Способы беспроводной передачи сигнала

Беспроводная передача данных.

Беспроводные системы используют электромагнитные волны, которые могут распространяться в космическом вакууме или через некоторые среды передачи данных, такие, как эфир. Для беспроводных систем не нужна физическая медная либо оптическая среда передачи данных, вследствие чего беспроводное взаимодействие является универсальным методом построения сетей. Беспроводная передача может быть осуществлена на большие расстояния при использовании высоких несущих частот. Для различных сигналов используются различные частоты, которые измеряются в герцах (Гц). Разные частоты позволяют отличать один сигнал от остальных.
Беспроводные технологии окружают нас на протяжении многих лет. Спутниковое телевидение, радио, мобильные телефоны, устройства дистанционного управления, радары, системы сигнализации, беспроводные телефоны и сканеры штрихкодов присутствуют в нашей повседневной жизни. На сегодняшний день беспроводные технологии представляют собой одну из основных составных частей бизнеса и личной жизни.

Процесс передачи данных

Радиочастотный спектр представляет собой часть электромагнитного спектра и служит для передачи голоса, видео и данных. Для него используются частоты в диапазоне от 3 кГц до 300 ГГц.
Существует большое число разновидностей беспроводной передачи данных. Каждая из технологий беспроводной передачи информации имеет свои преимущества и недостатки.

Протокол	Тактовая частота	Ширина канала	MIMO	Скорость (теоретическая)
802.11ac wave2	5 ГГц	80, 80+80, 160 МГц	Многопользовательский (MU-MIMO)	1,73 Гбит/с*
802.11ac wave1	5 ГГц	80 МГц	Однопользовательский (MIMO SU)	866,7 Мбит/c*
802.11n	2,4 или 5 ГГц	20, 40 МГц	Однопользовательский (MIMO SU)	450 Мбит/c**
802.11g	2,4 ГГц	20 МГц	Н/Д	54 Мбит/с
802.11a	5 ГГц	20 МГц	Н/Д	54 Мбит/с
802.11b	2,4 ГГц	20 МГц	Н/Д	11 Мбит/с
802.11	2,4 ГГц	20 МГц	Н/Д	2 Мбит/с

* два распределенных потока с модуляцией 256 QAM.
** три распределенных потока с модуляцией 64 QAM.

UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) нелицензируемая национальная информационная инфраструктура полосы радиочастот (в частности, 5,15-5,25, 5,25-5,35 и 5,725-5,825 ГГц), работа в которых не требует получения лицензии FCC; в США этот термин употребляется как синоним информационной супермагистрали (Information Highway), обеспечивающей свободный доступ к информации для граждан и предприятий.

Беспроводные сигналы.

При рассмотрении сигнала, который используется для передачи информации в формате данных, необходимо иметь представление о следующих вещах:

В беспроводных каналах, передача информации осуществляется на основе распространения радиоволн. В таблице приведены сведения о диапазонах электромагнитных колебаний, используемых в беспроводных и оптических каналах связи.

Диапазон	Длины волн, м	Частоты, ГГц	Применение
Дециметровый	1..0,1	0,3..3	Сотовые радиотелефоны, ТВ, спутниковая связь, РК в ЛВС*
Сантиметровый	0,1..0,01	3..30	Радиорелейные линии, РК в ЛВС, спутниковая связь
Миллиметровый	0,01..0,001	30..300	РК в ЛВС
Инфракрасный	0,001..7,5*10-7	3102..4105	ВОЛС, WDМ**
Видимый свет	(7,5. 4,0)*10-7	(4,0. 7,5)*105

* РК в ЛВС — радиоканалы в локальных сетях и системах связи.
** WDM — мультиплексирование с разделением каналов по длинам волн.

Модуляция.

Процесс модуляции заключается в изменении амплитуды, частоты либо фазы радиочастотного или светового сигнала, в зависимости от передаваемых данных. Характеристики несущей волны практически мгновенно изменяются в зависимости от формы модулирующего сигнала. С помощью модуляции в несущую частоту вносится информация о сигнале данных (текст, голос и т.д.) для дальнейшей передачи по беспроводной сети.

Наиболее распространенные методы модуляции.

Влияние расстояния на качество сигнала.

Влияние помех на качество сигнала.

Радиочастотный диапазон.

Различные частоты радиоволн по-разному распространяются в атмосфере Земли:

— длинные волны могут покрыть часть Земли очень последовательно;
— более короткие волны могут отражаться от ионосферы и распространяются по всему миру;
— еще более короткими длинами радиоволны изгибаются или отражаются очень слабо и распространяются в пределах прямой видимости.

Вы всегда можете задать вопрос техническому специалисту, заполнив форму:

Источник

Беспроводные оптические каналы связи

Вычислительные сети предприятий в нашей стране развиваются все более быстрыми темпами. Поэтому обычно перед компанией со временем встают 2 основные проблемы: модернизация существующей сети в сторону увеличения мощности всех ее компонент (рабочих станций, активного и сетевого оборудования) и реорганизация обработки информации. Ситуация, когда на предприятии необходимо объединить в единую сеть несколько подразделений, как, например, склад, головной офис, удаленный офис, бухгалтерский отдел, конструкторское бюро и т.д. и т.п., зачастую приходит не сразу, а начинает решаться, когда разрозненная обработка информации становится экономически невыгодной и приводит к потере времени. Лишь тогда информационный отдел, служба или подобное подразделение начинают ломать голову как наиболее экономично, с наименьшими временными затратами, без потери качества, объединить в единую корпоративную сеть предприятия несколько локальных вычислительных сетей и удаленных центров обработки информации.

Кроме того, потребность в передаче данных с высокой скоростью и без потери качества выходит на первый план. Решение этой проблемы требует, помимо закупки активного сетевого оборудования, организацию линий связи. Для этого обычно используется кабельная проводка на основе медного или оптоволоконного кабеля. Однако, хорошо отработанные решения для организации ближней связи с использованием медных или волоконно-оптических линий не всегда удобны.

Прокладка кабеля часто влечет за собой значительные затруднения:

невозможность получить разрешение на прокладку кабеля, особенно в городских условиях;
нет возможности получить в аренду телефонные линии от оператора, либо плохое качество связи по арендованным линиям;
большие затраты средств и времени на прокладку новых коммуникаций, а также из-за высокой арендной платы за использование уже существующих коммуникаций;
использование старых коммуникаций, которые из–за своей высокой загруженности уже не могут справиться с новым дополнительным трафиком.

Из всего вышесказанного следует, что в ряде случаев использование беспроводных соединений может быть экономически выгодным.

Преимущества беспроводных сетей передачи данных:

возможная альтернатива использования арендованных линий;
экономичность. Например, для организации временных сетей при частых структурных перестройках в организации, связанных с изменением конфигурации кабельной сети;
объединение в сеть компьютеров там, где прокладка кабеля часто невозможна технически.

Если еще несколько лет назад первые беспроводные сетевые устройства только начинали появляться на рынке, то сейчас решения на базе беспроводного доступа предлагают все крупные системные интеграторы. Стоит оговориться, что речь идет о радиодоступе.

Большинство беспроводных устройств поддерживают конфигурацию Ethernet. С физической точки зрения, при организации беспроводной сети используются или схема точка — точка (point-to-point) или сети работают в режиме многоточечного доступа (point-to-multipoint). В первом случае связь обеспечивается между двумя удаленными друг от друга устройствами, во втором — в сеть объединяются несколько устройств.

Технологии и устройства, используемые при построении беспроводных сетей:

сотовая связь с коммутацией каналов;
пакетная радиосвязь;
использование космических спутников (спутниковая связь);
использование беспроводных мостов для соединения ЛВС;
с использованием радиоинтерфейса;
пейджинговая радиосвязь;
с использованием лазерного оборудования;
с использованием оптического оборудования и т.д.

Беспроводные оптические каналы связи

Для организации соединения отдельных ЛВС могут использоваться оптические линии, работающие в инфракрасном участке спектра. На отечественном рынке несколько компаний предлагают специальное оптическое оборудование.

Существуют решения по организации оптических каналов связи с использованием отечественного оборудования. Опыт применения БОКСов (беспроводных оптических каналов связи) показал их высокую надежность, возможность эксплуатации практически в любых погодных условиях. Использование БОКСов для организации корпоративной сети пивоваренного завода в Туле дал возможность снизить суммарную стоимость проекта на 70% (см. Сети и системы связи №9 стр.8).

В общем случае применение беспроводных оптических каналов связи целесообразно в следующих случаях:

создания основного и/или резервного канала связи;
объединения нескольких локальных вычислительных сетей;
для решения проблемы «последней мили»;
аварийной связи, когда необходимо быстрое развертывание;
для связи типа «точка-точка» при максимальном удалении между «точками» до 1 км;
создание магистральных каналов;
для организации доступа к общим и ведомственным сетям передачи данных или для доступа в сеть Интернет.

Наиболее типично применение оптических каналов связи для создания беспроводных соединений между отдельными зданиями, разделенными преградами: дорогами, площадями, железнодорожной полосой, водной преградой, промышленной зоной и т.д.

Для кого может представлять интерес такие решения? Это могут быть предприятия:

расположенные в нескольких отдельно стоящих зданиях на расстоянии до 1 км друг от друга;
имеющие интенсивный трафик данных;
имеющие несколько локальных вычислительных сетей и удаленных терминалов;
предъявляющие повышенные требования к надежности функционирования всей сети;
решающие задачу распределенной обработки информации в единой корпоративной сети.

Оптическая передача данных

Рассмотрим коротко процесс передачи данных с использованием оптического канала. Через устройство сопряжения сетевой трафик из кабеля (витая пара или волоконная оптика) доставляется к светодиоду, работающим в инфракрасном диапазоне спектра. Сигнал передается узко направленным световым лучом в принимающий фотодиод на другом конце сети. Полученный световой сигнал демодулируется и преобразуется в коммуникационный протокол.

Следует иметь в виду, что для организации дуплексных конфигураций необходим комплект оборудования, состоящий из 2-х приемников и 2–х передатчиков БОКС-10МПД.

Беспроводные оптические каналы связи обладают рядом преимуществ:

сравнительно низкая стоимость оборудования;
высокая надежность передачи информации. Тестирование работы БОКСов при организации беспроводного объединения ЛВС в Туле показало, что надежность и качество передачи данных такое же как и при обычной передаче по кабелю;
Компактность и малый вес, что существенно облегчает как установку, так и демонтаж системы. Устройства могут легко крепиться к стенам зданий, столбам и т.д.;
Простота эксплуатации (все что требуется — это периодически (не часто) протирать линзы);
Минимальные сроки установки — быстрый ввод в эксплуатацию (2-3 часа);
скорость передачи информации до 10 Мбит/с
установка БОКСов не требует согласования в органах Госсвязьнадзора;
повышенная устойчивость к помехам;
работа в любых погодных условиях (снег, дождь и т.д.);
инфракрасное излучение безвредно для человека.
Возможность передачи большого количества данных;
Высокая скорость соединения
Нет необходимости занимать частоты;

Следует оговориться, что несмотря на малые сроки установки системы, нужен определенный навык. Поэтому лучше обратиться к специалистам, которые сумеют выполнить все требования, предъявляемые к монтажу, и будут нести ответственность за работу системы.

Спектр БОКСов достаточно широк и подходит для большого круга задач. В таблице приведен перечень устройств, предлагающихся на рынке России и их краткие характеристики.

Оборудование БОКС

Наименование	Скорость	Рабочая дистанция	Возможная дистанция*
БОКС-100М	100 Mbps	до 0,5 км	до 1 км
БОКС-10МПД	20 Mbps	до 1 км	до 2 км
БОКС-10М	10 Mbps	до 0,5 км	до 1 км
БОКС-10МЛ	10 Mbps	до 0,25 км	до 0,5 км
БОКС-Е2	8 Mbps	до 0,5 км	до 1 км
БОКС-Е1	2 Mbps	до 1 км	до 3 км
БОКС-1024	1 Mbps	до 1,5 км	до 4 км
БОКС-512	512 Kbps	до 1,8 км	до 5 км
БОКС-256	256 Kbps	до 2,3 км	до 6,5 км
БОКС-128	128 Kbps	до 2,6 км	до 8 км
БОКС-64	64Kbps	до 3 км	до 10 км

Как видно из таблицы, рабочая дистанция зависит от конкретной модели. Все устройства обеспечивают непрерывное функционирование канала связи в условиях дождя, снега, тумана. Стоит заметить, что теоретическое (расчетное) расстояние превышает рабочее в 3 раза. Рассмотрим характеристики нескольких устройств.

Базовое изделие семейства — БОКС-10М, предназначено для создания канала передачи данных стандарта Ethernet. Устройство производит преобразование электрических сигналов стандарта IEEE 802.3 (Ethernet) в оптические инфракрасного диапазона (850 — 890 нм), передает их в атмосфере остронаправленным лучом, с последующим приемом на другой стороне и преобразованием оптического сигнала в электрический.

БОКС-10М состоит из двух одинаковых приемопередатчиков (оптических труб), устанавливаемых на обеих сторонах канала связи.

Каждый блок состоит из приемопередающего модуля, козырька, интерфейсного кабеля (длиной 5 метров), системы наведения, кронштейна, блока питания и блока доступа.

Приемопередающий модуль — это передатчик остронаправленного оптического излучения инфракрасного диапазона, состоящий из инфракрасного полупроводникового светодиода и приемника — высокочувствительного светодиода. Светодиоды работают на длине волны 0,87 мкм. Характеристики устройства представлены в таблице:

Технические характеристики

Общие
Скорость передачи информации	10 Мбит/с
Режим передачи	Полудуплексный, по стандарту IEEE 802.3
Рабочая дистанция	до 500 м
Режим работы	непрерывный
Вероятность возникновения ошибки	менее 10 -9
Время наработки на отказ	не менее 100 000 часов
Источник излучения	Инфракрасный светодиод
Приемник	Высокочувствительный фотодиод
Сетевые
Интерфейс	Ethernet 10Base-T
Импеданс интерфейсного кабеля	UTP 5cat — 100 Ом
Физические
Длина волны	0,87 мкм
Частота	344 828 ГГц
Выходная мощность передатчика	200 мВт
Расходимость луча	не более 2 м на расстоянии 500 м
Электрические
Входное питание (на блок питания)	220 В +10%, 50 Гц
Выходное питание (от блока питания)	12 В +10%, 50 Гц
Потребляемая мощность при включенном термостате системы	не более 40 Вт
Атмосферные
Рабочий диапазон температур	от -40 до +50 °С
Отн. влажность окружающего воздуха	до 100% (во всем диапазоне температур)
Рабочий диапазон атмосферного давления	84–106,7 кПа
Размеры и исполнение (каждого корпуса)
Размеры одного устройства (без кронштейна)	505×142×250 мм
Масса одного устройства	не более 8 кг
Исполнение	Всепогодное, с термостатом и системой предотвращения запотевания оптики

Беспроводной Оптический Канал Связи БОКС-10МПД

Принцип действия этой модели аналогичен БОКС-10М.

большая рабочая дистанция
разнесенный приемник и передатчик (независимые корпуса);
полный дуплекс

Технические характеристики

Общие
Скорость передачи информации	10 Мбит/с (20 Мбит/с)
Режим передачи	Дуплексный, по стандарту IEEE 802.3
Рабочая дистанция	до 1000 м
Режим работы	непрерывный
Вероятность возникновения ошибки	менее 10 -9
Время наработки на отказ	не менее 100 000 часов
Источник излучения	Инфракрасный светодиод
Приемник	Высокочувствительный фотодиод
Сетевые
Интерфейс	Ethernet 10Base-T
Импеданс интерфейсного кабеля	UTP 5cat — 100 Ом
Физические
Длина волны	0,87 мкм
Частота	344 828 ГГц
Выходная мощность передатчика	400 мВт
Расходимость луча	не более 4 м на расстоянии 1000 м
Электрические
Входное питание (на блок питания)	220 В +10%, 50 Гц
Выходное питание (от блока питания)	12 В +10%, 50 Гц
Потребляемая мощность при включенном термостате системы	не более 100 Вт
Атмосферные
Рабочий диапазон температур	от -40 до +40 °С
Отн. влажность окружающего воздуха	до 100% (во всем диапазоне температур)
Рабочий диапазон атмосферного давления	84–106,7 кПа
Размеры и исполнение (каждого корпуса)
Размеры одного устройства (без кронштейна)	500×120×220 мм
Масса одного устройства	не более 8 кг
Исполнение	Всепогодное, с термостатом и системой предотвращения запотевания оптики

Беспроводной оптический канал связи БОКС — Е1

Принцип действия и состав этой модели аналогичен БОКС-10МПД. Существенные отличия — большая рабочая и максимальная дистанции, соответствует спецификации СCITT G.703.

БОКС-Е1 предназначен для подключения аппаратуры со стандартными цифровыми интерфейсами к каналам E1 (или T1), реализованным по рекомендации G.703. Эти каналы используются в цифровых системах передачи (например в ИКМ-30, наиболее распространенной в российских телефонных сетях).

Технические характеристики

Общие
Скорость передачи информации	2 Мбит/с
Режим передачи	Синхронный, дуплексный
Рабочая дистанция	30–2000 м
Режим работы	непрерывный
Вероятность возникновения ошибки	менeе 10 -9
Время наработки на отказ	не менее 100 000 часов
Источник излучения	Инфракрасный диод
Приемник-детектор	фотодиод
Сетевые
Интерфейс	Е1 (ИКМ-30)
Линия	витая пара 120 Ом
Разъем для подключения линии	RJ-11
Физические
Длина волны	0,87 мкм
Частота	344 828 ГГц
Выходная мощность	400 мВт
Расходимость луча	не более 4 м / 1 км
Электрические
Входное питание (основное)	220 В, 50 Гц
Входное питание (резервное)	-48 В
Автоматическое переключение питания
Потребляемая мощность при включенном термостате системы	не более 50 Вт
Атмосферные
Рабочий диапазон температур	от -40 до +40 °С
Отн. влажность окружающего воздуха	до 100% (во всем диапазоне температур)
Рабочий диапазон атмосферного давления	84–106,7 кПа
Размеры и исполнение
Размеры одного устройства (без кронштейна)	500×120×220 мм
Масса одного устройства	не более 8 кг
Исполнение	Всепогодное, с термостатом и системой предотвращения запотевания оптики

Монтаж

Приемопередатчики могут устанавливаться на поверхности крыш или стен. БОКС монтируется на металлической опоре, которая обеспечивает возможность регулировки угла наклона по горизонтали и по вертикали. В обоих плоскостях угол наклона не превышает 45 градусов, что вполне достаточно для точной наводки 2-х труб друг относительно друга.

Подключение примепередатчика осуществляется через специальный блок доступа. В качестве соединительных кабелей обычно используют витую пару категории 5 (UTP). С одной стороны блок доступа соединяется с компьютером или с сетевым устройством, если идет соединение с ЛВС. В качестве сетевого устройства используется либо маршрутизатор, либо коммутатор. Со стороны оптического канала блок доступа соединяется с приемо-передатчиком интерфейсным кабелем. В качестве интерфейсного кабеля используется обычная витая пара, снабженная специальными разъемами.

И блок доступа и блок питания приемопередатчика всегда устанавливаются внутри помещения и рядом с друг с другом. Оба крепятся на стене или в стойке, которая используется для оборудования ЛВС.

Для успешного монтажа необходимо выполнить ряд требований:

здания должны находится в пределах прямой видимости. На всем пути луч не должен встречать непрозрачных препятствий.
устройства должны располагаться на некотором возвышении над землей. Особенно это требование актуально для городских условий. Лучше, если никто не сможет задеть подобное устройство. Это может плохо кончиться как для пешехода, так и для БОКСа. Учитывая страсть наших граждан к свободно стоящей (висящей) аппаратуре, то будет лучше, если устройство будет находиться как можно выше над землей и в трудно доступном месте;
при установке системы следует избегать ориентации приемопередатчиков в направлении восток-запад. Такое, на первый взгляд, специфическое требование объясняется достаточно просто: солнечные лучи могут на несколько минут перекрыть излучение и передача может прекратиться;
на работу БОКСов может повлиять вибрация. Наличие рядом с устройством работающего генератора может привести к сдвигу трубы и разрыву соединения. Поэтому при выборе места крепления смотрите, чтобы вблизи не было моторов, компрессоров и т.д.

Типовые приложения

Точка-точка

Длина соединения «точка-точка» варьируется в зависимости от конкретной модели оборудования. При создании такого соединения следует всегда выбирать трассу таким образом, чтобы исключить появление в будущем непреодолимых препятствий, например рост деревьев. Установка приемопередатчиков может быть осуществлена как на крыше здания, так и на стене. Идеальная альтернатива любому кабельному решению по цене, скорости установки, ликвидности капиталовложений.

Точка доступа

Магистраль

Стандарт Ethernet (IEEE 802.3) определил, что между двумя узлами локальной сети может находиться не более 4 активных устройств: HUB-ов, репитеров. Однако это ограничение легко устраняется с помощью более интеллекутуальных устройств: коммутаторов, мостов, маршрутизаторов.

Наше оборудование (для локальных сетей) не относится к классу активных или пассивных устройств Ethernet, а является конвертером электрических сигналов в оптические. Поэтому при создании магистралей ограничение на 4 активных устройства не будет действовать, если в точке соединения двух отрезков магистрали для связи двух приемопередатчиков используется cross — over кабель. При соблюдении этого правила протяженность магистрали теоретически не ограничена.

Комбинация

На практике, наверное, этот способ самый распространенный. Он позволяет моделировать коммуникационную инфраструктуру в соответствии с решаемой задачей, целесообразностью, ценой и эффективностью. В умелом применении всех способов и технологий на практике состоит искусство системной интеграции.

Заключение

Так что же выбрать? Возможно, на этот вопрос поможет ответить таблица, приведенная ниже.

Ориентировочная стоимость	Медный кабель	Волоконно-оптический кабель	Радиоканал	Оптический канал	Лазерный канал
Ориентировочная стоимость	$300–500 за 1 км	до 5–6000 дол. за 1 км	от 7 до 100 тыс. дол. за комплект	2000–4000 дол. за комплект	12–22 тыс. дол. за комплект
Время на подготовку и выполнение монтажа	Подготовка работ и прокладка — до 1 месяца; установка HDSL-модемов — несколько часов	Подготовка работ и прокладка 1-2 месяца	Подготовка работ 2-3 месяца, установка — несколько часов	Подготовка монтажа 2-3 дня, установка 2-3 часа	Подготовка работ 1-2 недели, установка — несколько часов
Максимальная пропускная способность	До 2 Мбит/с при использованием HDSL	До 155 Мбит/с	До 155 Мбит/с	До 10 Мб/c (в перспективе 100 Мбит/с)	До 155 Мбит/с
Максимальная дальность связи без повторителей	До 20 км при использовании HDSL	Не менее 50–70 км	До 80 км (зависит от мощности сигнала)	До 1 км (в перспективе 1,500)	До 1,2 км

Практический опыт петербургской компании «Компьютерные системы Акрополис», которая в рамках долгосрочного проекта с ОАО «Пивоваренная компания Тульское пиво» применила БОКСы для объединения в единую корпоративную сеть вычислительных средств завода показал, что:

оборудование стабильно работает в условиях прямой видимости соединяемых объектов на расстояниях до 500м (модель БОКС-10М) и до 1000 м (модель БОКС-10МПД);
при этом обеспечивается надежная связь практически при любых погодных условиях;
достигаемое качество связи аналогично использованию обычного медного или оптоволоконного кабеля;
канал позволяет обмениваться данными на скоростях 10 Мб/с (комплект 10М), или 20 Мб/c (для 10МПД);
решение по установке ИК — оборудования позволило снизить общую стоимость проекта (включая стоимость оборудования и проделанных работ) на 60–70%.

Источник