990-х годах в основном для того, чтобы отличать цифровые устройства, которые обмениваются данными без проводов, такие как примеры, перечисленные в предыдущем абзаце, от устройств, которым требуются провода или кабели. Это стало его основным использованием в 2000-х годах в связи с появлением таких технологий, как мобильная широкополосная связь, Wi-Fi и Bluetooth.

. Беспроводные операции разрешают такие услуги, как мобильная и межпланетная связь, которую невозможно или нецелесообразно реализовать с помощью проводов. Этот термин обычно используется в отрасли телекоммуникаций для обозначения телекоммуникационных систем (например, радиопередатчиков и приемников, пультов дистанционного управления и т. Д.), Которые используют какую-либо форму энергии (например, радиоволны, акустическая энергия,) для передачи информации без использования проводов. Таким образом информация передается как на короткие, так и на большие расстояния.

Содержание

  • 1 История
    • 1.1 Фотофон
    • 1.2 Электрическая беспроводная технология
      • 1.2.1 Ранняя беспроводная связь
      • 1.2.2 Радиоволны
    • 1.3 Беспроводная революция
  • 2 режима
    • 2.1 Радио
    • 2.2 Оптика в свободном пространстве
    • 2.3 Sonic
    • 2.4 Электромагнитная индукция
  • 3 Услуги
  • 4 Электромагнитный спектр
  • 5 Приложения
    • 5.1 Мобильные телефоны
    • 5.2 Передача данных
      • 5.2.1 Периферийные устройства
    • 5.3 Передача энергии
    • 5.4 Медицинские технологии
  • 6 Категории реализации, устройства и стандарты
  • 7 См. Также
  • 8 Ссылки
  • 9 Дополнительная литература
  • 10 Внешние ссылки

История

Фотофон

Фотофон Белла и Тейнтера, 1880 год.

Первый беспроводной телефонный разговор произошел в 1880 году, когда Александр Грэм Белл и Чарльз Самнер Тейнтер изобрел фотофон, телефон, который передавал звук через луч света. Фотофон требовал солнечного света для работы и прямой видимости между передатчиком и приемником. Эти факторы значительно снизили жизнеспособность фотофона в любом практическом использовании. Пройдет несколько десятилетий, прежде чем принципы фотофона найдут свое первое практическое применение в военной связи, а затем в волоконно-оптической связи.

Электрическая беспроводная технология

Ранняя беспроводная связь

Ряд схем беспроводной передачи электрических сигналов, включая передачу электрического тока через воду и землю с использованием электростатической и электромагнитной индукции, были исследованы для телеграфии в конце 19 века до того, как стали применяться системы радио. имеется в наличии. К ним относятся запатентованная индукционная система Томаса Эдисона, позволяющая телеграфу на движущемся поезде соединяться с телеграфными проводами, идущими параллельно рельсам, индукционная телеграфная система William Preece для отправки сообщений через тела воды, а также несколько действующих и предлагаемых систем телеграфии и заземления.

Система Эдисона использовалась застрявшими поездами во время Великой метели 1888 года, а заземляющие системы нашли ограниченное применение между траншеями во время Первой мировой войны, но эти системы никогда не использовались. успешный экономически.

Радиоволны

Маркони передает первый радиосигнал через Атлантику.

В 1894 году Гульельмо Маркони начал разработку беспроводной телеграфной системы, использующей радиоволны, о которых было известно с момента доказательства их существования в 1888 году Генрихом Герцем, но которые не принимались во внимание как формат общения, поскольку в то время они казались феноменом ближнего действия. Вскоре Маркони разработал систему, которая передавала сигналы на расстояния, превышающие расстояния, которые можно было предсказать (отчасти из-за сигналов, отражающихся от тогда неизвестной ионосферы ). Маркони и Карл Фердинанд Браун были удостоены Нобелевской премии 1909 года по физике за вклад в эту форму беспроводного телеграфирования.

Связь миллиметрового диапазона была впервые исследована Джагадишем Чандра Бозом в 1894–1896 гг., Когда он достиг чрезвычайно высокой частоты до 60 ГГц в своих экспериментах. Он также представил использование полупроводниковых переходов для обнаружения радиоволн, когда он запатентовал радио детектор на кристалле в 1901 году.

Wireless Revolution

Power MOSFETs, которые используются в усилителях мощности RF для усиления сигналов радиочастоты (RF) в беспроводных сетях на большие расстояния .

Революция беспроводной связи началась в 1990-х годах с появлением цифровых беспроводных сетей, что привело к социальной революции и сдвигу парадигмы с проводной на беспроводную технологию, включая распространение коммерческих беспроводных технологий, таких как сотовые телефоны, мобильная телефония, пейджеры, беспроводные компьютерные сети, сотовые сети, беспроводной Интернет и портативный компьютер и карманные компьютеры с беспроводным подключением. Революция в беспроводной связи была вызвана достижениями в радиочастоте (RF) и микроволновой инженерии, а также переходом от аналоговой к цифровой радиочастотной технологии, которая позволила значительно увеличить голосовой трафик наряду с доставка цифровых данных, таких как обмен текстовыми сообщениями, изображения и потоковые медиа.

Ключевым компонентом этой революции является MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник, или МОП-транзистор). Силовые МОП-транзисторы, такие как LDMOS (МОП с боковым рассеиванием), используются в ВЧ мощности усилители для повышения РЧ-сигналов до уровня, обеспечивающего доступ потребителей к беспроводной сети на большие расстояния, в то время как схемы РЧ CMOS (радиочастота CMOS ) предназначены для используется в радио трансиверах для передачи и приема беспроводных сигналов по низкой цене и с низким энергопотреблением. MOSFET - это основной строительный блок современных беспроводных сетей, включая мобильные сети, такие как 2G, 3G, 4G и 5G. Большинство основных элементов в современных беспроводных сетях построено из полевых МОП-транзисторов, включая модули базовой станции, маршрутизаторы, RF-схемы, радиопередатчики, передатчики. и усилители мощности ВЧ. Масштабирование MOSFET также является основным фактором быстрого увеличения полосы пропускания беспроводной сети , которая удваивается каждые 18 месяцев, как отмечает Эдхольм. закон.

MOSFET был изобретен Мохамедом Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году. Его очень крупномасштабная интеграция (СБИС) к началу 1970-х годов привела к широкому распространению цифровых микросхем интегральных схем, но изначально это был не самый эффективный транзистор для аналоговой ВЧ-технологии, где более старые биполярные Переходный транзистор (BJT) оставался доминирующим до 1980-х годов. Постепенный сдвиг начался с появлением силовых МОП-транзисторов, которые представляют собой дискретные МОП силовые устройства, разработанные для силовых электронных приложений, включая вертикальный силовой МОП-транзистор по Hitachi в 1969 году, VDMOS (MOS с вертикальным рассеиванием), разработанная исследовательской группой Джона Молла в HP Labs в 1977 году, и LDMOS от Hitachi в 1977 году. МОП-транзисторы начали использоваться для радиочастотных приложений в 1970-х годах. RF CMOS, представляющие собой RF-схемы, использующие смешанные (цифровые и аналоговые) MOS интегральные схемы технологии и изготовленные с использованием процесса CMOS, были позже разработаны Автор Асад Абиди в UCLA в конце 1980-х.

К началу 1990-х MOSFET заменил BJT в качестве основного компонента RF-технологии, что привело к революция в беспроводных технологиях. К концу 20 века в отрасли беспроводной электросвязи наблюдался быстрый рост, в первую очередь из-за внедрения цифровой обработки сигналов в беспроводную связь, вызванного развитием низкоуровневых технологий. стоимость, очень крупномасштабная интеграция (VLSI) RF CMOS технология. Устройства Power MOSFET, в частности LDMOS, также стали стандартной технологией усилителя мощности RF, что привело к развитию и распространению цифровых беспроводных сетей.

Интегральные схемы RF CMOS сделали возможным создание сложных, недорогих и портативных терминалы конечных пользователей, и привели к появлению небольших, недорогих, маломощных и портативных устройств для широкого диапазона систем беспроводной связи. Это сделало возможным общение «в любое время и в любом месте» и помогло совершить беспроводную революцию, что привело к быстрому росту беспроводной индустрии. RF CMOS используется в радиопередатчиках всех современных беспроводных сетевых устройств и мобильных телефонов и широко используется для передачи и приема беспроводных сигналов в различных приложениях, таких как спутниковая технология. (например, GPS ), bluetooth, Wi-Fi, связь ближнего поля (NFC), мобильные сети (например, 3G и 4G), наземные широковещательные и автомобильные радарные приложения, среди прочего.

В последние годы важное вклад в рост беспроводных сетей связи внесло вмешательство выравнивание, которое было обнаружено Сайед Али Джафар из Калифорнийского университета, Ирвин. По словам Пола Хорна, это «произвело революцию в нашем понимании ограничений пропускной способности беспроводных сетей» и «продемонстрировало поразительный результат, заключающийся в том, что каждый пользователь в беспроводной сети может получить доступ к половине спектра без помех со стороны других пользователей. независимо от того, сколько пользователей совместно используют спектр ".

Режимы

Беспроводная связь может осуществляться через:

Радио

Радио и микроволновая печь сообщения несут информацию посредством модуляции свойств электромагнитных волн, передаваемых через пространство.

Оптический канал связи в свободном пространстве

8-лучевой лазерный канал связи в свободном пространстве с пропускной способностью 1 Гбит / с на расстоянии примерно 2 км. Рецептор - большой диск посередине, передатчики - меньшие. В верхнем и правом углу расположен монокуляр для помощи в совмещении двух головок.

Оптическая связь в свободном пространстве (FSO) - это технология оптической связи, которая использует свет, распространяющийся в свободное пространство для беспроводной передачи данных для телекоммуникаций или компьютерных сетей. «Свободное пространство» означает, что лучи света проходят через открытый воздух или космическое пространство. Это контрастирует с другими технологиями связи, в которых используются световые лучи, проходящие через линии передачи, такие как оптоволокно или диэлектрические «световоды».

Эта технология полезна там, где физические соединения нецелесообразны из-за высокой стоимости или других соображений. Например, в городах между офисными зданиями используются оптические линии связи со свободным пространством, в которых нет проводов для работы в сети, где стоимость прокладки кабеля через здание и под улицей будет непомерно высокой. Другой широко используемый пример - это потребительские устройства IR, такие как пульты дистанционного управления и сети IrDA (Infrared Data Association ), которые используются в качестве альтернативы WiFi. сеть, позволяющая ноутбукам, КПК, принтерам и цифровым камерам обмениваться данными.

Sonic

Звуковая, особенно ультразвуковая связь на малых расстояниях включает передачу и прием звука.

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция допускает связь и передачу энергии только на короткие расстояния. Он использовался в биомедицинских ситуациях, таких как кардиостимуляторы, а также для меток ближнего действия RFID.

Услуги

Общие примеры беспроводного оборудования включают:

Электромагнитный спектр

AM и FM-радио и другие электронные устройства используют электромагнитный спектр. Частоты радиоспектра , доступные для использования для связи, рассматриваются как общедоступный ресурс и регулируются такими организациями, как Американская Федеральная комиссия по связи, Ofcom в Великобритании - международный ITU-R или европейский ETSI. Их правила определяют, какие частотные диапазоны могут использоваться для каких целей и кем. В отсутствие такого контроля или альтернативных механизмов, таких как приватизированный электромагнитный спектр, может возникнуть хаос, если, например, у авиакомпаний не будет определенных частот для работы, а оператор любительской радиосвязи будет мешать способности пилота. посадить самолет. Беспроводная связь охватывает диапазон от 9 кГц до 300 ГГц.

Приложения

Мобильные телефоны

Одним из самых известных примеров беспроводной технологии является мобильный телефон , также известный как сотовый телефон, по состоянию на конец 2010 года во всем мире было подписано более 6,6 миллиардов мобильных сотовых телефонов. Эти беспроводные телефоны используют радиоволны от вышек передачи сигналов, чтобы позволить своим пользователям совершать телефонные звонки из многих мест по всему миру.. Их можно использовать в пределах зоны действия мобильной телефонной станции, используемой для размещения оборудования, необходимого для передачи и приема радио сигналов от этих инструментов.

Передача данных

Беспроводная передача данных обеспечивает беспроводную сеть между настольными компьютерами, ноутбуками, планшетными компьютерами, сотовыми телефонами и другие сопутствующие устройства. Различные доступные технологии различаются по локальной доступности, диапазону покрытия и производительности, и в некоторых случаях пользователи используют несколько типов подключения и переключаются между ними с помощью программного обеспечения диспетчера подключений или мобильной VPN для обработки нескольких подключений в качестве безопасного, одиночная виртуальная сеть. Поддерживаемые технологии включают в себя:

Wi-Fi - это беспроводная локальная сеть, которая позволяет портативным вычислительным устройствам легко подключаться к другим устройствам, периферии и Интернету. Стандартизированный как IEEE 802.11 a, b, g, n, ac, ax, Wi-Fi, имеет скорость соединения, аналогичную более старым стандартам проводного Ethernet. Wi-Fi стал де-факто стандартом для доступа в частных домах, офисах и общественных точках доступа. Некоторые предприятия взимают с клиентов ежемесячную плату за услуги, в то время как другие начали предлагать ее бесплатно, чтобы увеличить продажи своих товаров.
Служба сотовой передачи данных предлагает покрытие в пределах 10-15 миль от ближайшего сотовый сайт. Скорость увеличивалась по мере развития технологий, от более ранних технологий, таких как GSM, CDMA и GPRS, через 3G до Сети 4G, такие как W-CDMA, EDGE или CDMA2000. По состоянию на 2018 г. предлагается следующее поколение 5G.
глобальных сетей с низким энергопотреблением (LPWAN ), которые преодолевают разрыв между Wi-Fi и сотовой связью для низкого битрейта Интернет вещей (IoT) приложений.
Мобильная спутниковая связь может использоваться там, где другие беспроводные соединения недоступны, например, в основном в сельской местности или удаленных местах. Спутниковая связь особенно подходит важны для транспорта, авиации, морского и военного использования.
Беспроводные сенсорные сети отвечают за обнаружение шума, помех и активности в сетях сбора данных. Это позволяет нам обнаруживать релевантные величины, отслеживать и собирать данные, формировать понятные пользовательские дисплеи и выполнять функции принятия решений.

Беспроводная передача данных используется для покрытия расстояний, превышающих возможности типичных кабелей в точка-точка -точная связь и многоточечная связь, для обеспечения резервного канала связи в случае нормального сбоя сети, для связи портативных или временных рабочих станций, для преодоления ситуаций, когда обычная прокладка кабеля затруднена или финансово нецелесообразно или удаленно подключать мобильных пользователей или сети.

Периферийные устройства

Периферийные устройства в вычислительной технике также могут быть подключены по беспроводной сети, как часть сети Wi-Fi или напрямую через оптический или радиочастотный (RF) периферийный интерфейс. Первоначально в этих устройствах использовались громоздкие локальные приемопередатчики для связи между компьютером и клавиатурой и мышью; однако в более поздних поколениях использовались устройства меньшего размера с более высокими характеристиками. Радиочастотные интерфейсы, такие как Bluetooth или Wireless USB, обеспечивают более широкий диапазон эффективного использования, обычно до 10 футов, но расстояние, физические препятствия, конкурирующие сигналы и даже человеческие тела все это может ухудшить качество сигнала. Опасения по поводу безопасности беспроводных клавиатур возникли в конце 2007 года, когда выяснилось, что реализация Microsoft шифрования в некоторых из своих 27 МГц моделей была крайне небезопасной.

Передача энергии

Беспроводная энергия передача - это процесс, при котором электрическая энергия передается от источника питания к электрической нагрузке, не имеющей встроенного источника питания, без использования соединительных проводов. Существует два различных основных метода беспроводной передачи энергии. Энергия может передаваться либо с использованием методов дальнего поля, которые включают мощность излучения / лазеры, радио- или микроволновую передачу, либо с использованием ближнего поля с использованием электромагнитной индукции. Беспроводная передача энергии может сочетаться с беспроводной передачей информации в так называемой беспроводной связи.

Медицинские технологии

Новые беспроводные технологии, такие как мобильные телесети (MBAN), имеют возможность для контроля артериального давления, частоты сердечных сокращений, уровня кислорода и температуры тела. MBAN работает, посылая маломощные беспроводные сигналы приемникам, которые поступают на станции медперсонала или места мониторинга. Эта технология помогает избежать преднамеренного и непреднамеренного риска заражения или отключения, возникающего в результате проводных подключений.

Категории реализаций, устройств и стандартов

См. также

Справочная информация

Дополнительная литература

  • Гейер, Джим (2001). Беспроводные локальные сети. Sams. ISBN 0-672-32058-4.
  • Голдсмит, Андреа (2005). Беспроводные коммуникации. Cambridge University Press. ISBN 0-521-83716-2.
  • Ларссон, Эрик; Стойка, П. etre (2003). Пространственно-временное блочное кодирование для беспроводной связи. Издательство Кембриджского университета.
  • Молиш, Андреас (2005). Беспроводная связь. Wiley-IEEE Press. ISBN 0-470-84888-X.
  • Пахлаван, Кавех; Левеск, Аллен Х (1995). Беспроводные информационные сети. Джон Вили и сыновья. ISBN 0-471-10607-0.
  • Пахлаван, Кавех; Кришнамурти, Прашант (2002). Принципы беспроводных сетей - единый подход. Прентис Холл. ISBN 0-13-093003-2.
  • Раппапорт, Теодор (2002). Беспроводная связь: принципы и практика. Прентис Холл. ISBN 0-13-042232-0.
  • Ротон, Джон (2001). Объяснение беспроводного Интернета. Цифровая пресса. ISBN 1-55558-257-5.
  • Цзе, Дэвид; Вишванатх, Прамод (2005). Основы беспроводной связи. Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-84527-0.

Внешние ссылки

Найдите беспроводной в Викисловаре, бесплатном словаре.
Последняя правка сделана 2021-06-21 11:54:32
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте