Беспроводные технологии. Применение электромагнитных волн для телекоммуникаций. Зависимость поглощающей способности земной атмосферы от длины волны

Применение   электромагнитных  волн  для   телекоммуникаций  имеет более чем столетнюю историю. Если не используется направленная антенна и на пути нет препятствий, радиоволны распространяются по всем направлениям равномерно и сигнал уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния между передатчиком и приемником (удвоение расстояния приводит к потерям 6 Дб). Радиоканалы для целей передачи информации используют частотные  диапазоны 902—928 МГц (расстояния до 10 км, пропускная  способность до 64 кбит/с), 2,4 ГГц и  12 ГГц (до 50 км, до 8 Мбит/с). Они используются там, где не существует кабельных или оптоволоконных каналов или их создание по каким-то причинам возможно или слишком дорого. Более низкие частоты (например, 300 МГц) мало привлекательны из-за ограничений пропускной способности, а большие частоты (>30 ГГц) работоспособны для расстояний не более или порядка 5 км из-за поглощения радиоволн в атмосфере.

При использовании диапазонов 4, 5 и 6 следует иметь в виду, что любые препятствия на пути волн приведут к их практически полному поглощению. Для этих диапазонов заметное влияние оказывает и поглощение в атмосфере. Зависимость поглощения от длины волны радиоволн показана на рис. 1.

Из рис. 1 видно, что заметную роль в поглощении радио играет вода. По этой причине сильный дождь, град или снег могут привести к прерыванию связи. Поглощение в атмосфере ограничивает использование частот более 30 ГГц. Атмосферные шумы, связанные  в основном с грозовыми разрядами, доминируют при низких частотах вплоть до 2 МГц. Галактический шум, приходи из-за пределов Солнечной системы, увеличивает общий уровень шумов вплоть до 200 ГГц. Зависимость поглощения радиоволн тумане и дожде от частоты показана на рис. 2.

Мощность передатчика обычно лежит в диапазоне 50 мВ 2 Вт. Для устройств с частотой 2,4 ГГц и выше, как правило, используются направленные антенны и необходима прямая видим между приемником и передатчиком. На аппаратном уровне здесь могут использоваться радиорелейное оборудование, радиомодемы радиобриджи.

Схемы этих устройств имеют много общего. Отличаются лишь сетевым интерфейсом. Антенна служит для приема и для передачи. Трансивер (приемопередатчик) может соединяться с антенной через специальные усилители. Между трансивером и моде может включаться преобразователь частот. Модемы подключаю! локальной сети через последовательные интерфейсы типа RS или V.35 (RS-249). Для многих из них такие интерфейсы являются встроенными.

Ослабление            02 дБ/км                                       02  H20 H20

          100

10 

0,1

0         20       40     60      80     120      140   180

Рис. 1 Зависимость поглощающей способности земной атмосферы от длины волны

Ослабление            7 мм/час (дождь; 0,1% года) дБ/км 2,2 г/м3 (туман; видимость 20 м) 0,25 г/м3 (туман; видимость 150 см)

               0

 

1

 

           0,1

0,01

10       15            20        25           30        35           40

Частота, ГГЦ

Рис. 2   Зависимость поглощения радиоволн в тумане и дожде от частоты

Отечественное радиорелейное оборудование имеет в входного интерфейс типа G.703 и по этой причине нуждается в адаптере. Радиобриджи имеют встроенный Ethernet-интерфейс  кабеля от модема до трансивера лежит в пределах 30-70 м,  а соединительный кабель между модемом и ЭВМ может иметь длину  100—150 м. Трансивер располагается обычно рядом с антенной

(рис. 3).

Перспективный может стать применение радиоканалов в так называемых  «мобильных ЭВМ». Сюда следует отнести ЭВМ бизнесменов, клиентов сотовых телефонных сетей и все случаи, когда ЭВМ по характеру своего применения мобильна, например,

Антенна

 

Локальная сеть

Рис. 3  Схема оборудования радиоканала передачи данных медицинская   диагностика   на   выезде,   оперативная   диагностика  сложного электронного оборудования, когда необходима связь с базовым отделением фирмы, геологические или геофизические исследования  и т. д. Радиосредства позволяют смонтировать сеть быстрее (если не считать времени на аттестацию оборудования, получение разрешения на выбранную частоту и лицензии на использование данного направления канала). Доступными могут стать точки, лишенные телефонной связи (что весьма