stringtranslate.com

Беспроводная связь

Портативная бортовая станция морской подвижной связи.

Беспроводная связь (или просто беспроводная , если позволяет контекст) — это передача информации ( телекоммуникации ) между двумя или более точками без использования для передачи электрического проводника , оптического волокна или другой непрерывной направляемой среды . Наиболее распространенные беспроводные технологии используют радиоволны . В случае радиоволн предполагаемые расстояния могут быть небольшими, например, несколько метров для Bluetooth или миллионы километров для радиосвязи в дальнем космосе . Он охватывает различные типы стационарных, мобильных и портативных приложений, включая двустороннюю радиосвязь , сотовые телефоны , персональные цифровые помощники (КПК) и беспроводные сети . Другие примеры применения радиотехнологий включают устройства GPS , механизмы открывания гаражных ворот , беспроводную компьютерную мышь , клавиатуры и гарнитуры , наушники , радиоприемники , спутниковое телевидение, телевещание и беспроводные телефоны . Несколько менее распространенные методы достижения беспроводной связи включают в себя другие электромагнитные явления, такие как свет, магнитные или электрические поля или использование звука.

Термин «беспроводная связь» в истории коммуникаций использовался дважды, но в несколько разных значениях. Первоначально он использовался примерно с 1890 года для первой технологии радиопередачи и приема, например, в беспроводной телеграфии , пока примерно в 1920 году его не заменило новое слово « радио». Радиоприемники в Великобритании и во всем англоязычном мире, которые не были портативными, продолжали называться в качестве беспроводных устройств в 1960-е годы. [1] [2] Термин «беспроводная связь» был возрожден в 1980-х и 1990-х годах главным образом для того, чтобы отличить цифровые устройства, которые обмениваются данными без проводов, такие как примеры, перечисленные в предыдущем абзаце, от тех, для которых 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 позволяют предоставлять такие услуги, 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 ту или иную форму энергии (например, радиоволны и акустическую энергию) для передачи информации без использования проводов. [3] [4] [5] Таким образом информация передается как на короткие, так и на большие расстояния.

История

Фотофон

Фотофон Белла и Тейнтера, 1880 год.

Первый беспроводной телефонный разговор произошел в 1880 году, когда Александр Грэм Белл и Чарльз Самнер Тейнтер изобрели фотофон — телефон, передающий звук через луч света. Для работы фотофона требовался солнечный свет и прямая видимость между передатчиком и приемником, что значительно снижало жизнеспособность фотофона при любом практическом использовании. [6] Прошло несколько десятилетий, прежде чем принципы фотофона нашли свое первое практическое применение в военной связи , а затем и в оптоволоконной связи .

Электрическая беспроводная технология

Ранняя беспроводная связь

Ряд схем беспроводной электрической сигнализации, включая передачу электрического тока через воду и землю с использованием электростатической и электромагнитной индукции, были исследованы для телеграфии в конце 19 века, прежде чем стали доступны практические радиосистемы. К ним относятся запатентованная индукционная система Томаса Эдисона , позволяющая телеграфу в движущемся поезде соединяться с телеграфными проводами, идущими параллельно путям, индукционная телеграфная система Уильяма Приса для отправки сообщений через водоемы, а также несколько действующих и предлагаемых телеграфных и голосовых земных систем. проводящие системы.

Система Эдисона использовалась в застрявших поездах во время Великой метели 1888 года , а проводящие землю системы нашли ограниченное применение между траншеями во время Первой мировой войны , но эти системы никогда не имели экономического успеха.

Радиоволны

Маркони передает первый радиосигнал через Атлантику.

В 1894 году Гульельмо Маркони начал разработку системы беспроводного телеграфа с использованием радиоволн , 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 короткометражными. явление дальности. [7] Маркони вскоре разработал систему, которая передавала сигналы на расстояния, которые никто не мог предсказать (отчасти из-за отражения сигналов от тогда еще неизвестной ионосферы ). Маркони и Карл Фердинанд Браун были удостоены Нобелевской премии по физике 1909 года за вклад в развитие этой формы беспроводной телеграфии.

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

Беспроводная революция

Силовые МОП-транзисторы , которые используются в ВЧ-усилителях мощности для усиления радиочастотных (РЧ) сигналов в беспроводных сетях на большие расстояния .

Беспроводная революция началась в 1990-х годах, [12] [13] [14] с появлением цифровых беспроводных сетей , что привело к социальной революции и сдвигу парадигмы от проводных технологий к беспроводным, [15] включая распространение коммерческих беспроводных технологий. такие как сотовые телефоны , мобильная телефония , пейджеры , беспроводные компьютерные сети , [12] сотовые сети , беспроводной Интернет , а также портативные и карманные компьютеры с беспроводными соединениями. [16] Революция в беспроводной связи была вызвана достижениями в области радиочастотной (РЧ) и микроволновой техники , [12] и переходом от аналоговой к цифровой радиочастотной технологии, [15] [16] , что позволило существенно увеличить голосовой трафик наряду с доставка цифровых данных, таких как текстовые сообщения, изображения и потоковые медиа . [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, подавая на свою антенну изменяющиеся во времени электрические токи . Волны распространяются от антенны, пока в конечном итоге не достигнут антенны приемника, что индуцирует электрический ток в приемной антенне. Этот ток можно обнаружить и демодулировать для воссоздания информации, отправленной передатчиком.

Оптика свободного пространства

8-лучевая лазерная линия связи с оптикой свободного пространства со скоростью 1 Гбит/с на расстоянии примерно 2 км. Рецептор — это большой диск посередине, а передатчики — меньшие. В верхнем и правом углу находится монокуляр , помогающий выровнять две головы.

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 лучи света проходят через открытый воздух или космическое пространство. Это контрастирует с другими технологиями связи, в которых используются световые лучи, проходящие по линиям передачи, таким как оптическое волокно или диэлектрические «световые трубы».

Эта технология полезна там, где физические соединения непрактичны из-за высоких затрат или других соображений. Например, оптические линии связи в свободном пространстве используются в городах между офисными зданиями, которые не подключены к сети, где стоимость прокладки кабеля через здание и под улицей будет непомерно высокой. Другим широко используемым примером являются потребительские ИК- устройства, такие как пульты дистанционного управления и сети IrDA ( Infrared Data Association ), которые используются в качестве альтернативы сетям Wi-Fi , позволяя ноутбукам, КПК, принтерам и цифровым камерам обмениваться данными.

Соник

Звуковая, особенно ультразвуковая связь ближнего действия, предполагает передачу и прием звука.

Электромагнитная индукция

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

Услуги

Общие примеры беспроводного оборудования включают: [17]

Электромагнитный спектр

Радиоприемники AM и FM и другие электронные устройства используют электромагнитный спектр . Частоты радиоспектра , доступные для использования для связи, рассматриваются как общественный ресурс и регулируются такими организациями, как Американская федеральная комиссия по связи , Ofcom в Великобритании, международный ITU-R или европейский ETSI . Их правила определяют, какие диапазоны частот могут использоваться, для каких целей и кем. В отсутствие такого контроля или альтернативных механизмов, таких как приватизация электромагнитного спектра, может возникнуть хаос, если, например, у авиакомпаний не будет определенных частот для работы, а радиолюбитель будет мешать пилоту посадить самолет. Беспроводная связь охватывает диапазон от 9 кГц до 300 ГГц. [ нужна цитата ]

Приложения

Мобильные телефоны

Одним из наиболее известных примеров беспроводной технологии является мобильный телефон, также известный как сотовый телефон, с более чем 6,6 миллиардами абонентов мобильной сотовой связи по всему миру по состоянию на конец 2010 года . передающие башни, позволяющие пользователям совершать телефонные звонки из многих мест по всему миру. Их можно использовать в пределах зоны действия мобильной телефонной станции, на которой размещается оборудование, необходимое для передачи и приема радиосигналов от этих приборов. [20]

Передача данных

Беспроводная передача данных позволяет создавать беспроводные сети между настольными компьютерами , ноутбуками, планшетными компьютерами , мобильными телефонами и другими сопутствующими устройствами. Различные доступные технологии различаются локальной доступностью, диапазоном покрытия и производительностью [21] , а в некоторых случаях пользователи используют несколько типов подключения и переключаются между ними с помощью программного обеспечения диспетчера подключений [22] [23] или мобильной VPN для обработки нескольких соединения как безопасная единая виртуальная сеть . [24] К вспомогательным технологиям относятся:

Wi-Fi — это беспроводная локальная сеть , которая позволяет портативным вычислительным устройствам легко подключаться к другим устройствам, периферийным устройствам и Интернету. [ нужна ссылка ] Стандартизированный как IEEE 802.11 a , b , g , n , ac , ax , Wi-Fi имеет скорость соединения, аналогичную старым стандартам проводного Ethernet . Wi-Fi стал фактическим стандартом доступа в частных домах, офисах и общественных точках доступа. [25] Некоторые предприятия взимают с клиентов ежемесячную плату за обслуживание, в то время как другие начали предлагать его бесплатно, стремясь увеличить продажи своих товаров. [26]
Служба сотовой связи обеспечивает покрытие в радиусе 10–15 миль от ближайшего узла сотовой связи . [21] Скорость увеличивалась по мере развития технологий: от более ранних технологий, таких как GSM , CDMA и GPRS , через 3G к сетям 4G , таким как W-CDMA , EDGE или CDMA2000 . [27] [28] По состоянию на 2018 год предлагаемое следующее поколение — 5G .
Глобальные сети с низким энергопотреблением ( LPWAN ) устраняют разрыв между Wi-Fi и сотовой связью для приложений Интернета вещей (IoT) с низкой скоростью передачи данных.
Мобильная спутниковая связь может использоваться там, где другие беспроводные соединения недоступны, например, в основном 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 количества, отслеживать и собирать данные, формировать понятные пользовательские дисплеи и выполнять функции принятия решений [31].

Беспроводная передача данных используется для охвата расстояния, превышающего возможности типичной кабельной связи при связи «точка-точка» и «точка-многоточка» , для обеспечения резервного канала связи в случае обычного сбоя в сети, для связи портативных или временных рабочих станций, для преодоления ситуаций, когда обычная прокладка кабелей затруднена или экономически нецелесообразна, или для удаленного подключения мобильных пользователей или сетей.

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 (РЧ) периферийный интерфейс. Первоначально в этих устройствах использовались громоздкие, локальные приемопередатчики в качестве посредника между компьютером и клавиатурой и мышью; однако в более поздних поколениях использовались устройства меньшего размера и с более высокой производительностью. Радиочастотные интерфейсы, такие как Bluetooth или Wireless USB , обеспечивают большую дальность 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 моделях с частотой 27 МГц была крайне небезопасной. [33]

Передача энергии

Беспроводная передача энергии — 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 фундаментальных метода беспроводной передачи энергии. Энергия может передаваться либо с использованием методов дальнего поля, включающих излучение энергии/лазеров, радио- или микроволновую передачу, либо с использованием ближнего поля с использованием электромагнитной индукции. [34] Беспроводная передача энергии может сочетаться с беспроводной передачей информации в так называемой беспроводной связи. [35] В 2015 году исследователи из Вашингтонского университета продемонстрировали передачу энергии в дальней зоне с использованием сигналов Wi-Fi для питания камер. [36]

Медицинские технологии

Новые беспроводные технологии, такие как мобильные телесные сети (MBAN), позволяют контролировать артериальное давление, частоту сердечных сокращений, уровень кислорода и температуру тела. MBAN работает, отправляя маломощные беспроводные сигналы на приемники, которые подаются на станции медсестер или пункты мониторинга. Эта технология помогает снизить преднамеренный и непреднамеренный риск заражения или отключения, возникающий при проводных соединениях. [37]

Категории реализаций, устройств и стандартов

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Армия США (1944). Техническое руководство. Военное министерство США . Проверено 13 августа 2022 г. В определениях, приведенных в указателе, с. 162, термин «радиоприемник» указан как синоним термина «беспроводной аппарат».
  2. ^ Паулу, Бертон (1956). Британское вещание: радио и телевидение в Соединенном Королевстве. Университет Миннесоты Пресс. ISBN 9781452909547. Проверено 13 августа 2022 г. (стр.396) В опросе общественного мнения в Швеции в 1942 году 31,4 процента ответили «Да» на вопрос «Вы обычно слушаете зарубежные новости по радио?»
  3. ^ "Глоссарий ATIS Telecom 2007" . atis.org. Архивировано из оригинала 2 марта 2008 года . Проверено 16 марта 2008 г.
  4. ^ Франкони, Николас Г.; Бангер, Эндрю П.; Сейдич, Эрвин; Микл, Марлин Х. (24 октября 2014 г.). «Беспроводная связь на нефтяных и газовых скважинах». Энергетические технологии . 2 (12): 996–1005. дои : 10.1002/ente.201402067. ISSN  2194-4288. S2CID  111149917.
  5. ^ Бисвас, С.; Татчику, Р.; Дион, Ф. (январь 2006 г.). «Протоколы беспроводной связи между транспортными средствами для повышения безопасности дорожного движения». Журнал коммуникаций IEEE . 44 (1): 74–82. дои : 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 изобретений: Создатели современного мира от Гутенберга до Гейтса. АВС-КЛИО. 2009. с. 162. ИСБН 978-0-313-34743-6.
  8. ^ «Вехи: первые эксперименты в области связи в миллиметровом диапазоне, проведенные Дж. К. Бозе, 1894-96» . Список вех IEEE . Институт инженеров электротехники и электроники . Проверено 1 октября 2019 г.
  9. ^ Эмерсон, DT (1997). «Работа Джагадиса Чандры Боса: 100 лет исследований миллиметровых волн». Дайджест Международного симпозиума по микроволновому оборудованию IEEE MTT-S, 1997 г., Vol. 3 . Транзакции IEEE по теории и исследованиям микроволнового излучения . Том. 45, нет. 12. С. 2267–2273. Бибкод : 1997imsd.conf..553E. дои : 10.1109/MWSYM.1997.602853. ISBN 9780986488511. S2CID  9039614.перепечатано в под ред. Игоря Григорова, Antentop , Vol. 2, № 3, стр. 87–96.
  10. ^ «Хронология». Кремниевый двигатель . Музей истории компьютеров . Проверено 22 августа 2019 г.
  11. ^ «1901: Полупроводниковые выпрямители запатентованы как детекторы «кошачьи усы»» . Кремниевый двигатель . Музей истории компьютеров . Проверено 23 августа 2019 г.
  12. ^ abc Голио, Майк; Голио, Джанет (2018). Пассивные и активные технологии ВЧ и СВЧ. ЦРК Пресс . стр. ix, I-1, 18–2. ISBN 9781420006728.
  13. ^ Раппапорт, TS (ноябрь 1991 г.). «Беспроводная революция». Журнал коммуникаций IEEE . 29 (11): 52–71. дои : 10.1109/35.109666. S2CID  46573735.
  14. ^ «Беспроводная революция». Экономист . 21 января 1999 года . Проверено 12 сентября 2019 г.
  15. ^ abc Балига, Б. Джаянт (2005). Кремниевые высокочастотные силовые МОП-транзисторы. Всемирная научная . ISBN 9789812561213.
  16. ^ аб Харви, Фиона (8 мая 2003 г.). «Беспроводная революция». Британская энциклопедия . Проверено 12 сентября 2019 г.
  17. ^ Техническая цель - Определение беспроводной связи - Автор: Маргарет Роуз (2 апреля, системы контроля и управления дорожным движением).
  18. ^ Цай, Аллен. «AT&T выпускает службу GPS-навигатора с распознаванием речи» . Новости телекоммуникационной отрасли. Архивировано из оригинала 14 июня 2012 года . Проверено 2 апреля 2008 г.
  19. ^ «Устойчивый спрос на услуги мобильной связи сохранится; прогнозирует агентство ООН» . Центр новостей ООН . 15 февраля 2010 года . Проверено 6 сентября 2011 г.
  20. ^ Вилорио, Деннис. «Ты кто? Башенный альпинист» (PDF) . Профессиональный прогноз Ежеквартальный . Архивировано (PDF) из оригинала 3 февраля 2013 года . Проверено 6 декабря 2013 г.
  21. ^ abc «Высокоскоростной Интернет в дороге». Архивировано из оригинала 3 сентября 2011 года . Проверено 6 сентября 2011 г.
  22. ^ «Что такое диспетчер соединений?». Майкрософт Технет . 28 марта 2003 года . Проверено 6 сентября 2011 г.
  23. ^ «Наши продукты». Беспроводная революция . Архивировано из оригинала 9 января 2012 года . Проверено 6 сентября 2011 г.
  24. ^ "General Dynamics - NetMotion Mobility XE" . Архивировано из оригинала 26 сентября 2011 года . Проверено 30 августа 2011 г.
  25. ^ "Wi-Fi" . Проверено 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 мобильная технология третьего поколения (3G)» (PDF) . МСЭ. Архивировано из оригинала (PDF) 7 июня 2011 года . Проверено 12 июля 2011 г.
  29. ^ Гейер, Джим (2008). «Отчет отрасли беспроводных сетей за 2007 год» (PDF) . Wireless-Nets, Ltd. Архивировано из оригинала (PDF) 12 октября 2012 года . Проверено 6 сентября 2011 г.
  30. ^ Ильцев, Стойце Димов (2006). Глобальная мобильная спутниковая связь для морских, наземных и авиационных применений. Спрингер. ISBN 9781402027840.
  31. ^ Льюис, Флорида (2004). «Беспроводные сенсорные сети» (PDF) . Умная среда: технологии, протоколы и приложения . Нью-Йорк: Джон Уайли: 11–46. дои : 10.1002/047168659X.ch2. ISBN 9780471686590.
  32. ↑ Павенти, Джаред (26 октября 2013 г.). «Как работает беспроводная клавиатура?». Эх как .
  33. ^ Мозер, Макс; Шредель, Филипп (5 декабря 2007 г.). «Отчет об анализе беспроводной клавиатуры 27 МГц, также известный как «Мы ​​знаем, что вы набирали прошлым летом»» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 23 января 2009 года . Проверено 6 февраля 2012 года .
  34. ↑ Джонс, Джордж (14 сентября 2010 г.). «Доказательство будущего: как беспроводная передача энергии уничтожит силовой кабель». МаксимумПК .
  35. ^ Дусит Ниято; Лотфоллах Шафаи (2017). Беспроводные сети связи. Издательство Кембриджского университета. п. 329. ИСБН 978-1-107-13569-7. Проверено 17 апреля 2021 г.
  36. ^ «Первая демонстрация камеры наблюдения, работающей от обычных трансляций Wi-Fi» . Обзор технологий Массачусетского технологического института . Проверено 20 ноября 2020 г.
  37. ↑ Линебо, Кейт (23 мая 2012 г.). «Больше больничных медицинских устройств станут беспроводными» . Журнал "Уолл Стрит . Проверено 13 мая 2022 г.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Найдите беспроводную связь в Викисловаре, бесплатном словаре.