От чего зависит направление распространения электромагнитной волны компьютерные сети
Общие свойства радиоволн. Распространение радиоволн в свободном пространстве зависит от свойств поверхности Земли и свойств атмосферы. Условия распространения радиоволн вдоль поверхности Земли в значительной мере зависят от рельефа местности, электрических параметров земной поверхности и длины волны. Радиоволнам, как и другим волнам, свойственна дифракция, т.е. явление огибания волнами препятствий. Наиболее сильно дифракция сказывается в случае, когда геометрические размеры препятствий соизмеримы с длиной волны. Радиоволны, распространяющиеся у поверхности Земли и частично за счет дифракции огибающие выпуклость земного шара, называются земными, или поверхностными, радиоволнами.
Атмосферу Земли нельзя считать однородной средой. Давление, плотность, влажность, диэлектрическая проницаемость и другие параметры в разных объемах воздушного слоя имеют различные значения. По этим причинам скорости распространения в различных объемах неодинаковы и зависят от длины волны. Траектория радиоволн в атмосфере искривляется. Явление искривления или преломления радиоволн при распространении их в неоднородной среде получило название рефракции.
Радиоволны, распространяющиеся на большой высоте в атмосфере и возвращающиеся на Землю вследствие искривления траектории, рассеяния или отражения от атмосферных неоднородностей, называются пространственными, или ионосферными. В точку приема могут приходить как пространственная, так и земная волны от одного и того же источника. Если фазы колебаний этих волн совпадают, то амплитуда суммарного поля возрастает, и наоборот, - при сдвиге фазы волн на 180° суммарное поле ослабляется и может стать равным нулю. Указанное явление называется интерференцией.
Влияние Земли и атмосферы на распространение радиоволн. Атмосферой называется газообразная оболочка Земли, простирающаяся на высоту более 1000 км. С точки зрения распространения радиоволн атмосферу Земли разделяют на три области, обладающие определенными отражающими и поглощающими свойствами: тропосферу (простирающуюся от поверхности Земли до высоты 10. 15 км); стратосферу (ограниченную снизу тропосферой, а сверху высотой примерно 60. 80 км) и ионосферу (лежащую за пределами стратосферы вплоть до высот 15. 20 тыс. км), представляющую ионизированный воздушный слой малой плотности над стратосферой и переходящий затем в радиационные пояса Земли.
Под влиянием лучей Солнца, космических лучей и других факторов воздух ионизируется, т.е. часть атомов газов, входящих в состав воздуха, распадается на свободные электроны и положительные ионы. Ионизированный воздух оказывает сильное влияние на распространение радиоволн.
Как известно, воздух не вызывает ослабления радиоволн практически во всех диапазонах частот и, казалось бы, поэтому земная волна должна распространяться без поглощения. Однако это верно лишь в том случае, если земная волна проходит высоко над поверхностью Земли. Если же радиоволны проходят вблизи от поверхности Земли, то часть энергии волны отклоняется в землю. Происходит это потому, что скорость распространения радиоволн в земле меньше, чем в воздухе, и при движении их вдоль поверхности Земли нижний край волны отстает от верхнего, фронт волны наклоняется и помимо движения вдоль поверхности Земли происходит ее распространение сверху вниз.
Если бы поверхностный слой Земли был идеально проводящим, радиоволны отражались бы от него без потерь, т.е. поверхностный слой Земли в этом случае был бы экраном, препятствующим прохождению волн в глубь почвы. В реальных условиях поверхностный слой Земли не является ни идеальным проводником, ни идеальным изолятором. Радиоволны, попавшие в этот слой, возбуждают в нем переменные электрические токи, которые часть своей энергии расходуют на нагрев почвы. Величина потерь энергии в поверхностном слое Земли сильно зависит от частоты радиоволн и сопротивления почвы электрическому току. В почве с увеличением частоты радиоволн величина индицируемой ЭДС возрастает и соответственно увеличиваются токи поверхностного слоя Земли, которые создают электромагнитное поле обратного направления. Поэтому дальность распространения поверхностных волн очень быстро уменьшается с увеличением частоты.
При уменьшении проводимости грунта радиоволны глубже проникают в почву и, следовательно, возрастает их поглощение. Кроме того, с ростом частоты ухудшаются условия огибания (дифракции) радиоволнами препятствий.
Для построения многоканальных радиосистем передачи и систем подвижной радиосвязи в основном используются ультракороткие волны (УКВ) или радиоволны очень высоких (ОВЧ) и ультравысоких (УВЧ) частот, а также радиоволны сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких (КВЧ) частот (см. табл. 1).
Этот диапазон радиоволн является наиболее широко используемым участком радиодиапазона. Большая частотная емкость этого диапазона и ограниченный пределами прямой видимости радиус действия позволяют разместить большое число одновременно работающих станций и осуществлять передачу информации в широкой полосе частот. Этот участок радиодиапазона позволяет одновременно передавать большое число телевизионных программ, организовать тысячи телефонных каналов аналоговых и цифровых систем передачи. Диапазон широко используется для радиолокации, радионавигации, связи с искусственными спутниками Земли. Диапазоны ОВЧ и УВЧ широко используются в основном для телевидения, радиовещания и радиосвязи с подвижными объектами. Диапазоны СВЧ и КВЧ отведены для различных видов многоканальной связи.
Распространение ультракоротких волн. Радиоволны этого диапазона распространяются в основном по прямолинейным траекториям, и для них практически не свойственна дифракция, они слабо отражаются от тропосферы, не испытывают регулярных отражений от ионосферы, уходя в космическое пространство.
Радиус действия систем передачи, работающих в этих диапазонах, ограничен в основном пределами прямой (оптической) видимости между передающей и приемной антеннами.
Незначительная дифракция радиоволн (огибание сферической поверхности Земли у горизонта) и слабая рефракция (отклонение направления распространения радиоволн от прямолинейного) в нижних слоях тропосферы несколько увеличивают расстояние радиовидимости (примерно на 15 %), которое рассчитывается по формуле
Таким образом, если высота подвеса антенн h1 = h2 = 25 м, то расстояние радиовидимости составит 41,2 км. Для осуществления связи на большие расстояния необходимо между пунктами А и Б устанавливать промежуточные станции (или ретрансляторы) либо поднимать антенны на большие высоты. Первый принцип используется в радиорелейных системах передачи, где станции располагаются на расстоянии 50. 70 км. Для увеличения зоны обслуживания телевизионного вещания используются антенны, расположенные на башнях большой высоты.
Связь в пределах радиовидимости характеризуется возможностью одновременного прихода в точку приема не только прямой волны, но и волны, отраженной от земной поверхности (рис.8). Рисунок построен в предположении, что расстояние между антеннами не превышает R 0,2R0, ( R0 – радиус Земли), когда сферичностью поверхности Земли можно пренебречь и считать ее плоской.
Как следует из рис.8, в точке А на высоте h1 над Землей расположена передающая антенна, а в точке Б на высоте h2 - приемная. Расстояние между антеннами равно R.
Рисунок 9. Двулучевая модель распространения радиоволн
В точку Б приходят две волны: прямая (1) и отраженная от земной поверхности в точке С (2). В точке приема имеет место явление интерференции прямой и отраженной волн. Фазовый сдвиг между прямой и отраженной волнами равен
где к уже известным обозначениям добавились новые: λ - длина радиоволны и φс - фазовый сдвиг при отражении волны от земной поверхности в точке С.
При изменении любой из величин h1, h2 или R, определяющих разность хода прямой (1) и отраженной (2) волн, изменяются условия их интерференции, и напряженность поля приемной антенны будет иметь резко осциллирующий характер, при котором имеют место интерференционные максимумы и минимумы.
Интерференционные максимумы появляются при условии, что прямая и отраженная волны приходят в точку приема с одинаковыми фазами, т.е.
и, следовательно, происходит как бы усиление напряженности поля в точке приема.
Если прямая и отраженная волны приходят в точку приема в противофазе, т.е.
то имеют место интерференционные минимумы и, следовательно, происходит ослабление напряженности поля в точке приема.
Если расстояние между передающей и приемной антеннами R > 0,2 R0, то следует учитывать сферичность земной поверхности. Она проявляется в уменьшении разности хода прямой и отраженной волн, а также в расходимости отраженной волны.
Для учета влияния сферичности на разность хода вместо истинных высот антенн h1 и hг вводятся приведенные высоты, определяемые как высоты антенн над плоскостью, касательной к поверхности Земли в точке отражения С.
Расходимость волны при отражении ее от сферической поверхности проявляется в увеличении телесного угла отраженной волны по сравнению с телесным углом падающей волны. При этом плотность потока мощности отраженной волны уменьшается по сравнению со случаем отражения волны от плоской поверхности.
Интерференционные явления могут быть сведены до минимума оптимальным подбором высот антенн, расстояний между ними и длиной волны.
Основная часть энергии электромагнитной волны сосредоточена в эллипсоиде вращения, осью которого является прямая, соединяющая приёмную и передающую антенны. Данная область называется первой зоной Френеля и представлена на рисунке 1. Выделяют несколько зон Френеля, образующих в разрезе концентрические окружности разного диаметра. Далее, по умолчанию, будет рассматриваться только первая зона Френеля, поскольку в ней сосредоточена большая часть энергии сигнала. Как правило, перекрытие зоны Френеля сторонними объектами на 20-40% не является существенной преградой для распространение волны, однако необходимо стремиться к минимизации её перекрытия .
Рисунок 1 - Зона Френеля
При расчёте первой зоны Френеля руководствуются понятием её радиуса , зная который, можно определить наличие в зоне Френеля препятствий:
Величина радиуса зоны Френеля в произвольной точке рассчитывается по формуле:
- D1 − расстояние от передатчика до точки измерения,
- D2 − расстояние от приёмника до точки измерения,
- R − радиус зоны Френеля,
- λ − длина волны.
В соответствии с перекрытием зоны Френеля, выделяют три случая:
- прямая видимость (LOS) - ситуация, когда перекрытие зоны Френеля не превышает 40%, представлена на рисунке 1;
- ограниченная видимость (nLOS) - ситуация, когда сторонние объекты перекрывают зону Френеля на 40-60%, представлена на рисунке 2;
- отсутствие прямой видимости (NLOS) - ситуация, когда сторонние объекты перекрывают зону Френеля более, чем на 60%, представлена на рисунке 3.
Поскольку в условиях nLOS часть сигнала из-за физических преград не будет достигать приёмной стороны, то уровень принимаемого сигнала будет ниже, чем при LOS. Таким образом, nLOS накладывает ограничения на максимальную дистанцию беспроводного канала связи в сравнении с распространением сигнала в условиях прямой видимости. Кроме того, как будет показано в следующих уроках (см. урок "Аналоговые и цифровые сигналы. Модуляция"), уровень сигнала косвенно влияет на используемую схему манипуляции и скорость передачи данных. Построение канала связи в условиях NLOS возможно с использованием таких эффектов распространения волн, как отражение, рассеяние и дифракция, которые сильно снижают уровень энергии сигнала на приёмной стороне. Отсюда следует, что при проектировании и дальнейшей реализации проектов с использованием беспроводных каналов связи необходимо стремиться к условиям прямой видимости LOS.
Оборудование применяемое для передачи радиоволн, способы увеличения дальности
Радиосвязь – быстрый и относительно надежный способ передачи данных на большие расстояния. При этом нет необходимости в использовании физического носителя, например проводов.
Свойства волн разной длины напрямую влияют на их применение для обеспечения радиосвязи. Кроме того, на качество передачи информации с их помощью влияют следующие факторы:
- Высота приемной и передающей антенн;
- Рельеф поверхности;
- Солнечная активность, метеоусловия, время суток.
Процесс приема-передачи информации с помощью радиоволн состоит из следующих основных этапов:
- формирование сигнала;
- выделение несущей частоты;
- связывание передаваемой информации с несущей частотой (модуляция);
- трансформация сигнала в дискретный вид, его кодирование (для цифровых систем);
- передача в радиоэфир с помощью антенны;
- прием сигнала;
- декодировка и демодуляция;
- преобразование сигнала в форму понятную абоненту.
Чтобы реализовать обмен информации необходимо чтобы у принимающей и передающей стороны в наличии было следующее оборудование:
- Передатчик;
- Антенна;
- Ретрансляционное устройство – позволяет увеличить дальность передачи сигнала;
- Принимающее устройство;
- Оборудование модуляции-демодуляции, сжатия, оцифровки и кодирования;
- Фильтры помех, усилители.
Две простейшие радиостанции, как правило, могут обмениваться информацией на очень небольших расстояниях. Чтобы значительно увеличить зону покрытия, необходимо использовать один из следующих методов:
- сеть ретрансляторов, установленных на поверхности планеты;
- орбитальные спутники;
- системы передвижной радиосвязи.
Применяется несколько способов радиосвязи, для каждого из которых используется специфическое оборудование. Три наиболее распространенных вида:
- Сотовая связь;
- Радиорелейная связь;
- Спутниковая связь.
Спутниковая связь
Данный вид – это следующий этап развития радиорелейной связи. Вместо наземной коммуникационной сети используются спутники, расположенные на околоземных орбитах. Радиосигнал сигнал передается со специализированной станции, находящейся на поверхности планеты на космический аппарат. Здесь он обрабатывается, усиливается и отправляется либо на принимающую наземную станцию, либо на другой спутник, находящийся в радиусе действия. Главным достоинством данного вида связи является возможность передавать информацию в любую точку планеты – независимо от ее местоположения: на суше, в полярных льдах, посреди океана.
Распространение радиоволн, расстояние и длина волны
Радиоволны распространяются в пространстве различным образом. Способ их движения в первую очередь зависит от их длины. Так, например, волны от 10 км и выше (сверхдлинные – СДВ) без труда огибают наземные препятствия как искусственного, так и естественного происхождения. Они теряют мало энергии в процессе своего распространения и затухают гораздо медленнее, чем волны других длин. По этой причине они могут перемещаться в пространстве на тысячи километров. Также они обладают высокой степенью проникновения в среду, поэтому их широко используют для исследований земной коры для нужд археологии, геологии, инженерного дела. Их применяют для исследования атмосферы планеты. Также с их помощью осуществляют связь с подводными объектами.
Километровые волны также называют «длинные» (ДВ), они составляют 1-10 км и тратят больше энергии при распространении, способны покрывать расстояния до 2000 км. Близкий к ним тип – средние (СВ) от 100 м до 1 км. Они сильнее поглощаются земной поверхностью, поэтому имеют еще меньший диапазон распространения – порядка 1000 км.
Короткие волны (КВ – 10-100 м) распространяются не далее чем на 250 км, однако обладают интересным свойством. Часть их, уходящая под большим углом к горизонту, соприкасаясь с верхними слоями атмосферы (ионосферой) отражается и направляется обратно к поверхности. Затем они снова отражаются, теперь уже от земли и снова направляются вверх. Распространяясь таким образом короткие волны могут несколько раз обойти вокруг планеты. Ионосфера теряет свою отражательную способность в ночное время, поэтому связь на коротких волнах в это время суток будет хуже.
Длина ультракоротких волн (УКВ) составляет от 1 см до 10 м, к ним относятся метровые (МВ), дециметровые (ДМВ), сантиметровые (СМВ). Они успешно преодолевают ионосферу не отражаясь от нее. Они уходят выше и применяются для исследования свойств облаков, наблюдения за птицами, определения координат самолетов. Но так как отсутствует эффект отражения, они не могут огибать планету и радиосвязь с их помощью ограничена расстоянием в 200-300 км. С помощью специальных антенн УКВ собирают в «пучок», усиливают и отправляют в указанном направлении, что широко используется при обеспечении спутниковой связи, а также в радиолокации.
Миллиметровые волны (ММВ) во многом схожи с УКВ, однако для них серьезной помехой служат атмосферные явления, такие как дождь, снег, туман, облака. За счет ММВ обеспечивается работа высокоскоростной радиорелейной связи. Они нашли свое применение в быту, их используют в медицине, они пригодились в радиоастрономии.
Разброс во времени:
В физике дисперсия используется для описания явления, когда несколько волн, излучаемых одним и тем же источником волн, имеют разные характеристики распространения в среде.
Временная дисперсия относится к помехам между прямым сигналом и другими сигналами многолучевого распространения, поступающими в приемник, из-за разницы во времени пространственной передачи. Если передатчик отправляет «1» из-за эффекта многолучевого распространения, приемник сначала принимает данные «1», а затем данные «0». Приемник сбит с толку и не знает, «0» или «1» ., Значит могут быть проблемы с расшифровкой.
Поляризация
Одной из характеристик электромагнитных волн, подобно световым волнам, является поляризация, под которой понимается ориентация вектора напряжённости электрического поля, который перпендикулярен направлению распространения волны и вектору магнитного поля.
Как видно на рисунке 2, выделяют три вида поляризации: линейная вертикальная, линейная горизонтальная и круговая. На иллюстрации отсутствуют частные виды поляризаций: угловая (вектор напряжённости электрического поля направлен под углом 45 градусов) и эллиптическая (конец вектора электрического поля описывает эллипс в плоскости колебаний).
Рисунок 2 - Поляризация электромагнитных волн: а - линейная вертикальная, б - линейная горизонтальная, в - круговая
Важно понимать, что характер поляризации зависит от источника излучения. Приёмник, в свою очередь, для построения эффективных каналов связи, должен быть согласован по поляризации с источником.
Поскольку электрический ток, наводимый волной горизонтальной поляризации в вертикально-установленном вибраторе, будет минимальным из-за рассогласования приёмной и передающей сторон, то волны горизонтальной и вертикальной поляризации не будут оказывать влияния друг на друга. Аналогичный эффект будет наблюдаться при взаимодействии двух волн угловых поляризаций, угол поворота которых отличается на 90°С. Явление слабой интерференции между двумя радиосигналами различной поляризации может быть использовано для увеличения ёмкости системы связи: за счёт одновременной передачи сигнала с вертикальной и горизонтальной поляризациями в одной полосе частот пропускная способность увеличивается в два раза.
Базовые характеристики волны
Поскольку электромагнитная волна формируется в соответствии с переменным током в вибраторе, то распределение напряжённости электрического и магнитного полей будет носить периодический характер, который, как и любое колебание, можно описать с помощью следующих понятий:
- амплитуда;
- длина волны;
- частота;
- фаза.
Для пояснения базовых характеристик электромагнитного колебания, обратимся к рисунку 3, на котором представлено распределение напряженности электрического поля во времени.
Рисунок 3 - График распределения напряжённости поля во времени
Амплитуда - максимальное значение смещения величины напряжённости поля от его среднего значения. Единица измерения - Вольт/метр (В/м).
Частота - количество повторений периодических процессов в единицу времени. Единица измерения - Герц (Гц). На рисунке 2 представлено два полных колебания, произошедших за одну секунду, т.е. частота равна:
Длина волны - расстояние, на которое волна перемещается в течении одного колебания. Единица измерения - метр (м). Данный параметр связан с частотой через скорость распространения электромагнитной волны, которая в свободном пространстве соответствует скорости света:
Для частот 2,4 ГГц и 5 ГГц длины волн соответственно равны:
В общем случае выражение, описывающее колебательный процесс, выглядит следующим образом:
В этой формуле аргумент функции синус называется полной фазой и описывает волновой процесс во времени. Начальная фаза, являющаяся частью полной фазы, определяет начальное состояние колебательного процесса.
Базовые знания о беспроводной связи 3: Распространение электромагнитных волн
Природа радиоволн
Известно, что электрическое поле формируется вокруг электрически заряженных тел, а магнитное - вокруг проводников с переменным электрическим ток. Рассмотрим незамкнутый проводник, вибратор, заряды вдоль которого распределены неравномерно, как на рисунке 1.
Рисунок 1 - Распределение зарядов по телу вибратора
Поскольку заряд вдоль вибратора распределён неравномерно, то между отдельными участками проводника формируется электрическое поле, под действием которого начнётся движение зарядов и возникнут электрические колебания. Переменное электрическое поле вокруг вибратора формирует переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, вновь формирует переменное электрическое поле. Такое явление обеспечивает распространение электромагнитного излучения в пространстве и называется электромагнитной волной.
Сферы применения
Возможность практически мгновенной передачи информации на любые расстояния создает широкие возможности использования во всех сферах деятельности человека. Радиосвязь успешно применяется в следующих отраслях:
- Телевизионное и радиовещание;
- Качественная связь по безопасным линиям востребована в военной отрасли. Позволяет осуществлять управление и координацию боевых подразделений;
- В области транспорта – обеспечивается постоянная связь с поездами, морскими и речными судами, самолетами, грузовыми и легковыми автомобилям (полиция, скорая помощь, такси, курьерские службы);
- Организация диспетчерских служб;
- Обеспечение различных видов коммуникации: спутниковая, мобильная связь;
- Беспроводное подключение к сети Интернет.
Также широкие возможности коммуникации являются неотъемлемым инструментом практически любого современного бизнеса. При помощи беспроводной связи можно успешно решать вопросы управления удаленными объектами.
Алгоритмы кодирования и декодирования, методики защиты информации
У силовых ведомств, частных служб охраны и безопасности, а также других организаций возникает необходимость защитить данные от несанкционированного доступа. Применяется два основных метода: дискретизация с шифрованием, а также аналоговое скремблирование.
Дискретизация с шифрованием объединяет наиболее прогрессивные методы закрытия речи связанные с переводом сигнала в цифровой вид. Используются различные криптографические алгоритмы. Чаще всего применяются вокодеры с линейным предсказанием речи (ЛПР). Кусочно линейная аппроксимация процесса является основой используемого алгоритма. Каждый кодируемый фрагмент представляет собой линейную функцию от фрагментов предыдущих. Речевая информация задается тремя параметрами: периодом основного тона, амплитудой, решением «тон/шум».
В целом же существует два основных подхода к шифрованию речи, передаваемой в цифровом виде:
- с использованием специального шифратора и дешифратора на передающем и принимающем устройстве, либо за счет программно-аппаратного комплекса;
- функции шифрования реализуются с помощью устройства модуляции-демодуляции – модема.
В средствах аналогово связи защита данных достигается за счет использования аналоговых скремблеров. Они трансформируют первоначальный звуковой сигнал в неразборчивую смесь звуков, что не позволяет злоумышленникам понять смысл передаваемых данных. Применяются следующие виды преобразования:
- Частотная инверсия;
- Разбиение полосы частот на поддиапазоны и их перестановка по частоте или инверсия;
- Разбиение речи на сегменты и их перестановка по времени.
Медленное и быстрое затухание:
Медленное замирание относится к явлению, когда среднее значение кривой мощности сигнала медленно изменяется во время распространения радиоволн. Причины медленного замирания: потери на трассе и эффекты тени.
Быстрое замирание - это быстрое колебание и быстрое изменение мгновенного значения напряженности поля принимаемого сигнала, которое можно подразделить на:
(1) Пространственное избирательное замирание: характеристики замирания в разных местах и на разных путях передачи, вызванные эффектами многолучевого распространения, различны;
(2) Частотно-избирательное замирание: доплеровский сдвиг частоты вызывает сдвиг несущей частоты, и измененный частотный диапазон может выходить за пределы диапазона полосы пропускания приема, вызывая искажение сигнала;
(3) Селективное по времени замирание, эффект Доплера или эффект многолучевого распространения могут привести к тому, что разные сигналы поступят в точку приема в разное время, вызывая искажение сигнала.
Радиочастотный спектр
Привычным инструментом анализа сигналов являются осциллограммы - зависимости напряжения и тока от времени. С помощью осциллограмм можно наблюдать форму сигнала и характер его изменения во времени. Однако, при формировании сложных сигналов или анализе реальных систем связи, удобным инструментом анализа служит частотный спектр. Частотный спектр представляет из себя зависимость интенсивности электромагнитного излучения от частоты и позволяет оценить утилизацию диапазона частот системами связи и другими источниками электромагнитных волн. Важно понимать, что инструмент осциллограмм и спектральных характеристик не является взаимозаменяемым и на практике применяется совместно.
Между временными и частотными характеристиками существует однозначная зависимость: согласно теории Фурье, осциллограмма сигнала может быть представлена как сумма гармонических колебаний кратных частот, называемых гармониками. Таким образом, периодический сигнал частоты F может быть представлен как сумма синусоид с частотами F, 2F, 3F и т.д., что позволяет оценить каждую гармонику отдельно и построить спектральные характеристики. Последствием данного преобразования является то, что спектр сигнала становится бесконечным за счёт высших гармоник. На практике спектр сигнала ограничивают с помощью фильтрации, удаляя высшие гармоники, которые вносят небольшой вклад в суммарный сигнал из-за малой амплитуды.
Если представить спектр гармонического сигнала, рассмотренного выше, то получим следующую картину:
Рисунок 4 - Частотный спектр гармонического сигнала с F=2 Гц
Продемонстрируем преимущество использования частотного спектра относительно временных диаграмм. Дополнительно к существующему сигналу, сформируем сигнал с частотой, равной 3 Гц:
Рисунок 5 - Осциллограмма напряжения и частотный спектр гармонического сигнала с F=3 Гц
Суммируем полученные сигналы и оценим спектр совместного сигнала. Как видно на рисунке 6, по полученной осциллограмме достаточно трудно судить о присутствующих гармонических составляющих, однако спектральная характеристика позволяет это сделать:
Рисунок 6 - Осциллограмма напряжения и частотный спектр суммарного сигнала
При рассмотрении спектральных характеристик, интересно то, что последствием модуляции несущего сигнала информационным является расширение спектра, т.е. система связи использует для передачи информации полосу частот, а не только несущую.
На рисунке 7 изображён частотный спектр, на котором представлена работа трёх каналов связи:
Рисунок 7 - Частотный спектр при одновременной работе трёх каналов связи
Рассматриваемые системы связи настроены на следующие частоты:
Номер | Центральная частота, МГц | Полоса, МГц |
Канал 1 | 4960 | 20 |
Канал 2 | 4970 | 20 |
Канал 3 | 5000 | 20 |
Частотный спектр, представленный на рисунке 7, демонстрирует пересечение по частотам у каналов связи 1 и 2, что приведёт к негативным последствиям в виде взаимного влияния. Канал 3 не имеет пересечения по частотам с другими системами связи, а также, по причине наличия защитного интервала между каналами 2 и 3, влияние рассматриваемых систем связи на канал 3 будет минимальным.
Диапазоны частот
Согласно регламенту , разработанного международным союзом по электросвязи (МСЭ), выделяют следующие диапазоны частот:
Номер диапазона | Обозначение МСЭ (EN) | Обозначение МСЭ (RU) | Наименование диапазона | Диапазон частот | Применение |
-1 | ELF | КНЧ | Гигаметровые волны | 0,03-0,3 Гц | |
0 | ELF | КНЧ | Гектомегаметровые волны | 0,3-3 Гц | |
1 | ELF | КНЧ | Декамегаметровые волны | 3-30 Гц | Связь с подводными лодками, геофизические исследования |
2 | ELF | КНЧ | Мегаметровые волны | 30-300 Гц | Связь с подводными лодками, геофизические исследования |
3 | ULF | УНЧ | Гектокилометровые волны | 300-3000 Гц | Связь с подводными лодками |
4 | VLF | ОНЧ | Мириаметровые волны | 3-30 кГц | Служба точного времени, радиосвязь с подводными лодками |
5 | LF | НЧ | Километровые волны | 30-300 кГц | Радиовещание, радиосвязь земной волной, навигация |
6 | MF | СЧ | Гектометровые волны | 300-3000 кГц | Радиовещание и радиосвязь земной волной и ионосферная |
7 | HF | ВЧ | Декаметровые волны | 3-30 МГц | Радиовещание и радиосвязь ионосферная, загоризонтная радиолокация, рации |
8 | VHF | ОВЧ | Метровые волны | 30-300 МГц | Телевидение, радиовещание, радиосвязь тропосферная и прямой волной, рации |
9 | UHF | УВЧ | Дециметровые волны | 300-3000 МГц | Телевидение, радиосвязь тропосферная и прямой волной, мобильные телефоны, рации, УВЧ-терапия, микроволновые печи, спутниковая навигация |
10 | SHF | СВЧ | Сантиметровые волны | 3-30 ГГц | Радиолокация, интернет, спутниковое телевещание, спутниковая- и радиосвязь прямой волной, беспроводные компьютерные сети |
11 | EHF | КВЧ | Миллиметровые волны | 30-300 ГГц | Радиоастрономия, высокоскоростная радиорелейная связь, радиолокация (метерологическая, управление вооружением), медицина, спутниковая радиосвязь |
12 | Децимиллиметровые волны | 300-3000 ГГц | Экспериментальная "терагерцовая камера", регистрирующая изображение в длинноволновом ИК | ||
13 | Сантимиллиметровые волны | 3-30 ТГц | |||
14 | Микрометровые волны | 30-300 ТГц | |||
15 | Децимикрометровые волны | 300-3000 ТГц |
Регуляторная работа
Использование частотного ресурса регулируется политикой государства, поэтому важным аспектом при эксплуатации беспроводных систем связи является разрешение со стороны государственных органов и использование сертифицированного оборудования. Поскольку оборудование, функционирующее на смежных частотах, как было сказано, может оказывать влияние друг на друга, то важным показателем сертификации является частотная маска, определяющая уровень внеполосного излучения. Так, например, в соответствии с приказом Министерства связи и массовых коммуникаций Российской Федерации №124 от 14.09.2010, для оборудования беспроводной передачи данных, функционирующего в частотном диапазоне 5150-6425 МГц маска спектра сигнала шириной 20 МГц выглядит следующим образом:
Рисунок 8 - Маска спектра шириной 20 МГц для беспроводного оборудования диапазона 5150-6425 МГц
Таким образом, допустимо использование оборудования с внеполосным излучением на 20 дБ ниже мощности сигнала в полосе. Также следует отметить, что требования к внеполосному излучению ужесточаются при удалении от центральной частоты канала: так на частоте, отстоящей от центральной на 30 МГц, требования к внеполосному излучению составляют -40 дБ.
Для сигнала с шириной полосы 40 МГц:
Рисунок 9 - Маска спектра шириной 40 МГц для беспроводного оборудования диапазона 5150-6425 МГц
Радиоволна – это взаимосвязанные колебания электрического и магнитного полей, которые способны распространяться в пространстве со скоростью света. Они обладают такими свойствами как отражение, затухание, преломление. Радиодиапазон составляют волны с длинами от 0,1 мм до 100 км. Волны короче 0,1 мм относят к оптическим, длиннее 100 км используют исключительно в научных целях.
Частоты и каналы
Классификация радиоволн подразумевает разделение на 8 типов по длине и частоте:
- ОНЧ (они же СДВ) – 3-30 кГц (100-10 км);
- НЧ (они же ДВ) – 30-300 кГц (10-1 км);
- СЧ (они же СЧ) – 300-3 МГц (1 км-100 м);
- ВЧ (КВ) – 3-30 МГц (10-100 м);
- ОВЧ (МВ) – 30-300 МГц;
- УВЧ (ДМВ) – 300 МГц-3 ГГц;
- СВЧ (СМВ) – 3-30 ГГц;
- КВЧ (ММВ) – 30-300 ГГц.
Для переговоров в РФ разрешены следующие диапазоны частот:
- CB, 26-27 МГц;
- LPD, 433-434 МГц;
- PMR, 446 МГц;
- И 144-146 МГц – для лицензированных радиооператоров.
Остальные диапазоны законодательно запрещены к использованию. Они выделяются для служебных нужд различных ведомств и их использование может повлечь за собой административное или уголовное наказание – в зависимости от тяжести последствий несанкционированного вмешательства.
Для удобства общения, чтобы максимально упростить использование радиосвязи, были выделены определенные частоты. Они были пронумерованы так, что их стало не сложно запомнить и настроить. Эти номера и называют – каналы радиосвязи. Во многих простейших моделях раций нет ни клавиатуры, ни ручек настройки для установки произвольной частоты – только кнопки позволяющие переключать каналы. Таким образом рацией может пользоваться любой человек и ему не нужно знать что такое частоты, LPD или PMR, достаточно перещелкнуть рацию на заданный канал и успешно ею пользоваться.
Следует помнить, что рации предназначенные для различных диапазонов частот не могут связаться друг с другом. Аппарат предназначенный для других частот просто не будет работать с сигналом лежащим вне его рабочего диапазона. Узнать какие именно параметры поддерживает устройство можно, если заглянуть в его паспорт. Обычно LPD рация предлагает 69 каналов, а PMR – 8. Также существуют аппараты, которые поддерживают сразу несколько диапазонов.
Связь с помощью радиоволн – один из основных способов обмена информацией в современном мире. Существует большое разнообразие различных методов их применения. Они широко используются для радио и телевещания, для исследования, обеспечения дальней связи, повседневной коммуникации, а также для организации деятельности различных специальных служб: охранных подразделений, полиции, пожарных, медицинской службы. Все типы радиоволн находят себе применение в деятельности человека.
Эффект Допплера:
Эффект Доплера относится к явлению, когда частота радиоволн становится выше, когда источник волн быстро перемещается к наблюдателю, и частота приема становится ниже, когда принцип источника волн наблюдает за наблюдателем. В мобильной связи, когда мобильная станция перемещается к базовой станции, частота приема становится выше; когда базовая станция является основной, частота становится ниже.
Чем больше относительная скорость движения терминала и базовой станции, тем серьезнее отклонение частоты, и чем меньше длина волны, тем серьезнее отклонение частоты.
Эффекты при распространении электромагнитных волн
При построении беспроводных каналов связи необходимо учитывать ряд эффектов, которые будут проявляться в зависимости от ряда факторов. Например, используемая локация: распространение радиосигнала в условиях плотной городской застройки и лесного массива будет различаться. Распространение сигнала также зависит от погодных условий .
Затухание в свободном пространстве
В процессе распространения электромагнитной волны в свободном пространстве неизбежен эффект снижения энергии за счёт уменьшения амплитуды распространяемого радиосигнала. При точных расчётах моделей затухания сигнала учитывается множество параметров, например, коэффициент затухания, зависящий от среды распространения и погодных условий, однако для поверхностной оценки можно воспользоваться следующим выражением:
- D − расстояние между передатчиком и приёмником в км,
- F − частота в ГГц,
- LFS − величина затуханий в дБ.
Ключевым выводом из данной формулы является прямая зависимость между величиной затухания и частотой сигнала, т.е. чем выше частота электромагнитной волны, тем она быстрее затухает при распространении в свободном пространстве. Таким образом, при прочих равных, эксплуатация системы связи на низких частотах позволит достигнуть большей дальности, чем на высоких частотах, либо лучших энергетических показателей, при одинаковых дистанциях. Однако, как будет показано в уроке "Антенны", использование низких частот потребует применения антенн больших габаритов.
Экспериментальный результаты свидетельствуют о том, что частота и величина потерь в свободном пространстве имеют логарифмическую зависимость с отклонениями для некоторых частотных диапазонов. Так, например, радиосигнал с частотой 60 ГГц затухает сильнее, чем сигналы смежных частот.
В одном из следующих уроков будет рассмотрен пример расчёта энергетики беспроводного канала связи (см. урок "Бюджет канала связи").
Дифракция
При распространении сигнала в условиях отсутствия прямой видимости, связь может быть достигнута за счёт явления дифракции, т.е. огибание сигналом препятствия. Для пояснения явления обра тимся к рисунку 4:
Рисунок 4 - Эффект дифракции при распространении радиоволны
Зону Френеля между приёмником и передатчиком преграждает строение, однако радиосигнал от передатчика огибает угол здания и достигает приёмника. Следует иметь в виду, что часть энергии сигнала при дифракции будет рассеиваться в окружающую среду, что снижает дальность распространения сигнала относительно LOS.
Поглощение
В случае, если сигнал при встрече с препятствием не отражается, не обходит вокруг и сквозь него, то такой сигнал считается поглощённым. Различные материалы по-разному поглощают радиосигнал: кирпичные и бетонные стены достаточно хорошо поглощают сигнал, тогда как гипсокартон в меньшей степени. Поглощение является следствием существенного ослабления сигнала. Так, амплитуда тока на антенне приёмника зависит от того, какая часть передаваемой мощности была поглощена.
Отражение
При наличии на пути распространения радиосигнала преграды, которая по размерам превышает длину волны, наблюдается эффект отражения волны. Данный эффект может быть использован при организации связи в условиях отсутствия прямой видимости.
Рассеяние
Частным случаем отражения является рассеяние, которое по своей физической сути обратно поглощению: в случае, если преграда на пути распространения радиосигнала меньше длины волны, то электромагнитная волна отражается от этого объекта во все стороны. Примером подобного явления является распространение сигнала в дождливую погоду или сквозь хвойный лес.
Рисунок 6 - Эффект рассеяния при распространении радиоволны
Многолучёвость
В условиях плотной городской застройки эффект отражения при распространении радиосигнала проявляется неоднократно, что приводит к тому, что на приёмной стороне наблюдается несколько копий сиг нала, пришедших по различным путям, как на рисунке 7. Данный эффект получил название многолучёвости.
Рисунок 8 - Пример осциллограмм результирующего сигнала при многолучевом распространении: а - сдвиг фаз 0-120 градусов, б - сдвиг фаз 121-179 градусов, в - сдвиг фаз 180 градусов
На рисунке 8 представлен результирующий сигнал при многолучевом распространении, когда на приёмной стороне присутствуют две копии сигнала. В условиях плотной застройки, чаще на приёмной стороне присутствует большее число копий сигнала, что приводит к искажениям результирующего сигнала, как показано на рисунке 9:
Рисунок 9 - Пример осциллограмм результирующего сигнала при многолучевом распространении: а - сигналы на выходе приёмника, б - результирующий сигнал
Рефракция
При построении беспроводных каналов связи на дальние расстояния следует иметь в виду кривизну поверхности Земли, которой можно пренебречь на малых дистанциях. Логичным решением данной проблемы является увеличение высоты подвеса антенн, как показано на рисунке 10:
Рисунок 10 - Отсутствие прямой видимости из-за кривизны поверхности Земли
Однако, подобные задачи могут быть решены с использованием явления рефракции, при котором волна отражается от плотных слоёв атмосферы, что позволяет ус танавливать беспроводную связь на большие расстояния в отсутствие прямой видимости. Недостатком рефракции является её ограниченное применение - явление наблюдается только в системах, использующих коротковолновую часть спектра - от 25 до 30 МГц.
Явление рефракции заключается в изменении направления распространения волны на границе двух сред, либо в одной неоднородной среде, в которой скорость распространения волны неодинакова. Тропосфера представляет из себя слоистую структуру, каждый слой которой имеет свой показатель диэлектрической проницаемости ε, влияющий на скорость распространения радиосигнала, поэтому тропосфера служит средой, в которой проявляется рефракция. Следует отметить, что характер явления рефракции зависит от времени суток, времени года и погодных явлений.
Рисунок 11 - Явление рефракции при распространении радиоволны
Радиоволны представляют собой электромагнитные колебания, распространяемые в среде. В контексте беспроводных систем связи под средой подразумевается свободное пространство, где скорость распространения волн соответствует скорости света. Источником электромагнитной волны является проводник, выступающий в роли антенны, через который протекает переменный электрический ток. Важно понимать, что электромагнитное поле будет существовать только вокруг проводника, через который протекает переменный ток, причём излучаемая проводником энергия и характеристики напряжённости поля будут соответствовать протекающему току.
Зона Френеля:
На пути распространения от точки запуска электромагнитной волны до точки приема есть прямые волны, прошедшие волны и дифрагированные волны. Когда путь распространения прямой волны и излучаемой волны не сильно отличается, направление электрического поля излучаемой волны точно противоположно прямой волны с разностью фаз 180 градусов, так что излучаемая волна будет ослаблять сигнал. сила прямой волны и разрушить эффект распространения.
ht - высота передатчика от земли (отражающая поверхность); hr - высота приемника от земли (передающая поверхность), а d - горизонтальное расстояние между передатчиком и приемником.
Когда высота антенны меньше, а расстояние больше, разность хода будет меньше, изменение фазы также будет уменьшено, и влияние переданной волны на прямую волну будет увеличиваться. С этой точки зрения, чем выше высота антенны, тем лучше и чем меньше дальность распространения, тем лучше. Следовательно, при проектировании беспроводной связи требуется, чтобы антенна базовой станции была как можно более высокой, если позволяет стоимость и можно контролировать помехи.
В свободном пространстве электромагнитная энергия, излучаемая от точки передачи к точке приема, в основном распространяется через первую зону Френеля. Пока первая зона Френеля не заблокирована, могут быть получены условия распространения, аналогичные свободному пространству, в противном случае электромагнитная волна Многолучевое распространение будет иметь нежелательный эффект, приводя к снижению качества связи и даже ее прерыванию.
Радиоволна и ее особенности
Радиоволна создается при изменении электрического либо магнитного поля. Для ее создания используются специальные электромагнитные генераторы. Каждая волна изначально обладает запасом энергии, которую переносит через пространство. Она может терять энергию – такой процесс называется затуханием.
Электромагнитные волны характеризуются следующими параметрами:
В зависимости от скорости изменения направления электрического (либо магнитного) поля можно определить частоту волны, которая измеряется в Герцах (Гц). Чтобы определить длину волны, необходимо знать расстояние между точками, где поле находится в одной фазе. Частота и длина волны – взаимно обратные величины. Знание длины волны очень важно для правильного выбора размера передающей антенны.
Важным свойством электромагнитных волн является то, что они не встречая сопротивления проходят через воздух и могут свободно распространяться в пространстве. Однако, если волна встречает на пути металлические объекты, а также любой другой проводящий электричество материал, то она теряет часть своей энергии, ее мощность падает, а в проводнике генерирует переменный ток. Также часть энергии волны отражается от проводника – данный принцип лег в основу радиолокации.
Дальность связи зависит от мощности передатчика генерирующего электромагнитную волну. Именно это устройство передает волне запас энергии, которую та будет расходовать при распространении. Запас будет уменьшаться при контакте с поверхностью планеты, а также при взаимодействии с различными объектами. Однако, дальность распространения будет зависеть не только от запаса энергии, но и от других свойств – в первую очередь, от длины волны.
Эффект многолучевого распространения:
Сигналы часто имеют множество путей передачи с разными задержками и разными потерями от передающего конца до приемного конца, которые могут быть прямыми, отраженными или дифрагированными. Эффект многолучевого распространения радиоволн относится к явлению, когда наложение одного и того же сигнала разных путей на приемном конце увеличивает или уменьшает энергию принимаемого сигнала.
Эффект тени:
На пути распространения радиоволн при столкновении с препятствиями, такими как неровная местность, высокие и низкие здания, высокие деревья и т. Д., На обратной стороне препятствия образуется область тени с более слабым полем радиосигнала. Одно явление называется эффект тени, аналогичный эффекту тени видимого света.
Эффекты при распространении электромагнитных волн
При построении беспроводных каналов связи необходимо учитывать ряд эффектов, которые будут проявляться в зависимости от ряда факторов. Например, используемая локация: распространение радиосигнала в условиях плотной городской застройки и лесного массива будет различаться. Распространение сигнала также зависит от погодных условий .
Затухание в свободном пространстве
В процессе распространения электромагнитной волны в свободном пространстве неизбежен эффект снижения энергии за счёт уменьшения амплитуды распространяемого радиосигнала. При точных расчётах моделей затухания сигнала учитывается множество параметров, например, коэффициент затухания, зависящий от среды распространения и погодных условий, однако для поверхностной оценки можно воспользоваться следующим выражением:
- D − расстояние между передатчиком и приёмником в км,
- F − частота в ГГц,
- LFS − величина затуханий в дБ.
Ключевым выводом из данной формулы является прямая зависимость между величиной затухания и частотой сигнала, т.е. чем выше частота электромагнитной волны, тем она быстрее затухает при распространении в свободном пространстве. Таким образом, при прочих равных, эксплуатация системы связи на низких частотах позволит достигнуть большей дальности, чем на высоких частотах, либо лучших энергетических показателей, при одинаковых дистанциях. Однако, как будет показано в уроке "Антенны", использование низких частот потребует применения антенн больших габаритов.
Экспериментальный результаты свидетельствуют о том, что частота и величина потерь в свободном пространстве имеют логарифмическую зависимость с отклонениями для некоторых частотных диапазонов. Так, например, радиосигнал с частотой 60 ГГц затухает сильнее, чем сигналы смежных частот.
В одном из следующих уроков будет рассмотрен пример расчёта энергетики беспроводного канала связи (см. урок "Бюджет канала связи").
Дифракция
При распространении сигнала в условиях отсутствия прямой видимости, связь может быть достигнута за счёт явления дифракции, т.е. огибание сигналом препятствия. Для пояснения явления обра тимся к рисунку 4:
Рисунок 4 - Эффект дифракции при распространении радиоволны
Зону Френеля между приёмником и передатчиком преграждает строение, однако радиосигнал от передатчика огибает угол здания и достигает приёмника. Следует иметь в виду, что часть энергии сигнала при дифракции будет рассеиваться в окружающую среду, что снижает дальность распространения сигнала относительно LOS.
Поглощение
В случае, если сигнал при встрече с препятствием не отражается, не обходит вокруг и сквозь него, то такой сигнал считается поглощённым. Различные материалы по-разному поглощают радиосигнал: кирпичные и бетонные стены достаточно хорошо поглощают сигнал, тогда как гипсокартон в меньшей степени. Поглощение является следствием существенного ослабления сигнала. Так, амплитуда тока на антенне приёмника зависит от того, какая часть передаваемой мощности была поглощена.
Отражение
При наличии на пути распространения радиосигнала преграды, которая по размерам превышает длину волны, наблюдается эффект отражения волны. Данный эффект может быть использован при организации связи в условиях отсутствия прямой видимости.
Рассеяние
Частным случаем отражения является рассеяние, которое по своей физической сути обратно поглощению: в случае, если преграда на пути распространения радиосигнала меньше длины волны, то электромагнитная волна отражается от этого объекта во все стороны. Примером подобного явления является распространение сигнала в дождливую погоду или сквозь хвойный лес.
Рисунок 6 - Эффект рассеяния при распространении радиоволны
Многолучёвость
В условиях плотной городской застройки эффект отражения при распространении радиосигнала проявляется неоднократно, что приводит к тому, что на приёмной стороне наблюдается несколько копий сиг нала, пришедших по различным путям, как на рисунке 7. Данный эффект получил название многолучёвости.
Рисунок 8 - Пример осциллограмм результирующего сигнала при многолучевом распространении: а - сдвиг фаз 0-120 градусов, б - сдвиг фаз 121-179 градусов, в - сдвиг фаз 180 градусов
На рисунке 8 представлен результирующий сигнал при многолучевом распространении, когда на приёмной стороне присутствуют две копии сигнала. В условиях плотной застройки, чаще на приёмной стороне присутствует большее число копий сигнала, что приводит к искажениям результирующего сигнала, как показано на рисунке 9:
Рисунок 9 - Пример осциллограмм результирующего сигнала при многолучевом распространении: а - сигналы на выходе приёмника, б - результирующий сигнал
Рефракция
При построении беспроводных каналов связи на дальние расстояния следует иметь в виду кривизну поверхности Земли, которой можно пренебречь на малых дистанциях. Логичным решением данной проблемы является увеличение высоты подвеса антенн, как показано на рисунке 10:
Рисунок 10 - Отсутствие прямой видимости из-за кривизны поверхности Земли
Однако, подобные задачи могут быть решены с использованием явления рефракции, при котором волна отражается от плотных слоёв атмосферы, что позволяет ус танавливать беспроводную связь на большие расстояния в отсутствие прямой видимости. Недостатком рефракции является её ограниченное применение - явление наблюдается только в системах, использующих коротковолновую часть спектра - от 25 до 30 МГц.
Явление рефракции заключается в изменении направления распространения волны на границе двух сред, либо в одной неоднородной среде, в которой скорость распространения волны неодинакова. Тропосфера представляет из себя слоистую структуру, каждый слой которой имеет свой показатель диэлектрической проницаемости ε, влияющий на скорость распространения радиосигнала, поэтому тропосфера служит средой, в которой проявляется рефракция. Следует отметить, что характер явления рефракции зависит от времени суток, времени года и погодных явлений.
Рисунок 11 - Явление рефракции при распространении радиоволны
Радиоволны представляют собой электромагнитные колебания, распространяемые в среде. В контексте беспроводных систем связи под средой подразумевается свободное пространство, где скорость распространения волн соответствует скорости света. Источником электромагнитной волны является проводник, выступающий в роли антенны, через который протекает переменный электрический ток. Важно понимать, что электромагнитное поле будет существовать только вокруг проводника, через который протекает переменный ток, причём излучаемая проводником энергия и характеристики напряжённости поля будут соответствовать протекающему току.
Сотовая связь
При ее использовании сигнал идет от передатчика к приемникам, расположенным на одинаковом расстоянии друг от друга. Они образуют гексагональную фигуру, которую называют «сота». Такое построение сети позволяет обеспечить в области покрытия высокое качество сигнала, которое будет определяться количеством приемников расположенных рядом с местом приема или передачи. В настоящее время этот вид связи является наиболее популярным и чаще всего используемым. Роль приемника и передатчика здесь играет персональный телефонный аппарат. Основное преимущество сотовой связи – обеспечение высокой мобильности абонента.
Прямая волна, излучаемая волна, дифрагированная волна, рассеянная волна:
Радиоволна, которая достигает точки приема по прямой от передающей антенны, называется прямой волной. Распространение радиоволн в свободном пространстве - это распространение радиоволн в вакууме, что является идеальным условием распространения. Когда электрическая волна распространяется в свободном пространстве, это можно рассматривать как прямое распространение волны, и ее энергия не будет поглощаться препятствиями, излучаться или рассеиваться.
Беспроводной сигнал передается через землю или другие препятствия, чтобы достичь точки приема, которая называется передаваемой волной. Излучаемая волна возникает на границе двух сред распространения с разной плотностью. Чем больше разница в плотности сред на границе раздела, тем больше испускание волны и тем меньше преломление. Чем ближе направление падения волны к границе раздела, тем меньше отражение и больше преломление. Комбинация прямых и отраженных волн называется космическими волнами.
Когда беспроводной путь между приемником и передатчиком заблокирован острыми краями, явление, при котором радиоволны распространяются вокруг препятствия, называется дифракцией.
Когда в среде, через которую проходит волна, есть объект, длина которого меньше длины волны, и количество барьеров на единицу объема очень велико, это приведет к тому, что волна будет излучаться оттуда и сюда, что является рассеянием.
Радиорелейная связь
Вид радиосвязи, осуществляемой с помощью цепочки передающих станций, находящихся в прямой видимости их антенн. Работают в дециметровом и сантиметровом диапазонах. Возможна одновременное функционирование большого количества передатчиков. Уровень индустриальных и атмосферных помех радиоприему в ДМ и СМ диапазонах низкий. Главный недостаток – ограниченное расстояние передачи и высокая степень зависимости от коммуникационной инфраструктуры – сети ретрансляторов.
Как правило на передающих станциях размещается большой комплекс передающих устройств, находящихся в едином техническом здании. Они применяют общие источники электроэнергии, антенны и их опоры. На каждом объекте создается несколько стволов связи, что позволяет значительно повысить пропускную способность станции, что позволяет реализовать многоканальную связь.
Читайте также: