Распространение электромагнитных волн

Перечислим некоторые общие закономерности распространения электромагнит­ных волн, связанные с частотой излучения.

ш Чем выше несущая частота, тем выше возможная скорость передачи информации,

ш Чем выше частота, тем хуже проникает сигнал через препятствия. Низкочастотное ра~ диоволныАМ-диапазонов легко проникают в дома, позволяя обходиться комнатной ан­тенной, Более высокочастотный сигнал телевидения требует, как правило, внешней антенны; И наконец* инфракрасный и видимый свет не проходят через стены, ограничивая передану прямой видимостью {Une^Qf Sight, Ш$)<, >;.. _f

v Чем выше частота, тем быстрее убывает анергия сигнала с расстояниям от источника* ^ При распространении электромагнитных волн в свободном пространстве (без отражу ^: нШ) затухание мощности сигнала пропорционально произведению квадрата расстояния - ⁴ от источника сигнала на квадрат частоты сигнала. <... - ^v

Ш Низкие частоты (до 2 МГц) распространяются вдрпь поверхности земли. Именно поэтому сигналы АМ-радио могут передаваться на расстояния в сотни километров*...

ш Сигналы частот от 2 до 30 МГц отражаются ионосферой земли, поэтому они могут рас- пространяться даже на более значительные расстояния, в несколько тысяч километров (при достаточной мощности передатчика),, ш Сигналы е диапазоне выше 30 МГц распространяются только по прямой, то есть являют­ся сигналами прямой видимости. При частоте свыше 4 ГГц их подстерегает неприят-. - ность — они начинают поглощаться водой, а это означает, что не только дождь, но и туман может стать причиной резкого ухудшения качества передачи микроволновых сис­тем, Недаром испытания лазерных систем передачи данных часто проводят в Сиэтле, го;_: "' роде, который известен своими туманами;.,.

Потребность в скоростной передаче информации является превалирующей, по­этому все современные системы беспроводной передачи информации работают в высокочастотных диапазонах, начиная с 800 МГц, несмотря на преимущества, которые сулят низкочастотные диапазоны благодаря распространению сигнала вдоль поверхности земли или отражения от ионосферы.

Для успешного использования микроволнового диапазона необходимо также учи­тывать дополнительные проблемы, связанные с поведением сигналов, распростра­няющихся в режиме прямой видимости и встречающих на своем пути препятст­вия.

На рис. 10.4 показано, что сигнал, встретившись с препятствием, может распро­страняться в соответствии с тремя механизмами: отражением, дифракцией и рас­сеиванием.

Когда сигнал встречается с препятствием, которое частично прозрачно для дан­ной длины волны и в то же время размеры которого намного превышают длину волны, то часть энергии сигнала отражается от такого препятствия. Волны мик­роволнового диапазона имеют длину несколько сантиметров, поэтому они час­тично отражаются от стен домов при передаче сигналов в городе. Если сигнал встречает непроницаемое для него препятствие (например, металлическую пла­стину) также намного большего размера, чем длина волны, то происходит ди­фракция — сигнал как бы огибает препятствие, так что такой сигнал можно по­лучить, даже не находясь в зоне прямой видимости. И наконец, при встрече

Рис. 10.4. Распространение электромагнитной волны

В результате подобных явлений, которые повсеместно встречаются при беспро­водной связи в городе, приемник может получить несколько копий одного и того же сигнала. Такой эффект называется многолучевым распространением сигна­ла. Результат многолучевого распространения сигнала часто оказывается отри­цательным, поскольку один из сигналов может прийти с обратной фазой и пода­вить основной сигнал.

Так как время распространения сигнала вдоль различных путей будет в общем случае различным, то может также наблюдаться и межсимвольная интерферен­ция, ситуация, когда в результате задержки сигналы, кодирующие соседние биты данных, доходят до приемника одновременно.

Искажения из-за многолучевого распространения приводят к ослаблению сигна­ла, этот эффект называется многолучевым замиранием. В городах многолучевое замирание приводит к тому, что ослабление сигнала становится пропорциональ­ным не квадрату расстояния, а его кубу или даже четвертой степени!

Все эти искажения сигнала складываются с внешними электромагнитными по­мехами, которых в городе довольно много. Достаточно сказать, что в диапазоне 2,4 ГГц работают микроволновые печи.

ВНИМАНИЕ --------------------------------------------------------------------------------------------------------

Отказ от проводов и обретение мобильности приводят к высокому уровню помех в беспро­водных линиях связи. Если интенсивность битовых ошибок (BER) в проводных линиях связи равна 10~^[21] - 1(Г^[22], то в беспроводных линиях связи она достигает величины 10^-3!

ляющие энергию сигнала в широком диапазоне частот. Кроме того, передатчики сигнала (и приемники, если это возможно) стараются разместить на высоких баш­нях, чтобы избежать многократных отражений. Еще одним способом является применение протоколов с установлением соединений и повторными передача­ми кадров уже на канальном уровне стека протоколов. Эти протоколы позволя­ют быстрее корректировать ошибки, так как работают с меньшими значениями тайм-аутов, чем корректирующие протоколы транспортного уровня, такие как TCP.