Радиосвязь

Беспроводные каналы связи

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

Для организации канала передачи данных в диапазонах дециметровых волн (902-928 МГц и 2,4-2,5 ГГц) требуется регистрация в Госсвязьнадзоре. Работа в диапазоне 5,725-5,85 ГГц пока лицензирования не требует.

Чем выше рабочая частота, тем больше емкость (число каналов) систем связи, но тем меньше предельные расстояния, на которых возможна прямая передача между двумя пунктами без ретрансляторов.

Радиоканалы входят необходимой составной частью в спутниковые и радиорелейные системы связи, применяемые в территориальных сетях, в сотовые системы мобильной связи, они используются в качестве альтернативы кабельным системам в локальных сетях и при объединении сетей отдельных офисов и предприятий в корпоративные сети. Во многих случаях применение радиоканалов оказывается более дешевым решением по сравнению с другими вариантами. В территориальных сетях на региональном уровне часто используются радиорелейные линии связи (диапазон частот 15-23 ГГц, связь в пределах прямой видимости, что ограничивает дальность между соседними станциями до 50 км при условии размещения антенн на строениях типа башен). Последовательность станций, являющихся ретрансляторами, позволяет передавать информацию на значительные расстояния. Радиосвязь используется в корпоративных и локальных сетях, если затруднена прокладка других каналов связи. Радиоканал либо выполняет роль моста меж подсетями (двухточечное соединение), либо является общей средой передачи данных в ЛВС, либо служит соединением между центральным и терминальными узлами в сети с централизованным управлением.
В первом случае (связь двух сетей) имеем двухточечное соединение с направленными антеннами, дальность в пределах прямой видимости (обычно до 15-20 км с расположением антенн на крышах зданий) Мост имеет два адаптера: один для формирования сигналов для радио, каналов, другой — для кабельной подсети.
В случае использования радиоканала в качестве общей среды передачи данных в ЛВС сеть называют Radio Ethernet (стандарт IEEE802.11), ее обычно используют внутри здания. В состав аппаратуры входят приемопередатчики и антенны. Связь осуществляется на частотах от одного до нескольких гигагерц. Расстояния между узлами — несколько десятков метров.
В варианте использования радиоканалов для связи центрального и периферийного узлов центральный пункт имеет ненаправленную антенну, а терминальные пункты при этом используют направленные антенны. Дальность связи составляет также десятки метров, а вне помещений — сотни метров.

В оборудование беспроводных каналов передачи данных входят сетевые адаптеры и радиомодемы, поставляемые вместе с комнатными антеннами и драйверами.
Каналы различаются способами обработки сигналов, характеризу-ются частотой передачи, пропускной способностью, дальностью связи.
В условиях высоких уровней электромагнитных помех иногда ис-пользуют инфракрасные каналы связи. В последнее время их стали применять не только в цехах, но и в офисах, где лучи можно направлять над перегородками помещения. Для связи в инфракрасном диапазоне используют приемники/передатчики (трансиверы), модулирующие не-когерентный инфракрасный свет. Трансиверы либо должны находиться в пределах прямой видимости, либо должно использоваться отражение от светлоокрашенной поверхности, например потолка комнаты. Одним из важных различий связи в инфракрасном диапазоне и является то, что лучи, используемые в первом случае, не проникали сквозь стену. Следовательно, интерференция и проблемы конфиденциальности, имеющиеся в СВЧ-системах, в данном случае отсутствуют. Более того, с инфракрасным диапазоном не связаны проблемы, касающиеся выделения частот, так как для использования этого диапазона лицензия не требуется.

Процесс передачи данных

— Инфракрасному (Infrared — ИК) методу передачи данных присуща очень большая
пропускная способность и низкая стоимость, но очень маленькие расстояния, на которые
можно передавать данные.- Узкополосным (Narrowband) технологиям присуща небольшая пропускная способность
и средняя стоимость. Они требуют лицензирования и работают на небольших расстояниях.- Технологии с расширением спектра (Spread spectrum) имеют среднюю стоимость
и большую пропускную способность. Они используются для взаимодействия в пределах
территориальной сети. Данный тип связи используется в оборудовании Cisco Aironet.
Для широкополосных средств персональной связи (Broadband personal communications
service — PCS) характерна низкая пропускная способность, средняя стоимость; они
обеспечивают взаимодействие устройств в пределах города.- Технология с коммутацией каналов и пакетов данных (сотовая система передачи
данных и сотовая система передачи пакетов цифровых данных — Cellular Data and
Cellular Digital Packet Data, CDPD) характеризуется низкой пропускной способностью,
высокой стоимостью передачи данных и обеспечивает покрытие в пределах государства.- Спутниковая связь (Satellite) имеет низкую пропускную способность, высокую стоимость
и обеспечивает покрытие в пределах государства либо всего земного шара.

 * 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.

Безопасность

Так как сигнал DSSS имеет очень маленькую мощность, хакерам не так просто его обнаружить. Одно из главных достоинств DSSS – способность уменьшить энергию сигнала, распределяя мощность первоначального узкополосного сигнала по большей полосе частот, уменьшая в результате спектральную плотность мощности. Это может снизить уровень сигнала до уровня собственных шумов радиосети, таким образом, делая его “невидимым” для потенциальных злоумышленников. В то же время, если «чип», известен или имеет небольшую длину, обнаружить передачу DSSS и восстановить сигнал намного легче, поскольку он имеет ограниченное число несущих частот. Многие системы DSSS предлагают шифрование как функцию безопасности, хотя это увеличивает стоимость системы и уменьшает эффективность работы, вследствие использования дополнительной мощности на кодирование сигнала.

Для успешной настройки на работающую FHSS-систему, злоумышленник должен знать используемые частоты, последовательность скачков, время работы, и метод шифрования. Учитывая, что для диапазона 2.4 ГГц время работы на канале 400 мс и более 75 используемых каналов, почти невозможно обнаружить и следовать за сигналом FHSS, если приемник не сконфигурирован на ту же последовательность скачков. Кроме того, большинство систем FHSS поставляются с расширенными функциями безопасности, такими как динамическое шифрование ключа и контроль циклического избыточного кода.

Сегодня беспроводные локальные сети (WLAN) становятся все более и более популярными. Они используют стандарт 802.11, открытый протокол, разработанный IEEE. Wi-Fi – эмблема стандарта, используемая Ассоциацией контроля совместимости с беспроводным Ethernet (WECA), для сертификации продуктов 802.11. Хотя промышленные FHSS-устройства не поддерживают стандарт Wi-Fi, и поэтому не совместимы с WLAN, при их совместной работе, из-за работы в одной полосе частот, могут возникать помехи. Так как большинство продуктов Wi-Fi работают в 2.4 или 5 гигагерцовых диапазонах, хорошей идеей может оказаться использование, с разрешения руководящего органа, частоты 900 МГц, (в Европе допускается работа только на 2.4 ГГц). Это также обеспечит дополнительную защиту от радиочастотных снифферов (программ, используемых хакерами) применяемых в более популярном 2.4 гигагерцовом диапазоне.

Сетевая безопасность беспроводных технологий является одним из самых обсуждаемых вопросов. Последние статьи о “машине, управляемой хакерами” заставили потенциальных и существующих потребителей засомневаться в эффективности защиты от несанкционированных проникновений в беспроводную сеть. Необходимо понимать, что стандарты 802.11 – стандарты открытые, поэтому легко могут быть взломаны.

Причиной возникшей неразберихи в вопросах безопасности является нечеткое понимание технологии работы различных беспроводных систем. На сегодняшний момент, Wi-Fi (802.11a, b, и g), возможно является лучшей технологией для многих IT-приложений, дома и в небольшом офисе. 802.11 – открытый стандарт, поэтому квалифицированному хакеру достаточно просто обойти защиту сети и перехватить управление системой.

Так как же пользователи беспроводной технологии защищают себя от незаконных проникновений? Во многих приложениях на базе стандарта 802.11 безопасность практически не обеспечивается, и пользователь должен хорошо разбираться в настройке виртуальных частных сетей (VPN), или других сетей безопасности, чтобы защитить себя от нападений. Устройства других стандартов используют протоколы компаний-производителей для защиты сети от злоумышленников, наряду с применением элементов обеспечения безопасности, присущих технологии расширения спектра.

Представление о том, что сети, работающие на лицензируемой частоте, обеспечивают большую безопасность, ошибочно. Если частота известна, можно настроиться на сеть, и подобрав пароль и взломав систему шифрования, получить полный контроль. Все преимущества систем с расширяемым спектром отсутствуют, так как лицензируемые частоты работают в узкой полосе. Скачкообразная смена рабочей частоты с расширением спектра в настоящий момент является самой надежной и безопасной беспроводной технологией.

Wi-Fi

Стандарт беспроводной передачи данных Wi-Fi был создан специально для объединения нескольких компьютеров в единую локальную сеть. Обычные проводные сети требуют прокладки множества кабелей через стены, потолки и перегородки внутри помещений. Также имеются определенные ограничения на расположение устройств в пространстве. Беспроводные сети Wi-Fi лишены этих недостатков: можно добавлять компьютеры и прочие беспроводные устройства с минимальными физическими, временными и материальными затратами. Для передачи информации беспроводные устройства Wi-Fi используют радиоволны из спектра частот, определенных стандартом IEEE 802.11. Существует четыре разновидности стандарта Wi-Fi (табл. 4). 802.11n поддерживает работу сразу в двух частотных диапазонах одновременно на четыре антенны. Суммарная скорость передачи данных при этом достигается 150–600 Мбит/с.

Плюсы и минусы

Сформулируем некоторые ключевые особенности стандарта Wi-Fi. К его достоинствам относятся:

• высокая скорость передачи данных;
• компактность;
• большое разнообразие модулей под разные задачи;
• высокий уровень стандартизации и совместимость между устройствами Wi-Fi разных производителей;
• защита передаваемых данных.

Основные недостатки таковы:

• большое энергопотребление и невозможность работы в течение длительного времени от автономных источников питания;
• относительно высокая стоимость (по сравнению с Bluetooth и ZigBee).

Области применения

Характерные особенности стандарта Wi-Fi диктуют основные области его применения. Это:

• Автомобильная электроника. Модули Wi-Fi могут применяться в системах мониторинга автотранспорта и в бортовых автомобильных системах, поскольку тут практически отсутствуют ограничения по потреблению энергии.
• Системы удаленного управления и телеметрии. Модули Wi-Fi могут применяться наряду с модулями технологий Bluetooth, ZigBee, Short Range RF 434/868 МГц. Главные преимущества — высокая скорость передачи данных и высокий уровень стандартизации.
• Компьютерная и офисная техника. Построение компьютерных сетей для обмена большими потоками данных с высоким уровнем безопасности.

Все перечисленные применения в одинаковой мере актуальны для России и других стран с достаточным уровнем технического оснащения.

Устройства Wi-Fi

Одним из наиболее популярных в России производителей модулей Wi-Fi является тайваньская компания WIZnet. В линейке ее продукции присутствует четыре их основных разновидности (табл. 5). Модуль WIZ610wi  был одной из первых разработок компании. В нем имеется богатый функционал, предоставляемый встроенным стеком Wi-Fi высокого уровня с поддержкой командного интерфейса. Но модуль имел некоторые технические проблемы: очень высокое энергопотребление, сильный нагрев во время работы и большое время загрузки после включения питания. Большинство этих проблем было устранено в модуле WIZ620wi , который, по сути, представляет собой улучшенную и усовершенствованную версию модуля WIZ610wi. Кроме того, WIZ620wi стал поддерживать Wi-Fi 802.11n (2,4 ГГц), на что не был способен его предшественник.

Модуль WizFi210  — самый новый и самый перспективный в линейке. Функционал его ограничен только поддержкой режима работы Serial–Wi-Fi, благодаря чему удалось значительно снизить энергопотребление устройства. Добавлены режимы пониженного энергопотребления (в режиме Standby всего 5 мкА). По этим показателям модуль приближается к некоторым разновидностям модулей Bluetooth и даже ZigBee. Это еще один пример попытки нескольких беспроводных стандартов Short Range RF вступить в конкуренцию.

Модуль WizFi220 — полный аналог модуля WizFi210, но с увеличенной выходной мощностью. Дальность связи может достигать нескольких сотен метров, что позволит ему в ряде случаев конкурировать с модулями, поддерживающими радиосвязь в частотных диапазонах 434/868 МГц и с Bluetooth-модулем WT41 компании Bluegiga (табл. 3).

Первые проекты сотовой связи

Изобретение мобильного телефона стало важной технологической
вехой, изменившей способ общения. Хотя у многих людей разработка мобильных
телефонов ассоциируется с американскими компаниями, самый первый мобильный
телефон был создан в Советском Союзе

В 1958 году Воронежский научно-исследовательский институт
связи (ВНИИС, ныне «Созвездие») разработал систему «Алтай» – первый в мире
мобильный телефон. Система состояла из абонентских телефонов, базовых станций и
антенных систем, которые обеспечивали устойчивую связь между абонентами. Она
представляла собой полноценную телефонную связь, работающую как обычный телефон
– сама находила свободный радиоканал, устанавливала соединение, передавала
набранный телефонный номер и гарантированно соединяла абонентов.

При разработке системы «Алтай» советские инженеры
столкнулись с рядом проблем. Одна базовая станция могла обслуживать только один
мегаполис и имела всего 16 радиоканалов. Антенна, установленная на самой
высокой точке местности, могла обеспечить связь только на десятки километров
вокруг. Несмотря на эти трудности, к 1970 году система «Алтай» работала в
тридцати городах Советского Союза, включая Москву и Ленинград.

Системой «Алтай» в основном пользовались советские партийные
и хозяйственные руководители, которые использовали телефоны, установленные
прямо в их служебных автомобилях. Успех системы заставил советских инженеров
продолжать совершенствовать систему, в том числе расширить диапазон
радиоканалов, сделать абонентские станции меньше по размеру и развернуть систему
к Олимпийским играм 1980 года.

Стоит отметить, что американский прототип такого мобильного
телефона был запущен через год после ввода в эксплуатацию советской мобильной
системы, а его коммерческая эксплуатация началась в 1969 году. Поэтому можно утверждать,
что СССР был лидером в развитии мобильной связи на заре развития этой
технологии. Система «Алтай» была выдающимся достижением в истории технологии
мобильных телефонов, которое проложило путь для будущих инноваций в мобильной
связи.

Первые западные проекты сотовой связи были коммерческими.
Одной из самых ранних инициатив была система Advanced Mobile Phone System
(AMPS), которая была запущена в 1978 году компанией Bell Labs в США. AMPS была
аналоговой системой, которая использовала множественный доступ с частотным
разделением (FDMA) для разделения частотного спектра на отдельные каналы для
нескольких пользователей. Эта технология позволяла одновременно использовать
одну и ту же частоту несколькими пользователями в разных местах, что было
большим прорывом для того времени.

В начале 1980-х годов в Скандинавии была разработана система
Nordic Mobile Telephone (NMT), которая представляла собой цифровую систему,
использующую множественный доступ с временным разделением (TDMA) для разделения
частотного спектра на временные интервалы для нескольких пользователей. Это
позволило увеличить емкость и улучшить качество звонков по сравнению с AMPS.

В 1983 году первая коммерческая сотовая сеть была запущена в
США компанией Ameritech в Чикаго. Эта сеть использовала технологию AMPS и
позволяла пользователям совершать телефонные звонки со своих автомобильных
телефонов. В течение следующих нескольких лет сотовые сети были запущены в
других странах, включая Японию, Великобританию и Германию.

Первая цифровая сотовая сеть была запущена в 1991 году в США
компанией Sprint с использованием технологии множественного доступа с кодовым
разделением каналов (CDMA). CDMA позволила увеличить емкость и улучшить
качество звонков по сравнению с AMPS и TDMA.

Принципы построения каналов

Проектировщик решает последовательно круг задач:

1. Выбор частотного диапазона.
2. Обоснование метода модуляции.
3. Обеспечение электромагнитной совместимости путём указания соответствующих конструкций антенн.
4. Расчёт мощности, дальности.
5. Решение вопроса о необходимости применение кодирования информации, включая избыточность пакетов.
6. Определение конструкции устройств, возможности покупки готовых узлов системы.
7. Указание способов монтажа, транспортировки, хранения, использования.
8. Гарантийные условия.

Инженер обязан уметь найти необходимые сведения, преследуя специфические цели заказчика. Знать наизусть громадный объем не позволяют современные технологии обучения, переподготовки персонала. Перечень литературы зачастую пестрит иностранными изданиями. Важный пункт – знание английского языка, умение пользоваться мировой паутиной.

Виды радиосвязи

Стоит рассмотреть виды радиосвязи, которые применяются на сегодняшний день – каждая из них имеет обширное применение в разных направлениях.

Радиорелейная связь

В данном случае используются многочисленные средства радиосвязи наземного типа, представленные в виде ретрансляторов. Ключевой особенностью является то, что передача сигнала осуществляется многократно, и именно за счет того, чтобы ретрансляторы современного типа выполнены достаточно качественно, передача радиосвязи оказывается качественной – первоначальный сигнал сохраняется на протяжении всего пути передачи. На каждом ретрансляторе имеется все необходимое оборудование для того, чтобы волны радиосвязи передавались качественно дальше – усилители сигнала, механизмы очистки его от многочисленных помех и тому подобное.

Заметить подобное устройство радиосвязи может каждый человек, так как вышки располагаются по всей стране, имеют внушительную высоту и окончания антенной мачтой. Они не представляют опасности для людей или окружающей среды, а потому свободно устанавливаются повсеместно.

Радио релейная связь

Передача сигналов через спутник

Это второй этап развития, через который прошла современная цифровая радиосвязь. Ключевая особенность заключается в том, что дальность радиосвязи становится в сотни раз выше, так как спутник размещается уже не непосредственно на земле, а на орбите планеты. Вследствие этого площадь покрытия становится столь обширной, что не требуется использование огромного количества ретрансляторов. При этом качество сигнала – выше.

Основное преимущество создания подобной линии радиосвязи заключается в том, что нет необходимости выстраивать огромное количество ретрансляторов, что помогает сэкономить время и минимизировать необходимость проведения частого ремонта. При этом диапазоны радиосвязи оказываются не менее обширными, а местами – даже более.

Спутниковая связь

Сотовая связь

Активно развивающиеся радиосвязь и телевидение привели к появлению сотовой связи – относительно молодого направления радиосвязи, которое также было основано при учете ключевых его принципов. Для улавливания и передачи связи используются специализированные вышки, которые установлены по территории всей страны. При этом у каждого оператора имеются собственные вышки, на которых установлены свои определенные частоты радиосвязи, которые имеют особые характеристики. Площадь покрытия имеет значительные ограничение, однако использование радиосвязи подобного типа имеет огромное распространение во всем мире. Установка вышек в новых местах позволяет привлечь пользователей к услугам нового оператора, но иногда это оказывается совершенно не выгодно для компании. Именно поэтому качество связи на территории страны значительно розница в регионах.

В зависимости от используемой технологии передачи сигнала, устанавливаются определенные стандарты и требования к связи.

Сотовая связь

3G/4G/5G интернет (сети общего пользования)

Однозначно самый популярный и востребованный способ беспроводного подключения к сети Интернет — это использование сетей 3G и 4G LTE операторов сотовой связи. Такие сети в нашей стране предлагают как операторы «большой четвёрки» (Мегафон, Билайн, МТС, Теле2), так и местные операторы типа Вайнах Телеком, ФрешТел, Летай и др. Неоспоримым преимуществом данного способа подключения интернета является универсальность оборудования, за счёт чего подключить интернет можно практически везде, кроме самых отдалённых районов, гор, крайнего севера, тайги и т.д. Однако, в этих районах и потребителей мало. В густонаселённых районах операторы активно развивают сети 4G LTE и приступают к реализации 5G, т.к. именно эти технологии сулит много преимуществ, прежде всего высокую скорость и стабильность соединения. Высокая степень доступности (около 90%) Высокая скорость (до 300 Мбит/с в сетях LTE-Advanced, в среднем около 20-50 Мбит/с) Безлимитный интернет (для абонентов БИТ.ОНЛАЙН) Низкая стоимость и универсальность оборудования Использование различных сетей 3G/4G для подключения Сложность самостоятельного монтажа и настройки оборудования

Компания БИТ.ОНЛАЙН специализируется на подключении беспроводного интернет в сетях 3G и 4G LTE операторов Билайн, Мегафон, МТС, Теле2. Мы предлагаем полностью безлимитные тарифы, высококачественное оборудование, установку, настройку и монтаж «под ключ». Наши опытные специалисты проведут замер сигнала различных операторов, подберут необходимое оборудование и подключат интернет в кратчайшие сроки. Звоните ️ 8-800-707-72-44
.

Для доступа в интернет по радиоканалу в России используют технологии, известные под общим названием 4G и соответствующие стандартам связи четвертого поколения. Фактически это два стандарта мобильной связи:

• LTE Advanced. Получил наибольшее распространение, хотя и стал использоваться несколько позже WiMAX. Позволяет пользователю получать доступ к данным в сети со скоростью до 300 Мбит в секунду.
• WiMAX. Существует в форматах оказания услуг для стационарных и мобильных абонентов. Технология рассчитана на дальнее действие и позволяет обеспечить доступ в сеть со скоростью на ячейку до 1 Гбит в секунду.

Технологии доступа к сети интернет с помощью кабельного подключения обладают рядом преимуществ, из которых главное — возможность высокоскоростного доступа. Их ключевой недостаток — дороговизна прокладки коммуникаций, необходимых для подключения абонентов, а в некоторых случаях — нерентабельность работ по закладке кабеля для подключения единичного пользователя.

Технологии доступа в интернет по радиоканалу решают эту проблему. С их использованием для абонента главное — находиться в зоне покрытия ретрансляционных вышек. С точки зрения оператора такой тип подключения абонента также дешевле: установка и поддержание эксплуатации антенн дешевле работ по прокладке кабельных коммуникаций.

Разновидности

Критериями деления могут являться:

1. Частота (ДВ, СВ, КВ, УКВ, СВЧ…).
2. Модуляция (амплитудная, фазовая, частотная, ШИМ, ВИМ…).
3. Тип сигнала (цифровой, аналоговый, дискретный…).
4. Поляризация (круговая, линейная, эллиптическая…).
5. Уровень подготовки абонентов (профессиональная, любительская…).
6. Назначение (рабочая, служебная, домашняя, технологическая, тестировочная…).
7. Местоположение абонентов, узлов (космическая, наземная…).
8. Степень подвижности приёмопередающих устройств (мобильная, стационарная, транспортная…).
9. Факт участия человека (автоматическая, автоматизированная, живая…).