Что такое диапазон ггц
Длинные волны распространяются аналогично сверхдлинным, но при этом они в большей степени поглощаются землей, поэтому коэффициент их затухания в волноводе Земля - ионосфера выше. Вследствие этого гарантированная связь на длинных волнах возможна на меньших расстояниях - до 2000 - 2500 км в низкочастотной области и уменьшается с ростом частоты. Однако габариты антенн при этом значительно меньше, чем в диапазоне VLF/ОНЧ, поэтому этот диапазон широко используется теми же службами, что и диапазоне VLF/ОНЧ, но при меньшем требуемом радиусе действия. Например, в этом диапазоне на частоте 77,5 кГц работает радиостанция DCF77, передающая сигналы точного времени, метеоинформацию и сигналы оповещения о чрезвычайных ситуациях, в зону покрытия которой попадает вся Европа, включая Украину, Белоруссию и западные районы РФ. В этом же диапазоне работают различные системы и устройства радионавигации, в т.ч. различные радиомаяки морской и воздушной служб, приводные радиостанции аэропортов и др. Начиная с частоты 148,5 кГц здесь расположен длинноволновый радиовещательный диапазон первого района ITU (Европа, Африка и СНГ). Кроме того, с этого диапазона начинается выделение регламентом ITU частот радиолюбителям (135,7 - 137,8 кГц, длина волны 2200 м). Также необходимо отметить, что радиоволны с частотами ниже 60 кгц могут проникать под воду на глубину нескольких метров, поэтому нижний участок длинноволнового диапазона, в дополнение к диапазону VLF/ОНЧ, используется для связи с подводнымии лодками.
Как работает спектр радиоволн
Низкочастотная, среднечастотная и миллиметровая волны относятся к разным сегментам электромагнитного спектра. Все три находятся в диапазоне радиоволн, но спектр также содержит видимый свет, гамма-лучи, рентгеновские лучи, микроволны и многое другое.
Частота 30 - 300 МГц, длина волны 1 - 10 м.
Метровые волны практически не ослабляются атмосферой, а габариты антенн, в т.ч. направленных, позволяют компактно размещать их как на крышах зданий, так и на транспортных средствах - морских и речных судах, летательных аппаратах, автомобилях и поездах. В связи с этим данный диапазон исключительно широко востребован для ближней радиосвязи в зоне прямой видимости как фиксированной, так и подвижными службами, за исключением сетей мобильной сотовой связи, а также многими спутниковыми службами. В частности, в диапазоне 138 - 144 МГц ведется связь с воздушными судами, в диапазоне 156 - 174 МГц - с морскими судами, в диапазоне 137 - 138 МГц передают информацию метеорологические спутники. В нем расположены радиовещательные диапазоны УКВ-ЧМ (65,9 - 74 МГц) и FM (87,5 - 108 МГц), а также телевизионные каналы с первого (48,5 - 56,5 МГц) по двенадцатый (222 - 230 МГц). Кроме того, с данного диапазона начинается использование радиочастотного спектра для радиолокационного зондирование земной поверхности.
Радиолюбителям в этом диапазоне выделены две полосы частот: 50 - 54 МГц (6-ти метровый диапазон, в РФ пока не разрешен) и 144-146 МГц (2-х метровый диапазон). В последнем радиолюбители работают всеми видами связи, включая тропосферную, связь с отражением от Луны, от ионизационных следов метеоров, от спорадического слоя Es и от авроральной области ионосферы, а также связь через любительские спутники, покрывая, в зависимости от способа, расстояния от нескольких сотен до нескольких тысяч км, а при связи через Луну и более.
Рис.2.9. Телевизионная коллективная антенна 1-12 каналов (слева) и антенна любительского диапазона 2м для связи через Луну (справа)
Спектральный диапазон 5G
- Низкая полоса: 600 МГц, 800 МГц, 900 МГц
- Средняя полоса: 2,5 ГГц, 3,5 ГГц, 3,7-4,2 ГГц
- Миллиметровая волна (верхняя полоса): 24 ГГц, 28 ГГц, 37 ГГц, 39 ГГц, 47 ГГц
В радиоволновом диапазоне спектра уже довольно тесно. В то время как радиочастотный всё больше используется мобильными устройствами. Он, помимо прочего, также поддерживает вещательное телевидение, радио и авиационную связь.
Радиочастотный спектр колеблется от 30 Гц до 300 ГГц. Это довольно массивный диапазон, отсюда понятно, почему на дальних концах этого диапазона возможности значительно отличаются.
Спектр на нижней стороне, известный как нижняя полоса, имеет более длинные волны, чем спектр на верхней стороне, что позволяет ему быть более устойчивым и преодолевать большие расстояния. Волны становятся короче на средних частотах, увеличивая ширину полосы, но теряя дальность передачи. В конце они достигают миллиметровой волны, способной передавать большие объемы данных за короткое время, но на ограниченных дистанциях.
2.5.2. ДИАПАЗОН ДЕЦИМЕТРОВЫХ ВОЛН UHF/УВЧ
2.5.4. ДИАПАЗОН МИЛЛИМЕТРОВЫХ ВОЛН EHF/КВЧ
Частота 3 - 30 МГц, длина волны 10 - 100 м.
Связь поверхностной волной в КВ диапазоне возможна лишь на расстояниях, измеряемых десятками км. Однако за счет поочередного отражения от ионосферы и земли радиоволны этого диапазона могут распространяться на весьма значительные расстояния, измеряемые тысячами километров, а при благоприятных условиях и на расстояния 10-20 тысяч км. В то же время, в связи с зависимостью свойств ионосферных слоев от частоты, времени суток и года, солнечной активности и других факторов, дальнее распространение коротких волн нестабильно, и эта нестабильность растет с ростом частоты.
За счет скачкообразного распространения КВ радиоволн зоны приема чередуются с т.н. мертвыми зонами, в которые отраженные от ионосферы волны не попадают. Кроме того, за счет кратковременных флуктуаций в ионосферных слоях и интерференции радиоволн в точке приема за счет их многолучевого распространения, для связи на КВ характерны замирания (фединги), в т.ч. очень глубокие, которые могут иметь место, в отличие от диапазона средних волн, в любое время суток, особенно в высокочастотной области. Еще одним недостатком является значительное ухудшение прохождения в верхней части КВ диапазона в периоды минимума солнечной активности.
В связи со своей «дальнобойностью» при малых габаритах антенн и малых мощностях передатчиков КВ диапазон востребован практически всеми радиослужбами, включая и спутниковые (на прием). Он предоставляет широчайшие возможности радиовещанию, а также любительской связи. В связи с возможностью изготовления направленных антенн с диаграммой, изменяемой путем механического вращения самой антенны или изменения фазы питающих напряжений ее излучающих элементов (фазированные антенные решетки), с этого диапазона начинается использование радиочастотного спектра радиолокаторами, в первую очередь, загоризонтными, радиотелескопами радиоастрономической службы, а также средствами активного воздействия на ионосферу типа HAARP.
Рис.2.8. Армейский КВ приемник прошлого века Р-250М, современный радиолюбительский КВ трансивер и компьютерная карта КВ-приемника
Ширина и обозначения каналов
Небольшое дополнение про влияние ширины на обозначение каналов. Если мы используем стандартные 20 МГц, то там все просто – используется один канал. Но если мы переключаемся уже на 40 МГц, то приходится использовать 2 канала. И такие обозначения уже начинают выглядеть интересно: 9+5, 6+1, 1+1, 40-1 и т. д. А если используется ширина 80 МГц или даже 160 МГц? Разумеется, сложность обозначения растет. Более подробно об этом я уже написал в основной статье про каналы Wi-Fi.
Если вы задумались о замене старого маршрутизатора – вы можете встретить такие термины, как «двойная полоса», которая относится к маршрутизаторам, поддерживающим связь Wi-Fi на частотах 2,4 ГГц и 5 ГГц , Любопытно, что означают эти цифры? Давайте узнаем.
1.2. ДЕЛЕНИЕ НА ДИАПАЗОНЫ ПО ДЛИНАМ ВОЛН
Рекомендуемое деление распределенного для использования службам радиочастотного спектра на диапазоны по длинам волн, включая их названия и условные обозначения (аббревиатуры), определено Разделом 1 Статьи 2 Части 1 Регламента Радиосвязи ITU и расширено в нераспределенной области ELF рекомендациями ITU-R V.431-8. Согласно последним предусмотрено деление всего радиочастотного спектра на 14 диапазонов по критерию десятикратного изменения длины волны, начиная от 10 млн. км до 0,1 мм. Каждый диапазон имеет свой номер от -1 до 12. Нижняя граница частоты диапазона с номером N при этом равна 0,3x10^N Гц, а верхняя - 3x10^N Гц. Каждому диапазону также присвоены полные и сокращенные (аббревиатурные) наименования двух видов - по интервалу длин волн и по интервалу частот. Перечень диапазонов с указанием их номеров, интервалов частот, интервалов длин волн, наименований и аббревитур, в т.ч. русскоязычных, а также соответствующих им традиционных наименований и аббревиатур, используемых в отечественной практике, приведен в таблице 1-1.
для перехода к описанию нужного диапазона кликните по соответствующей строке таблицы
ELF - extreamely low frequency ULF - ultra low frequency VLF - very low frequency LF - low frequency MF - medium frequency HF - high frequency VHF - very high frequency UHF - ultra high frequency SHF - super high frequency EHF - extra high frequency HHF - hyper high frequency | КНЧ - крайне низкие частоты СНЧ - сверхнизкие частоты ИНЧ - инфранизкие частоты ОНЧ - очень низкие частоты НЧ - низкие частоты СЧ - средние частоты ВЧ - высокие частоты ОВЧ - очень высокие частоты СВЧ - сверхвысокие частоты КВЧ - крайне высокие частоты ГВЧ - гипервысокие частоты | СДВ - сверхдлинные волны ДВ - длинные волны КМВ - километровые волны СВ - средние волны ГКМВ - гектаметровые волны КВ - короткие волны ДКМВ - декаметровые волны УКВ - ультракороткие волны МВ - метровые волны ДМВ - дециметровые волны СМВ - сантиметровые волны ММВ - миллиметровые волны ДММВ - децимиллиметровые волны |
1. Англоязычные наименования длин волн в таблицу не включены (см. при необходимости в оригинале рекомендаций ITU по ссылке в начале настоящего раздела).
2. Англоязычная аббревиатура HHF для диапазона N12 рекомендациями ITU не предусмотрена.
3. В англоязычных публикациях диапазон ELF может подразумевать иные, чем в рекомендациях ITU, частотные интервалы. В частности, в него, как правило, не включают интервалы с частотами менее 3 Гц (диапазоны с номерами -1 и 0). Кроме того, иногда диапазон ELF с номером 2 с частотами 30 - 300 Гц именуют диапазоном супернизких частот - SLF (super low frequency). Часто также, в частности в регламентах военной связи США, расширяют интервал диапазона ELF до нижней границы диапазона VLF, исключая тем самым диапазон ULF.
4. Русскоязычные наименования и аббревиатуры частот диапазонов с номерами с 4 по 12 (от ОНЧ до ГВЧ), а также наименования их длин волн соответствуют ГОСТ 24375-80 «Радиосвязь. Термины и определения», однако аббревиатуры для длин волн данным ГОСТОМ не предусмотрены. Диапазоны с -1 по 3 в ГОСТ 24375-80 не включены, соответственно аббревиатуры частот ИНЧ, СНЧ, КНЧ и наименования длин волн с гигаметровых по гектакилометровые являются в РФ терминами, принятыми по умолчанию.
5. Русскоязычные аббревиатуры для длин волн с гигаметровых по мириаметровые в таблице не приводятся, т.к. принятых по умолчанию их вариантов нет, а встречающиеся в некоторых источниках варианты связаны с необходимостью использования строчных букв в уже устоявшихся аббревиатурах для диапазонов 5-12, что затрудняет восприятие.
6. В ряде отечественных публикаций для диапазона дециметровых волн вместо аббревиатуры ДМВ используется аббревиатура ДЦВ.
7. Диапазон децимиллиметровых волн (N12) фактически является диапазоном дальнего инфракрасного излучения и отнесение его к радиоспектру, как это делается в ряде публикаций, многие авторы, в т.ч. и автор настоящее обзора, считают спорным. В таблице данный диапазон приведен как пограничный для радиочастотного спектра. Его краткая характеристика дана для общего сведения в главе 2 настоящего обзора. Данный диапазон также часто именуется диапазоном субмиллиметровых волн.
Какую ширину канала выбрать?
Вот так и с шириной канала – чем он шире, тем больше через него пройдет. Чем уже – тем меньше. Для увеличения скорости лучше поставить 40 МГц.
Но не все так радужно. Взгляните еще раз на рисунок с каналами выше. Если посмотрите, там выделены 3 канала – 1й, 6й и 11й. Смысл их выделения – они не пересекаются. Т.е. при выборе ширины канала в 20 МГц мы получаем 3 непересекающихся каналов. Конечно, использовать можно и пересекающиеся, но здесь больше смысл в свободе общего диапазона от помех – в диапазоне можно разнести 3 устройства, и они абсолютно никак не будут влиять друг на друга.
Другое дело с 40 МГц – такой канал можно разместить лишь один. Все остальные будут пересекаться с ним, создавать помехи, влиять на итоговую скорость – это негативное отличие от узкой полосы. А если все будет совсем плохо, через Wi-Fi даже может пострадать итоговая скорость интернета на конечных устройствах.
Так все-таки, какая ширина канала лучше – 20 или 40 МГц? Как итог:
- Если у вас нет соседей – ставим 40 МГц.
- Если есть соседи – ставим 20 МГц.
- Если до сих пор ничего не поняли – ставим АВТО. Тоже хороший выбор, особой разницы не будет, роутер тоже не большой дурак.
О том же примерно пишется и в справках роутеров:
Можно провести испытания методом тыка – поставили 40 МГц. Проверили работу в течение пары дней. Если что-то не понравилось, поставили 20 МГц на еще пару дней. Сравнили.
Для теоретиков же можно предварительно посмотреть загрузку по каналам перед выбором режима с помощью того же inSSIDer.
Или вот еще интересное видео по выбору канала (а от него и ширины):
2.5.3. ДИАПАЗОН САНТИМЕТРОВЫХ ВОЛН SHF/СВЧ
Что такое двух- и трёхдиапазонные маршрутизаторы
Хорошей новостью является то, что большинство современных маршрутизаторов как двух- или трёхдиапазонные маршрутизаторы.
Двухдиапазонный маршрутизатор – это тот, который транслирует как сигнал 2,4 ГГц, так и 5 ГГц от одного и того же устройства, предоставляя вам две сети Wi-Fi.
Двухдиапазонные маршрутизаторы выпускаются в двух вариантах:
- С выбираемым диапазоном. Такой маршрутизатор предлагает сеть Wi-Fi 2,4 ГГц и 5 ГГц, но вы можете использовать только по одну. Вам нужно указать ему, какую частоту вы хотите использовать.
- Оба диапазона одновременно. Такой маршрутизатор транслирует в двух сетях Wi-Fi с частотой 2,4 ГГц и 5 ГГц, что дает вам возможность выбора при настройке устройства. Некоторые бренды маршрутизаторов также позволяют назначать один и тот же SSID двум диапазонам, чтобы устройства видели только одну сеть, хотя функционируют обе. Они, как правило, немного дороже, но преимущества одновременной работы обеих полос перевешивают разницу в стоимости.
Трехполосный маршрутизатор транслирует три сети одновременно – два сигнала 5 ГГц и один сигнал 2,4 ГГц. Причина этого заключается в том, чтобы избежать перегрузки сети. Если у вас несколько устройств активно использует соединение с частотой 5 ГГц для трансляции видео высокого разрешения или даже 4K, вам может следует потратить немного больше на трехполосный маршрутизатор.
Частота 3 - 30 ГГц, длина волны 1 - 10 см.
С этого диапазона уже начинается полный набор проблем с распространением радиоволн в атмосфере и ионосфере, в т.ч. поглощение, мерцание, дисперсия, изменение частоты, вращение плоскости поляризации, временнЫе задержки и пр. В то же время, габариты антенн здесь уменьшаются настолько, что становится возможным применение компактных параболических антенн с очень высоким коэффициентом направленного действия, что необходимо для приема радиосигналов с геостационарных спутников, например, сигналов спутникового телевидения. Габариты высокоэффективных фазированных антенных решеток в этом диапазоне позволяют компактно размещать их на летательных аппаратах. Кроме того, сверхвысокая частота позволяет получать высокое разрешение радиолокации и измерять скорость объектов по доплеровскому смещению отраженного сигнала. По этим причинам данный диапазон широко используется в бортовых РЛС целеуказания и в РЛС систем управления воздушным движением, а также в радарах дорожно-патрульных служб.
В нижней своей части сантиметровый диапазон востребован теми же системами, что и диапазон дециметровых волн. В частности, здесь представлен верхний диапазон сетей WiFi, верхние диапазоны (фидерные линии) системы морской спутниковой связи INMARSAT, системы воздушной и морской радионавигации, радиорелейные линии фиксированной службы, а также любительская связь, в т.ч. спутниковая и с отражением от Луны.
Кроме того, различные эффекты взаимодействия со средой, в т.ч. указанные выше, которые, с одной стороны, негативно влияют на радиосвязь, с другой стороны позволяют получать ценную информацию о данной среде. Поэтому сантиметровый диапазон широко востребован спутниковыми системами дистанционного зондирования земли и наземными системами зондирования атмосферы и ионосферы, в т.ч. в метеорологии.
Также следует отметить, что сантиметровый диапазон требует применения специальных элементов и технических решений для генерации и усиления радиочастотных сигналов - магнетронов, клистронов, ламп бегущей волны, объемных резонаторов, параметрических усилителей на малошумящих диодах и пр.
Рис.2.11. Бортовая РЛС с фазированной антенной решеткой (слева) и экран погодного радара (справа)
2.3. ДИАПАЗОН СРЕДНИХ ВОЛН MF/СЧ
Как изменить?
Изменять ширину канала нужно в настройках самой точки доступа. Пусть в нашем случае это будет самый обычный домашненький роутер. Для начала нужно войти в настройки своего роутера и выбрать настройки беспроводной сети.
Как это сделать – тема не этой статьи. Каждый роутер немного отличается друг от друга, рекомендую воспользоваться поиском по нашему сайту и ввести туда свою модель – у нас очень много инструкций по настройке маршрутизаторов почти под любую модель. Там же прочитаете и про вход в веб-конфигуратор.
Ну а там уже все будет выглядеть примерно вот так (на примере своего TP-Link):
На других роутерах нередко называется Bandwidth или Channel Width.
Не забывайте сохранять настройки! А то бывают у нас в вопросах отдельные случаи…
Вот вроде бы и все. Наш портал рассчитан на обычного пользователя, без лишних заумностей, так что рекомендация – смело ставьте 20/40 MHz и не чурайтесь такой автоматики. В 99% случаев это работает идеально. На этом прощаюсь, всем хорошего дня!
2.5.5. ДИАПАЗОН ДЕЦИМИЛЛИМЕТРОВЫХ ВОЛН HHF/ГВЧ
Частота 30 - 300 ГГц, длина волны 1 - 10 мм
Распространение миллиметровых волн в еще большей степени, чем распространение сантиметровых волн, связано с различным нелинейными эффектами и поглощениями, поэтому дальность связи у поверхности Земли ограничена несколькими сотнями метров, а в вертикальном направлении - несколькими десятками километров. В связи с этим, основными областями их применения являются системы спутниковой связи космос-космос, метеорологические и допплеровские радары, в частности, полицейские радары, радиорелейные линии, а также радиоастрономические наблюдения.
В связи с дефицитом ресурсов более низких частот, освоение миллиметрового диапазона становится делом ближайшего будущего. В частности, его планируется использовать для систем сотовой связи 5G, а также для систем HAPS (High Altitude Platform Systems), основанных на применении ретрансляторов, располагаемых на высоте 20-25 километров, например, на аэростатах.
Особо следует отметить, что в этом диапазоне планировал управлять погодой, в частности, в целях нейтрализации торнадо, «папа» суперпроекта HAARP Бернард Дж. Истлунд.
Рис.2.12. Аэростат системы HAPS, полицейский радар и проект Истлунда Tornado mitigation
2.3. ДИАПАЗОН СРЕДНИХ ВОЛН MF/СЧ
2.4. ДИАПАЗОН КОРОТКИХ ВОЛН HF/ВЧ
Ожидания в реальном мире
Итак, что же всё это значит? Использование миллиметровых волн стало одним из самых значительных достижений, приведших к появлению пятого поколения беспроводных сетей, и оно позволяет достичь невероятно высоких скоростей. Если вам повезёт использовать mmWave в этом году, скорее всего, это будет смартфон и активация функции будет быстро разряжать аккумулятор.
Что касается 5G на средних и низких частотах, улучшения будут более постепенными. Новая беспроводная технология более эффективна, чем 4G LTE на существующих диапазонах. Кроме того, 5G разработан специально для использования в сети 4G с целью усиления, а не замены 4G. В конце концов, как и любая беспроводная технология, она станет доминирующей, так как операторы постепенно модернизируют свое оборудование, создавая сети с гораздо более стабильно высокими скоростями.
В конечном счете, высокочастотный спектр – и необходимость в нём – является основной историей развития 5G. Первые годы 5G может быть ухабистым (у каждой беспроводной технологии был свой неловкий подростковый возраст), но возможности, которые эти инновации предоставляют, огромны.
Благодаря mmWave и улучшениям в спектре низких и средних частот, будущее выглядит более ориентированным на беспроводные данные, чем когда-либо.
Существуют различные определения радиочастотного ресурса. В контексте настоящего обзора таковым будем называть спектр электромагнитных колебаний, в котором возможно присутствие и прием радиотехническими средствами искусственных и/или естественных радиосигналов. При таком определении диапазон радиочастотного ресурса начинается с частот в доли герца и заканчивается частотами в сотни гигагерц у нижней границы спектра дальнего инфракрасного излучения.
Анализ структуры радиочастотного ресурса предполагает два уровня:
- физический, на котором описываются физические характеристики радиозлучения в тех или иных участках радиочастотного спектра и, соответственно, оценивается пригодность этих участков для тех или иных видов связи;
- прикладной, на котором описывается административное деление радиочастотного ресурса на участки, разрешенные для использования для тех или иных целей и видов связи с учетом географического расположения и принадлежности станций.
На физическом уровне сложилась схема представления структуры радиочастотного спектра в виде совокупности диапазонов, в пределах которых длина волны изменяется в 10 раз, от 1 до 10 единиц стандартной децимальной размерной шкалы - миллиметров, сантиметров, дециметров, метров, декаметров и т.д. Такая схема интуитивно понятна и удобна во многих смыслах. Шкала диапазонов полного радиочастотного спектра при этом имеет десятичный логарифимический масштаб. Данная схема является основной в научно-технических публикациях, а также принята в регламенте ITU и во многих национальных стандартах, в т.ч. в ГОСТ 24375-80 «Радиосвязь. Термины и определения».
Примечание. Распределение радиочастотного спектра пользователям начинается с определенной нижней границы, которая обычно выше нижней границы полного спектра (по регламенту ITU с 8,3 кГц), поэтому полный радиочастотный спектр можно поделить на два больших участка - распределяемые и нераспределяемые для использования диапазоны. Такое дополнительное деление в целом отражает пригодность и востребованность радиочастотного ресурса для целей, связанных с использованием радиопередающих устройств и их возможным влиянием на радиослужбы, исследующие естественные радиосигналы. Однако при этом необходимо уитывать особенности национальных регламентов. Например, в РФ и в США диапазон сверхдлинных волн ELF/СНЧ, не распределяемый регламентом ITU, освоен и используется для связи с подводными лодками, а также для геофизических исследований.
Кроме данной схемы существует много других схем деления. Наиболее известной и востребованной из них является схема деления по частотам с буквенными обозначениями диапазонов, определенная стандартом IEEE 521-2002 и ограниченная только гигагерцовым участком спектра. Она была разработана только для радаров, но впоследствии была заимствована с некоторыми отступлениями для спутниковой связи и ряда других систем, в т.ч. для систем, не относящихся к радиослужбам. Эта схема широко используется в публикациях по технике сверхвысоких частот и является основной в технике спутниковой связи гигагерцового участка радиоспектра.
Рис.1.1. Деление радиочастотного спектра
В практике использования радиочастотного спектра потребителями сложилась схема его административного деления по службам - группам потребителей, объединенных общими свойствами сферы присутствия (суша, море, воздух, космос), мобильности и назначения, в т.ч. с учетом использования или неиспользования ими спутниковых средств связи. Распределение спектра по службам может корректироваться и уточняться в зависимости от района, страны, вида связи, вида модуляции, технических средств и систем и др. Кроме того, в рамках деления по службам и районам исторически сложилась отдельная схема нумерации и распределения частот диапазонов ЧМ радиовещания - телевизионного и звукового.
2.5.1. ДИАПАЗОН МЕТРОВЫХ ВОЛН VHF/ОВЧ
1.4. ДЕЛЕНИЕ НА ДИАПАЗОНЫ ПО СЛУЖБАМ
Перечень служб радиочастотного спектра регламентирован разделом III статьи 1 части первой Регламента Радиосвязи ITU (см. таблицу 1-3).
для перехода к описанию нужной службы кликните по соответствующей строке таблицы
Примечание. Служба безопасности и специальная служба не являются самостоятельными службами. К этим категориям может быть отнесена любая служба, удовлетворяющая определенных критериям (см. соответствующие определения в главе 4).
Распределения радиочастотного спектра для использования службами регламентировано Разделом IV Статьи 5 Части первой Регламента Радиосвязи ITU и имеет вид таблицы с примечаниями.
Рис.1.2. Таблица распределения частот регламента ITU
Распределение конкретных частот может осуществляться как в глобальном масштабе, так и в региональном масштабе, с учетом особенностей районов, на которые разделена вся территория земной поверхности (см. рис. 1.3). В первом случае графа распределения охватывает все три столбца, во втором - один или два.
Распределение также может уточняться с учетом конкретных стран, служб, технических параметров связи и требований по электромагнитной совместимости с другим службами, в т.ч. других стран и районов, а также с учетом особых географических зон, например, тропической, которые могут иметь определенные особенности распространения радиоволн. Соответствующие оговорки выносятся в примечания, номера которых указываются либо в соответствующих графах таблицы, либо рядом с названиями соответствующи служб.
Рис.1.1. Карта районов ITU
Как было сказано выше, исторически сложилась практика деления на диапазоны частот телевизионного и ЧМ звукового радиовещания с обозначением их римскими цифрами (см. таблицу 1-4).
обозначение | диапазон частот, МГц | ||
район 1 | район 2 | район 3 | |
I | 47 - 68 | 54 - 68 | 47 - 68 |
II | 87,5 - 108 | 88 - 108 | 87 - 108 |
III | 174 - 230 | 176 - 216 | 174 - 230 |
IV | 470 - 582 | 470 - 582 | 470 - 582 |
V | 582 - 960 | 582 - 890 | 582 - 960 |
Примечание. Данная схема деления не включает отечественный диапазон УКВ ЧМ радиовещания 65,9 - 74 МГц.
Более подробно об особенностях регламента ITU, а также о национальных регламентах и регламентах отдельных служб см. в других главах настоящего обзора.
Важность миллиметровой волны
Миллиметровая волна имеет в своем названии указание на небольшой размер её длин волн, которые варьируются от 10 миллиметров до 1 миллиметра. Это чрезвычайно эффективный диапазон спектра с большой пропускной способностью, но он также очень чувствителен к внешним преградам – будь то стены, деревья или даже просто дождь.
В то время как низкочастотные антенны хороши для охвата областей до нескольких километров – будь то большие участки города, жилые районы или сельские просторы – миллиметровая волна (или ммВт) имеет больше смысла для небольших целевых развертываний, таких как внутри бейсбольного стадиона или для фиксированной беспроводной связи в определенной области.
Фиксированная беспроводная связь или использование беспроводной связи для замены проводного интернета – это один из первых вариантов использования, которые большинство операторов пытаются использовать с 5G.
В дополнение к более широкой полосе пропускания, одна из самых интересных составляющих миллиметровой волны как для телекоммуникационных компаний, так и для потребителей – это возможность расширения каналов, что также помогает обеспечить значительные преимущества в скорости.
Подумайте об этом так: вместо того, чтобы иметь несколько узких дорог от фабрики к покупателю, разве не было бы более эффективно иметь большую автостраду? До 5G многие в отрасли скептически относились к тому, что такой привередливый спектр можно коммерчески использовать эффективным способом. Тем не менее, с помощью таких методов, как формирование луча, инженеры и ученые, работающие над 5G, сделали это возможным.
1.3. ДЕЛЕНИЕ НА ДИАПАЗОНЫ ПО ЧАСТОТАМ С 1 ГГц
Деление радиочастотного спектра по частотам от 1 ГГц и выше было введено в 1976 году стандартом Института Инженеров Электротехники и Электроники за номером IEEE-521, получившим название IEEE Standard Letter Designations for Radar-Frequency Bands. Основой для него послужила система буквенных шифров для диапазонов работы радиолокаторов, используемая в США в годы Второй Мировой войны в целях засекречивания частот. В 1984 году вышла следующая редакция данного стандарта, расширившая перечень диапазонов в верхнюю часть радиоспектра, а в 2002 году вышла окончательная редакция IEEE 521-2002, в которой было учтено распределение частот по районам регламента ITU.
Стандарт установил границы и обозначенияния полос частот только для радиолокации. Впоследствии аналогичные буквенные обозначения стали широко использоваться многими авторами и для спутниковых систем радиосвязи, тем самым расширив по умолчанию сферу их применения. Однако по ряду технических и организационных причин, в т.ч. связанных с регулированием частотного спектра регламентом ITU, границы спутниковых диапазонов оказались смещены относительно радарных диапазонов, что необходимо учитывать. Это же относится и к диапазонам других служб и систем, для которых используются аналогичные буквенные обозначения.
Соответствие обозначений IEEE 521-2002 интервалам частот, диапазонам регламента ITU для службы радиолокации, наименованиям спутниковых диапазонов по средней частоте и диапазонам регламента ITU для спутниковых служб приведено в таблице 1-2.
все значения частот в гигагерцах
буква | радары | спутники | ||
интервал | границы по ITU-R | наименование | границы по ITU-R | |
L | 1 - 2 | 1,215 - 1,400 | диапазон 1,5 ГГц | 1,525 - 1,710 |
S | 2 - 4 | 2,300 - 2,500 2,700 - 3,400 | диапазон 2,5 ГГц | 2,500 - 2,690 |
C | 4 - 8 | 5,250 - 5,850 | диапазон 4/6 ГГц | 3.400 - 4.200 4.500 - 4.800 5.850 - 7.075 |
X | 8 - 12 | 8,500 - 10,500 | - | - |
Ku | 12 - 18 | 13.400 - 14.000 15.300 - 17.300 | диапазон 11/14 ГГц диапазон 12/14 ГГц | 10.700 - 13.250 14.000 - 14.500 |
K | 18 - 27 | 24,050 - 24,350 | диапазон 20 ГГц | 17,700 - 20,200 |
Ka | 27 - 40 | 33,400 - 36,000 | диапазон 30 ГГц | 27,500 - 30,000 |
V | 40 - 75 | - | диапазон 40 ГГц | 37.500 - 42.500 47.200 - 50.200 |
W | 75 - 110 | - | - | - |
mm | свыше 110 | - | - | - |
1. Таблица 1-2 для диапазонов с L по V включительно, в т.ч. в части диапазонов спутниковой связи, цитируется по рекомендациям ITU-R V.431-8. В данных рекомендация констатируется, что абсолютного соответствия между буквами и диапазонами, для которых они используются, нет, поэтому рекомендуется буквенное обозначение сопровождать указанием частот.
2. Диапазоны W (75 - 110 ГГц) и mm (свыше 110 ГГц) в стандарте IEEE и в рекомендациях ITU-R V.431-8 не предусмотрены, являются нововведением, используемым в ряде источников.
3. Происхождение буквенных обозначений, а также обоснование шкалы деления в настоящем обзоре не рассматривается, т.к. выходит за рамки его задач и требует углубленного рассмотрения особенностей распространения радиоволн сантиметрового и миллиметрового диапазонов.
Частота 300 - 3000 ГГц, длина волны 0,1 - 1 мм
Внимание! Данный диапазон, особенно в русскоязычных источниках, часто называется диапазоном субмиллиметровых волн.
Как уже отмечалось в главе 1, децимиллиметровое радиоизлучение фактически лежит в нижнем участке спектра дальнего инфракрасного излучения, поэтому отнесение его к радиочастотному ресурсу сомнительно. Тем не менее в регламенте ITU интервал частот от 300 до 3000 ГГц присутствует, хотя и не распределен.
Для приема и генерации децимиллиметровых сигналов классические радиотехнические принципы по большей части малоприменимы, как малоприменимы по большей части и классические оптические решения. Поэтому элементная база здесь весьма экзотична - лампы обратной волны, гиро- и оротроны, сегнетоэлектрики, болометры, ячейки Голея, диоды Ганна, квантовые каскадные лазеры, полупроводниковые наноструктуры и т.п.
В настоящее время этот диапазон находится в стадии фундаментальных исследований и опытно-экспериментальных разработок, поэтому подробно и объективно говорить о его возможностях и проблематике, а также о представленных в нем службах не приходится. Однако ему предсказывают большое будущее в области систем технического зрения, в т.ч. в области разнообразных систем идентификации, опознавания, охраны, безопасности, сканирования и т.д. Это связано с возможностью получения изображений наблюдаемых объектов с высоким разрешением, сравнимым с разрешением инфракрасных систем, но при этом еще и с возможностью видеть через определенные препятствия, непрозрачные для оптического излучения, например, через пластиковые панели и оболочки, перегородки из керамики (т.е. из кирпича!), через биологические ткани и др.
Несмотря на преимущественно исследовательскую стадию освоения децимиллиметров есть и определенные практические результаты, например, в части использования этого диапазона в астрономии, спектроскопии, сканировании багажа и пассажиров на предмет обнаружения запрещенных к провозу предметов и др.
Рис.2.13. Схема лампы обратной волны для генерации децимиллиметровых колебаний
Если у тебя остались какие-то вопросы или есть интересные идеи, пожалуйста, напиши их в комментарии. Их обработают, ответят, а статью обновят, чтобы у следующих читателей точно все классно получилось с первого раза!
Что такое ширина?
Если очень коротко, ширина канала – это пропускная способность канала.
Но круче самого слова «ширина» здесь и не подберешь. Немного теории. Весь частотный диапазон около частот 2,4 ГГц и 5 ГГц, используемых в Wi-Fi, делится на каналы – небольшие полосы частот, чтобы можно было в рамках одной частоты уместить очень много устройств без сильного влияния друг на друга. В том же 2,4 ГГц их выделено стандартом 13 штук:
Видите эти дуги шириной в 22 МГц? Это и есть ширина канала. При этом обратите внимание, как пересекаются каналы между собой. Так и в жизни, Wi-Fi соседей в нашем доме как-то влияет и на нашу сеть, а в самом худшем случае могут возникнуть такие помехи, что скорость сети провалится просто в дно. Поэтому тема с выбором каналов и переездом в 5 ГГц (где общая ширина и количество каналов больше) становится все актуальнее в последнее время.
Но оказывается, что можно установить ширину в 40 МГц. Т.е. разница будет в том – что канал захватит больше места. Что от этого изменится? Изменится его полоса пропускания. На пальцах – есть проселочная грунтовая дорога. Едет по ней трактор, а все остальные будьте добры провалиться в кювет, т.к. места нет. А есть МКАД – полос больше, в общем машин пропускает больше, но тоже иногда стоит. А теперь представьте, что на МКАДе все снести и проложить там грунтовку…
Частота 300 - 3000 кГц, длина волны 100 - 1000 м.
Распространение радиоволн этого диапазона, в отличие от диапазонов сверхдлинных и длинных волн, уже в значительной степени зависит от состояния ионосферы. В дневные часы радиосигнал распространяется, преимущественно, поверхностной волной, однако на меньшие, чем в ДВ диапазоне, расстояния (до 600 - 1000 км), что обусловено бОльшим поглощением сигнала землей и слоем D ионосферы. С заходом солнца дальность связи существенно увеличивается за счет повышения прозрачности ионосферного слоя D и отражения волн от слоя E, однако при этом появляются замирания (фединги) сигнала, что обусловлено интерференцией в точке приема поверхностной и отраженной радиоволн.
Габариты передающих антенн в этом диапазоне уже таковы, что они могут размещаться на морских судах, в связи с чем этот диапазон ранее широко использовался для связи на море телеграфом, а частота 500 кГц использовалась для передачи сигнала бедствия SOS. В настоящее время диапазон по-прежнему востребован морской подвижной службой. В частности, на частотах 490 и 518 кГц работает навигационно-метеорологическая система NAVTEX, входящая в состав глобальной морской системы связи при бедствии ГМСББ, а частоты 495 - 505 кГц сохранены для работы только телеграфом. Современные морские радиостанции охватывают диапазон средних волн, начиная с частоты 1605 кГц.
ВНИМАНИЕ! Участок средних волн от 1605 кГц и выше в современной отечественной терминологии применительно к морской радиосвязи именуется диапазоном промежуточных волн - ПВ.
Рис.2.7. Морская судовая радиостанция SAILOR диапазона MF/HF (1605 кГц - 30 МГц) и радиоприемник системы NAVTEX (490/518 кГц)
Диапазон также востребован службами радионавигации, службой эталонных частот и сигналов времени (частота 2500 кГц), службами фиксированной сухопутной связи. Особое значение он имеет для радиовещания, т.к. при существенно меньших, по сравнению с диапазоном ДВ, затратах на передающий комплекс он обеспечивает достаточно большую зону покрытия, а в ночное время - зону покрытия, которая даже может превышать зону покрытия длинноволнового радиовещания. В этом диапазоне также выделены две полосы частот радиолюбителям - диапазоны 600 (в РФ не разрешен) и 180 метров.
2.5. ДИАПАЗОНЫ УЛЬТРАКОРОТКИХ ВОЛН
В отечественной теории и практике радиоволны с длиной волны менее 10 метров относят к ультракоротким. Их особенностью является то, что они обладают малой дифракцией, т.е. не могут огибать земную поверхность, и проходят, не отражаясь, сквозь ионосферу, уходя в космическое пространство. По этим причинам УКВ радиоволны распространяются в пределах прямой видимости, за исключением некоторых особых случаев, характерных для низкочастотной области и связанных с рассеянием на неоднородностях тропосферы, а также отражением от метеорных следов, от спорадического ионосферного слоя Es при его образовании и от ионосферных областей полярных сияний.
Несмотря на общие особенности ультракоротких волн, каждый их диапазон имеет свои характерные особенности, связанные в т.ч. с их поглощением атмосферой, пропускной способностью радиочастотного спектра и ограничениями технической реализации приемо-передающих средств.
Что нужно установить?
Сначала хотелось бы разобраться с практическим вопросом, а вся теория уже будет ниже, дабы не напрягать читателей, ищущих лучший вариант пеленками текста. Итак, вот основные значения на роутерах 2,4 ГГц:
- 20/40 Мгц (Авто) – рекомендуется установить, если нет никаких проблем.
- 20 МГц – рекомендуется попробовать при подозрении на общие помехи от соседей и плохую работу Wi-Fi.
- 40 МГц – особый случай, если роутер не слушается. Лучше попробовать с Авто.
На новых 5 ГГц роутерах появился еще один режим: 20/40/80 МГц. Использование аналогично.
Чистые режимы вроде 40 МГц не рекомендованы стандартами IEEE 802.11n, т.к. могут вызвать несовместимость старых устройств. Именно поэтому на роутерах иногда присутствуют всего 2 режима – 20 MHz и Авто.
Частота 300 - 3000 МГц, длина волны 1 - 10 дм.
Радиоволны дециметрового диапазона точно так же, как метровые волны, практически не ослабляются атмосферой (за исключением частоты 2,45 ГГц, на которой происходит их поглощение атмосферной водой), но при этом габариты антенн уменьшаются настолько, что становится возможным их конструктивное объединение с персональной приемо-передающей аппаратурой. Высокочастотные резонансные цепи в этом диапазоне имеют малые размеры, в т.ч. реализуются в виде полосковых линий на печатных платах, что позволяет снизить габариты высокочастотных трактов. По указанным причинам диапазон широко востребован для целей мобильной персональной радиосвязи, радиотелеметрии и радиоуправления, для чего в нем выделены несколько полос безлицензионных частот для маломощных радиостанций категорий LPD и PMR. Здесь также располагаются диапазоны 900 МГц и 1800 МГц сетей сотовой связи GSM, а до недавнего времени располагались и диапазоны 450/800 МГц сетей сотовой связи CDMA. Кроме того, в этом диапазоне расположены дециметровые телевизионные канал с 21 по 69 (в РФ с 21 по 60), а также два диапазона любительской, в т.ч. спутниковой связи - 430-440 МГц (70 см) и 1260-1300 МГц (23 см).
Многочисленные спутниковые системы, в т.ч. навигационные системы GPS и ГЛОНАСС, спутниковая система морской связи INMARSAT и др. также интенсивно используют ДМВ диапазон, в частности, спутниковые диапазоны L и S таблицы 1 - 2). Кроме того, здесь широко представленый цифровые радиосети и радиоинтерфейсы - WiFi, BlueTooth, Z-Wave, Zig-Bee и др., в т.ч. используемые в системах Умный Дом, а также радиорелейные линии.
Надо также отметить, что габариты антенн диапазона ДМВ позволяют строить из них компактные фазированные антенные решетки с управляемой диаграммой направленности для РЛС подвижных сухопутных и морских объектов, например, для мобильных систем ПВО.
Особо следует отметить, что на указанной выше единственной частоте поглощения атмосферой волн данного диапазона (2,45 ГГц - нижняя частота спектра поглощения воды) работают бытовые СВЧ печи.
Рис.2.10. Корабельный комплект морской спутниковой связи INMARSAT (слева) и мобильная РЛС ПВО с фазированной антенной решеткой ДМВ диапазона (справа)
В чем разница между 2,4 ГГц и 5 ГГц
Эти цифры относятся к двум различным «полосам» частот, которые ваша сеть Wi-Fi может использовать для передачи своего сигнала. Самая большая разница между ними – скорость. В идеальных условиях Wi-Fi 2,4 ГГц поддерживает до 450 Мбит/с или 600 Мбит/с, в зависимости от класса маршрутизатора. 5 ГГц Wi-Fi поддерживает до 1300 Мбит/с.
Конечно, здесь есть некоторые оговорки. Во-первых, максимальная скорость, которую вы можете увидеть, также зависит от того, какой стандарт поддерживает беспроводной маршрутизатор – 802.11b, 802.11g, 802.11n или 802.11ac.
Второе большое предостережение – это важная фраза, которую мы упоминали: «идеальные условия».
- Полоса 2,4 ГГц – довольно «многолюдное место», потому что она используется не только сетями Wi-Fi. Старые беспроводные телефоны, открыватели гаражных ворот, детские мониторы и другие устройства, как правило, используют полосу 2,4 ГГц. Более длинные волны, используемые полосой 2,4 ГГц, лучше подходят для более длинных диапазонов и передачи через стены и твердые объекты. Так что, возможно, лучше использовать её, если вам нужно больший охват устройств или у вас много стен и других объектов в тех областях, где вам нужен доступ к сети. Однако, поскольку так много устройств используют диапазон 2,4 ГГц, возникающая перегрузка может привести к отключению соединений и более медленной, чем ожидалось, скорости.
- Диапазон 5 ГГц менее перегружен, это означает, что вы получите более стабильное соединение. Вы также увидите более высокие скорости. С другой стороны, более короткие волны, используемые полосой 5 ГГц, делают ее менее способной к проникновению сквозь стены и твердые объекты. Она также имеет более короткий эффективный диапазон, чем 2,4 ГГц. Конечно, вы также можете расширить сеть за счет усилителей сигнала, но это будет означать большие инвестиции.
Выбор между 2,4 или 5 ГГц на моих устройствах
Если ваше устройство поддерживает проводное Ethernet-соединение, и у Вас нет проблем с подключением кабеля к устройству, мы настоятельно рекомендуем использовать проводное соединение вместо беспроводной сети. Проводные соединения обеспечивают более низкую задержку, отсутствие отключения соединений из-за помех и просто более быстрые скорости, чем в случае беспроводного соединения.
Тем не менее, мы здесь, чтобы поговорить о беспроводной связи. Если вы в настоящее время используете Wi-Fi 2,4 ГГц и задаетесь вопросом, нужно ли вам обновляться до 5 ГГц, – это действительно то, что вам нужно сделать. Если вы часто сталкиваетесь с обрывом соединения или вам нужна больше скорости для просмотра видео или игр, вам, вероятно, нужно перейти на 5 ГГц. В сети с частотой 2,4 ГГц вы сможете такую скорость только в идеальных условиях.
Если вы живете в переполненном жилом комплексе с десятками беспроводных маршрутизаторов, детских мониторов и других устройств с диапазоном 2,4 ГГц, то вам обязательно нужно переходить на 5 Ггц.
Если вы уже используете двух- или трёхдиапазонный маршрутизатор, вам нужно будет принять некоторые решения относительно способа подключения ваших устройств. Заманчиво просто использовать 5 ГГц Wi-Fi для любого устройства, которое его поддерживает, и использовать 2,4 ГГц для остальных – вы можете это сделать, но это не всегда лучшая стратегия.
Вместо этого подумайте о том, как вы используете каждое устройство. Если устройство поддерживает только 2,4 ГГц, ваше решение уже принято. Если устройство поддерживает оба варианта, подумайте, действительно ли вам нужно использовать 5 ГГц. Требуется ли этому устройству более высокая скорость или вы только проверяете электронную почту и просматриваете интернет? Испытывает ли устройство сбои соединения в сети 2,4 ГГц, и вам нужно, чтобы оно было более надежным?
Короче говоря, мы рекомендуем использовать 2,4 ГГц, если устройство не имеет конкретной потребности в диапазоне 5 ГГц. Это поможет устройствам с низким уровнем использования конкурировать на частоте 5 ГГц и, в свою очередь, вы избежите перегрузки сети.
Надеюсь, это даст вам информацию, необходимую для принятия решения о том, нужен ли вам Wi-Fi на 5 ГГц в вашей жизни и как лучше всего его использовать. Также имейте в виду, что независимо от того, что вы выберете, вы также должны потратить время на оптимизацию своих беспроводных сигналов, выбрав соответствующий канал на своём маршрутизаторе. Вы можете быть удивлены различием, которое может внести небольшое изменение.
Если вы следите за новостями о беспроводных технологиях следующего поколения, в частности, 5G, то вы обязательно встретите такие термины, как «нижний диапазон», «средний диапазон» и «миллиметровая волна». Но что, на самом деле, означают эти термины? Ответ может дать обзор того, как работает 5G, поэтому в этом руководстве мы разберем типы 5G.
Читайте также: