Беспроводная связь. Электромагнитный спектр.

Движение электронов порождает электромагнитные волны, которые могут распространяться в пространстве (даже в вакууме).

Число электромагнитных колебаний в секунду называют частотой, f, и измеряется в герцах. Расстояние между двумя последовательными максимумами (или минимумами) называют длиной волны. Эта величина традиционно обозначается греческой буквой лямбда λ.

Если в электромагнитную цепь включить антенну подходящего размера, то электромагнитные волны можно с успехом принимать приемником на некотором расстоянии. На этом принципе построены беспроводные сети.

В вакууме все электромагнитные волны распространяются с одной и той же скоростью, независимо от их частоты. Эта скорость называется скоростью света, C. Ее значение приблизительно равно 3*10⁸ м/с. В меди или стекле скорость света составляет примерно 2/3 от этой величины, к тому же слегка зависит от частоты.

Величины F, λ, C (в вакууме) связаны фундаментальным соотношением

Радио, микроволновый, инфракрасный диапазоны, а также видимый свет могут быть использованы для передачи информации с помощью амплитудной, частотной или фазовой модуляции волн. Диапазоны, перечисленные в нижней части рисунка представляют собой официальные названия ITU, основанные на длинах волн. (Low Frequency LF) охватывает длины волн от 1 км до 10 км.

Количество информации, которое может переносить электромагнитная волна, связано с частотным диапазоном канала. Современные технологии позволяют кодировать несколько бит на герц на низких частотах. При некоторых условиях это число может возрастать восьмикратно на высоких частотах. Таким образом, по коаксиальному кабелю с полосой пропускания 750 МГц можно передавать несколько гигабит в секунду.

Большинство систем связи используют узкие полосы частот (т.е. ∆f/f<1), что позволяет обеспечить уверенный прием сигнала. Однако иногда используются широкие полосы. При этом возможны два варианта. Когда применяется расширенный спектр с перестройкой частоты, то передатчик изменяет частоту работы в сотни раз в секунду. Этот метод связи очень популярен в военных системах связи, такой сигнал тяжело перехватить и практически невозможно заглушить. Он обладает также хорошей защищенностью от многолучевого затухания, поскольку прямой сигнал приходит на приемник первым. Все отраженные сигналы проходят большой путь и приходят позднее. За это время приемник успевает сменить частоту работы и сигналы, приходящие с исходной частотой, им игнорируются. Тем самым практически исключается наложение прямого и отраженного сигналов. Данный метод получил широкое распространение и применяется не только военными, но и коммерческими системами. В 802.11 и Bluetooth.

Вторым методом, называется расширенный спектр с прямой последовательностью. Этот метод используется в некоторых мобильных телефонах второго поколения.