stringtranslate.com

Беспроводной

Портативная бортовая станция связи морской подвижной службы

Беспроводная связь (или просто беспроводная , когда позволяет контекст) — это передача информации ( телекоммуникация ) между двумя или более точками без использования электрического проводника , оптического волокна или другой непрерывной направляемой среды для передачи. Наиболее распространенные беспроводные технологии используют радиоволны . С радиоволнами предполагаемые расстояния могут быть короткими, например, несколько метров для Bluetooth , или миллионы километров для радиосвязи в дальнем космосе . Она охватывает различные типы стационарных, мобильных и портативных приложений, включая двусторонние радиостанции , сотовые телефоны , персональные цифровые помощники (КПК) и беспроводные сети . Другие примеры приложений беспроводной радиотехнологии включают устройства GPS , открыватели гаражных ворот , беспроводную компьютерную мышь , клавиатуры и гарнитуры , наушники , радиоприемники , спутниковое телевидение, вещательное телевидение и беспроводные телефоны . Несколько менее распространенные методы достижения беспроводной связи включают другие электромагнитные явления, такие как свет и магнитные или электрические поля, или использование звука.

Термин «беспроводной» использовался дважды в истории коммуникаций, с немного разными значениями. Первоначально он использовался примерно с 1890 года для первой технологии радиопередачи и приема, как в беспроводной телеграфии , пока новое слово «радио» не заменило его около 1920 года. Радиоприемники в Великобритании и англоязычном мире, которые не были портативными, продолжали называться беспроводными вплоть до 1960-х годов. [1] [2] Термин «беспроводной» был возрожден в 1980-х и 1990-х годах, в основном, для того, чтобы отличать цифровые устройства, которые взаимодействуют без проводов, такие как примеры, перечисленные в предыдущем абзаце, от тех, которым требуются провода или кабели. Это стало его основным использованием в 2000-х годах из-за появления таких технологий, как мобильный широкополосный доступ , Wi-Fi и Bluetooth .

Беспроводные операции позволяют предоставлять услуги, такие как мобильная и межпланетная связь, которые невозможно или непрактично реализовать с использованием проводов. Этот термин обычно используется в телекоммуникационной отрасли для обозначения телекоммуникационных систем (например, радиопередатчиков и приемников, пультов дистанционного управления и т. д.), которые используют некоторую форму энергии (например, радиоволны и акустическую энергию) для передачи информации без использования проводов. [3] [4] [5] Информация передается таким образом как на короткие, так и на большие расстояния.

История

Фотофон

Фотофон Белла и Тейнтера, 1880 год.

Первый беспроводной телефонный разговор состоялся в 1880 году, когда Александр Грэхем Белл и Чарльз Самнер Тейнтер изобрели фотофон , телефон, который передавал звук по лучу света. Фотофону для работы требовался солнечный свет и прямая видимость между передатчиком и приемником, что значительно снижало жизнеспособность фотофона в каком-либо практическом использовании. [6] Прошло несколько десятилетий, прежде чем принципы фотофона нашли свое первое практическое применение в военной связи , а затем в волоконно-оптической связи .

Электрическая беспроводная технология

Ранняя беспроводная связь

Ряд беспроводных электрических сигнальных схем, включая отправку электрических токов через воду и землю с использованием электростатической и электромагнитной индукции, были исследованы для телеграфии в конце 19-го века, прежде чем практические радиосистемы стали доступны. Они включали запатентованную индукционную систему Томаса Эдисона, позволяющую телеграфу на движущемся поезде соединяться с телеграфными проводами, проходящими параллельно рельсам, индукционную телеграфную систему Уильяма Приса для отправки сообщений через водоемы, а также несколько действующих и предлагаемых систем телеграфии и голосовой земной проводимости.

Система Эдисона использовалась для застрявших поездов во время Великой снежной бури 1888 года , а системы заземления нашли ограниченное применение между траншеями во время Первой мировой войны, но эти системы так и не оказались экономически успешными.

Радиоволны

Маркони передает первый радиосигнал через Атлантику.

В 1894 году Гульельмо Маркони начал разрабатывать беспроводную телеграфную систему, использующую радиоволны , о которых было известно с момента доказательства их существования в 1888 году Генрихом Герцем , но которые не рассматривались как формат связи, поскольку в то время они казались явлением ближнего действия. [7] Вскоре Маркони разработал систему, которая передавала сигналы на расстояния, намного превосходящие те, которые кто-либо мог предсказать (отчасти из-за того, что сигналы отражались от неизвестной тогда ионосферы ). Маркони и Карл Фердинанд Браун были удостоены Нобелевской премии по физике 1909 года за их вклад в эту форму беспроводной телеграфии.

Связь на миллиметровых волнах впервые была исследована Джагадишем Чандрой Бозе в 1894–1896 годах, когда он достиг чрезвычайно высокой частоты до 60 ГГц в своих экспериментах. [8] Он также ввел использование полупроводниковых переходов для обнаружения радиоволн, [9] когда он запатентовал радиокристаллический детектор в 1901 году. [10] [11] 

Революция беспроводных технологий

Мощные МОП-транзисторы , которые используются в усилителях мощности ВЧ для усиления радиочастотных (РЧ) сигналов в беспроводных сетях большой дальности .

Беспроводная революция началась в 1990-х годах [12] [13] [14] с появлением цифровых беспроводных сетей , что привело к социальной революции и смене парадигмы от проводных к беспроводным технологиям [15] , включая распространение коммерческих беспроводных технологий, таких как сотовые телефоны , мобильная телефония , пейджеры , беспроводные компьютерные сети [12] , сотовые сети , беспроводной Интернет , а также ноутбуки и карманные компьютеры с беспроводными соединениями. [16] Беспроводная революция была вызвана достижениями в области радиочастот (РЧ), микроэлектроники и микроволновой техники [ 12] и переходом от аналоговой к цифровой радиочастотной технологии [15] [16] , что позволило существенно увеличить голосовой трафик наряду с доставкой цифровых данных, таких как текстовые сообщения, изображения и потоковое мультимедиа [15] .

Режимы

Беспроводная связь может осуществляться через:

Радио

Радио- и микроволновая связь передают информацию, модулируя свойства электромагнитных волн, передаваемых через пространство. В частности, передатчик генерирует искусственные электромагнитные волны, прикладывая к своей антенне изменяющиеся во времени электрические токи . Волны распространяются от антенны, пока в конечном итоге не достигнут антенны приемника, который индуцирует электрический ток в принимающей антенне. Этот ток можно обнаружить и демодулировать, чтобы воссоздать информацию, отправленную передатчиком.

Оптический в свободном пространстве

8-лучевая лазерная связь в свободном пространстве, рассчитанная на 1 Гбит/с на расстоянии около 2 км. Приемником является большой диск в середине, а передатчиками — меньшие. В правом верхнем углу находится монокуляр для выравнивания двух головок.

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

Технология полезна там, где физические соединения непрактичны из-за высоких затрат или других соображений. Например, оптические линии связи свободного пространства используются в городах между офисными зданиями, которые не подключены к сети, где стоимость прокладки кабеля через здание и под улицей была бы непомерно высокой. Другим широко используемым примером являются потребительские ИК- устройства, такие как пульты дистанционного управления и сетевое взаимодействие IrDA ( Infrared Data Association ), которое используется в качестве альтернативы сетевому взаимодействию WiFi , позволяя ноутбукам, КПК, принтерам и цифровым камерам обмениваться данными.

Соник

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

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция допускает только ближнюю связь и передачу энергии. Она использовалась в биомедицинских ситуациях, таких как кардиостимуляторы, а также для меток RFID ближнего действия .

Услуги

Распространенные примеры беспроводного оборудования включают в себя: [17]

Электромагнитный спектр

Радиоприемники AM и FM и другие электронные устройства используют электромагнитный спектр . Частоты радиоспектра , доступные для использования в целях связи, рассматриваются как общественный ресурс и регулируются такими организациями, как Американская федеральная комиссия по связи , Ofcom в Соединенном Королевстве, международный ITU-R или европейский ETSI . Их правила определяют, какие диапазоны частот могут использоваться для каких целей и кем. При отсутствии такого контроля или альтернативных мер, таких как приватизированный электромагнитный спектр, может возникнуть хаос, если, например, у авиакомпаний не будет определенных частот для работы, а оператор- любитель радио будет мешать пилоту посадить самолет. Беспроводная связь охватывает спектр от 9 кГц до 300 ГГц. [ необходима цитата ]

Приложения

Мобильные телефоны

Одним из самых известных примеров беспроводной технологии является мобильный телефон, также известный как сотовый телефон, с более чем 6,6 миллиардами мобильных сотовых подписок по всему миру по состоянию на конец 2010 года. [19] Эти беспроводные телефоны используют радиоволны от вышек передачи сигнала, чтобы позволить своим пользователям совершать телефонные звонки из многих мест по всему миру. Их можно использовать в пределах диапазона мобильного телефонного сайта, используемого для размещения оборудования, необходимого для передачи и приема радиосигналов от этих инструментов. [20]

Передача данных

Беспроводная передача данных позволяет организовать беспроводную сеть между настольными компьютерами , ноутбуками, планшетными компьютерами , сотовыми телефонами и другими соответствующими устройствами. Различные доступные технологии различаются по локальной доступности, диапазону покрытия и производительности, [21] и в некоторых случаях пользователи используют несколько типов подключений и переключаются между ними с помощью программного обеспечения менеджера подключений [22] [23] или мобильного VPN для обработки нескольких подключений как безопасной единой виртуальной сети . [24] Поддерживающие технологии включают:

Wi-Fi — это беспроводная локальная сеть , которая позволяет портативным вычислительным устройствам легко подключаться к другим устройствам, периферийным устройствам и Интернету. [ требуется ссылка ] Стандартизированный как IEEE 802.11 a , b , g , n , ac , ax , Wi-Fi имеет скорости соединения, аналогичные старым стандартам проводного Ethernet . Wi-Fi стал фактическим стандартом для доступа в частных домах, офисах и общественных точках доступа. [25] Некоторые компании взимают с клиентов ежемесячную плату за обслуживание, в то время как другие начали предлагать его бесплатно, пытаясь увеличить продажи своих товаров. [26]
Служба сотовой передачи данных обеспечивает покрытие в радиусе 10–15 миль от ближайшей сотовой станции . [21] Скорости возросли по мере развития технологий: от более ранних технологий, таких как GSM , CDMA и GPRS , через 3G , до сетей 4G, таких как W-CDMA , EDGE или CDMA2000 . [27] [28] По состоянию на 2018 год, предлагаемым следующим поколением является 5G .
Маломощные глобальные сети ( LPWAN ) заполняют пробел между Wi-Fi и сотовой связью для низкоскоростных приложений Интернета вещей (IoT).
Мобильная спутниковая связь может использоваться там, где другие беспроводные соединения недоступны, например, в сельской местности [29] или в отдаленных местах. [21] Спутниковая связь особенно важна для транспорта, авиации, морского и военного использования. [30]
Беспроводные сенсорные сети отвечают за обнаружение шума, помех и активности в сетях сбора данных. Это позволяет нам обнаруживать соответствующие величины, контролировать и собирать данные, формулировать четкие пользовательские дисплеи и выполнять функции принятия решений [31]

Беспроводная передача данных используется для покрытия расстояний, выходящих за рамки возможностей типичной кабельной связи в двухточечной и многоточечной связи , для обеспечения резервного канала связи в случае обычного сбоя сети, для соединения переносных или временных рабочих станций, для преодоления ситуаций, когда обычная кабельная связь затруднена или финансово нецелесообразна, или для удаленного подключения мобильных пользователей или сетей.

Периферийные устройства

Периферийные устройства в вычислительной технике также могут быть подключены беспроводным способом, как часть сети Wi-Fi или напрямую через оптический или радиочастотный (РЧ) периферийный интерфейс. Первоначально эти устройства использовали громоздкие, высоколокальные трансиверы для посредничества между компьютером и клавиатурой и мышью; однако, более поздние поколения использовали меньшие, более производительные устройства. Радиочастотные интерфейсы, такие как Bluetooth или Wireless USB , обеспечивают большие диапазоны эффективного использования, обычно до 10 футов, но расстояние, физические препятствия, конкурирующие сигналы и даже человеческие тела могут ухудшить качество сигнала. [32] Опасения по поводу безопасности беспроводных клавиатур возникли в конце 2007 года, когда выяснилось, что реализация шифрования Microsoft в некоторых из ее моделей 27 МГц была крайне небезопасной. [33]

Передача энергии

Беспроводная передача энергии — это процесс, при котором электрическая энергия передается от источника питания к электрической нагрузке, которая не имеет встроенного источника питания, без использования соединительных проводов. Существует два различных фундаментальных метода беспроводной передачи энергии. Энергия может передаваться либо с использованием методов дальнего поля, которые включают в себя лучевую мощность/лазеры, радио- или микроволновую передачу, либо ближнего поля с использованием электромагнитной индукции. [34] Беспроводная передача энергии может быть объединена с беспроводной передачей информации в том, что известно как беспроводная связь с питанием. [35] В 2015 году исследователи из Вашингтонского университета продемонстрировали передачу энергии в дальнем поле с использованием сигналов Wi-Fi для питания камер. [36]

Медицинские технологии

Новые беспроводные технологии, такие как мобильные сети области тела (MBAN), способны контролировать артериальное давление, частоту сердечных сокращений, уровень кислорода и температуру тела. MBAN работает, отправляя маломощные беспроводные сигналы на приемники, которые поступают на сестринские пункты или участки мониторинга. Эта технология помогает с преднамеренным и непреднамеренным риском заражения или отключения, которые возникают из-за проводных соединений. [37]

Категории реализаций, устройств и стандартов

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Армия США (1944). Техническое руководство. Военное министерство США . Получено 13 августа 2022 г. В определениях, приведенных в указателе, стр. 162, термин «радиостанция» указан как синоним термина «беспроводная связь»
  2. ^ Паулу, Бертон (1956). Британское вещание: радио и телевидение в Соединенном Королевстве. U of Minnesota Press. ISBN 9781452909547. Получено 13 августа 2022 г. . (стр. 396) В опросе общественного мнения, проведенном в Швеции в 1942 году, 31,4 процента ответили «Да» на вопрос «Вы обычно слушаете зарубежные новости по радио?»
  3. ^ "ATIS Telecom Glossary 2007". atis.org. Архивировано из оригинала 2 марта 2008 года . Получено 16 марта 2008 года .
  4. ^ Франкони, Николас Г.; Бангер, Эндрю П.; Сейдич, Эрвин; Микл, Марлин Х. (24 октября 2014 г.). «Беспроводная связь в нефтяных и газовых скважинах». Energy Technology . 2 (12): 996–1005. doi :10.1002/ente.201402067. ISSN  2194-4288. S2CID  111149917.
  5. ^ Biswas, S.; Tatchikou, R.; Dion, F. (январь 2006 г.). «Протоколы беспроводной связи между транспортными средствами для повышения безопасности дорожного движения». IEEE Communications Magazine . 44 (1): 74–82. doi :10.1109/mcom.2006.1580935. ISSN  0163-6804. S2CID  6076106.
  6. ^ Амеде Гиймен (1891). Электричество и магнетизм. Макмиллан и компания. п. 31 . Проверено 17 апреля 2021 г.
  7. ^ Иконы изобретения: Создатели современного мира от Гутенберга до Гейтса. ABC-CLIO. 2009. стр. 162. ISBN 978-0-313-34743-6.
  8. ^ "Вехи: Первые эксперименты по связи на миллиметровых волнах Дж. К. Бозе, 1894-96". Список вех IEEE . Институт инженеров по электротехнике и электронике . Получено 1 октября 2019 г.
  9. ^ Эмерсон, Д.Т. (1997). «Работа Джагадиса Чандра Бозе: 100 лет исследований в диапазоне миллиметровых волн». 1997 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, Vol. 3. IEEE Transactions on Microwave Theory and Research . Vol. 45, no. 12. pp. 2267–2273. Bibcode : 1997imsd.conf..553E. doi : 10.1109/MWSYM.1997.602853. ISBN 9780986488511. S2CID  9039614.перепечатано в под ред. Игоря Григорова, Antentop , Vol. 2, № 3, стр. 87–96.
  10. ^ "Timeline". The Silicon Engine . Computer History Museum . Получено 22 августа 2019 г.
  11. ^ "1901: Полупроводниковые выпрямители запатентованы как детекторы "кошачьего уса". Кремниевый двигатель . Музей истории компьютеров . Получено 23 августа 2019 г.
  12. ^ abc Golio, Mike; Golio, Janet (2018). RF и микроволновые пассивные и активные технологии. CRC Press . стр. ix, I-1, 18–2. ISBN 9781420006728.
  13. ^ Раппапорт, ТС (ноябрь 1991 г.). «Беспроводная революция». Журнал IEEE Communications . 29 (11): 52–71. doi :10.1109/35.109666. S2CID  46573735.
  14. ^ "Беспроводная революция". The Economist . 21 января 1999 г. Получено 12 сентября 2019 г.
  15. ^ abc Baliga, B. Jayant (2005). Кремниевые РЧ-мощные МОП-транзисторы. World Scientific . ISBN 9789812561213.
  16. ^ ab Harvey, Fiona (8 мая 2003 г.). «Беспроводная революция». Encyclopaedia Britannica . Получено 12 сентября 2019 г.
  17. ^ Tech Target – Определение беспроводной связи – Опубликовано Маргарет Рауз (2 апреля системы управления и контроля дорожного движения)
  18. ^ Цай, Аллен. «AT&T выпускает Navigator GPS Service с распознаванием речи». Новости телекоммуникационной отрасли. Архивировано из оригинала 14 июня 2012 г. Получено 2 апреля 2008 г.
  19. ^ "Спрос на услуги мобильной связи сохранится; прогнозирует агентство ООН". Центр новостей ООН . 15 февраля 2010 г. Получено 6 сентября 2011 г.
  20. ^ Вилорио, Деннис. "Ты кто? Скалолаз на башню" (PDF) . Occupational Outlook Quarterly . Архивировано (PDF) из оригинала 3 февраля 2013 г. . Получено 6 декабря 2013 г. .
  21. ^ abc "High Speed ​​Internet on the Road". Архивировано из оригинала 3 сентября 2011 г. Получено 6 сентября 2011 г.
  22. ^ «Что такое диспетчер подключений?». Microsoft Technet . 28 марта 2003 г. Получено 6 сентября 2011 г.
  23. ^ "Наши продукты". Unwired Revolution . Архивировано из оригинала 9 января 2012 года . Получено 6 сентября 2011 года .
  24. ^ "General Dynamics- NetMotion Mobility XE". Архивировано из оригинала 26 сентября 2011 г. Получено 30 августа 2011 г.
  25. ^ "Wi-Fi" . Получено 6 сентября 2011 г.
  26. ^ О'Брайен, Дж; Маракас, генеральный директор (2008). Информационные системы управления . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: МакГроу-Хилл Ирвин. п. 239.
  27. ^ Аравамудхан, Лачу; Фаччин, Стефано; Мононен, Ристо; Патил, Басаварадж; Сайфулла, Юсуф; Шарма, Сарвеш; Шримантула, Шринивас (4 июля 2003 г.). «Знакомство с беспроводными сетями и технологиями». ИнформИТ . Проверено 12 июля 2011 г.
  28. ^ "Что на самом деле представляет собой технология мобильной связи третьего поколения (3G)" (PDF) . ITU. Архивировано из оригинала (PDF) 7 июня 2011 г. Получено 12 июля 2011 г.
  29. ^ Гейер, Джим (2008). "Wireless Network Industry Report 2007" (PDF) . Wireless-Nets, Ltd. Архивировано из оригинала (PDF) 12 октября 2012 г. Получено 6 сентября 2011 г.
  30. ^ Ильцев, Стойце Димов (2006). Глобальная мобильная спутниковая связь для морских, наземных и авиационных приложений. Springer. ISBN 9781402027840.
  31. ^ Льюис, FL (2004). «Беспроводные сенсорные сети» (PDF) . Интеллектуальные среды: технологии, протоколы и приложения . Нью-Йорк: John Wiley: 11–46. doi :10.1002/047168659X.ch2. ISBN 9780471686590.
  32. ^ Павенти, Джаред (26 октября 2013 г.). «Как работает беспроводная клавиатура?». Ehow .
  33. ^ Мозер, Макс; Шрёдель, Филипп (5 декабря 2007 г.). «Отчет об анализе беспроводной клавиатуры 27 МГц, также известный как «Мы ​​знаем, что вы печатали прошлым летом»» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 23 января 2009 г. Получено 6 февраля 2012 г.
  34. ^ Джонс, Джордж (14 сентября 2010 г.). «Будущее: как беспроводная передача энергии убьет силовой кабель». MaximumPC .
  35. ^ Дусит Ниато; Лотфоллах Шафаи (2017). Беспроводные сети связи. Cambridge University Press. стр. 329. ISBN 978-1-107-13569-7. Получено 17 апреля 2021 г. .
  36. ^ «Первая демонстрация камеры наблюдения, работающей от обычных Wi-Fi-трансляций». MIT Technology Review . Получено 20 ноября 2020 г.
  37. ^ Лайнбо, Кейт (23 мая 2012 г.). «Больше медицинских приборов в больницах станут беспроводными» . The Wall Street Journal . Получено 13 мая 2022 г.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Найдите информацию о беспроводной связи в Викисловаре, бесплатном словаре.