Что такое радиосигналы?

Радиосигналы (RF signals) — это электромагнитные волны, которые система связи использует для передачи информации через воздушную среду от одной точки к другой. Такие сигналы используются уже много лет. Именно благодаря им мы мо- жем слушать радиопередачи и смотреть телевизионные трансляции. В действитель- ности радиосигналы являются более распространенным средством передачи дан- ных, чем беспроводные сети.

Параметры радиосигналов

Радиосигнал передается от антенны передающей станции к антенне приемной. Сигнал, подаваемый на антенну, характеризуется амплитудой, частотой и фазой. За счет изменения этих параметров можно посредством радиосигналов передавать информацию.

Амплитуда определяет интенсивность радиочастотного сигнала. Мерой амплитуды является мощность, которая аналогична затраченным усилиям человека, преодолевающего на велосипеде определенное расстояние. Мощность — это количество энергии, необходимой для преодоления сигналом определенного расстояния. Если мощность возрастает, то увеличивается и дальность связи.

Поскольку радиосигнал распространяется через воздушную среду, его амплитуда уменьшается. В случае отсутствия препятствий радиосигналы испытывают то, что инженеры называют потери в свободном пространстве, они являются одной из причин затухания сигнала. Кроме того, амплитуда сигнала уменьшается экспоненциально по мере увеличения расстояния между передатчиком и приемником. Экспоненциальное затухание модулированного сигнала вызывает атмосфера, если он распространяется достаточно далеко от антенны. Следовательно, сигнал должен обладать достаточной мощностью для того, чтобы преодолеть нужное расстояние и иметь после этого уровень, достаточный для выделения его из шумов приемным устройством.

Однако способность приемника улавливать сигнал зависит и от наличия других радиочастотных сигналов. Чтобы проиллюстрировать это, представим двух людей, Эрика и Серину, которые разделены расстоянием примерно в 7 м (20 футов) и пытаются разговаривать. Серина, выполняя роль передатчика, говорит достаточно громко, чтобы Эрик, приемник, мог слышать каждое ее слово. Если их ребенок, Мэдисон, громко кричит, Эрик может пропустить несколько слов. В данном случае эффективная связь невозможна из-за помехи со стороны ребенка. Или Эрик и Серина должны подойти ближе друг к другу, или Серина должна говорить еще громче.

Это хорошая аналогия того, как передатчики и приемники беспроводной системы используют для связи радиочастотные сигналы.

Частота (frequency) свидетельствует о том, сколько раз в секунду сигнал повторяет сам себя1. Единица измерения частоты — герц (Гц), значение частоты соответствует числу циклов, происходящих в течение секунды. Например, беспроводная локальная сеть стандарта 802.lib работает на частотах порядка 2,4 Гбит/с; это означает, что количество циклов колебаний составляет примерно 2 400 000 000 в секунду.

Фаза соответствует тому, насколько далеко сигнал отстоит от какой-то исходной точки2 Традиционно принято считать, что каждый цикл сигнала соответствует повороту фазы на 360 градусов. Например, сдвиг фазы сигнала может составлять 90 градусов, это означает, что сдвиг фазы равен четверти (90/360 = 1/4) от полного цикла сигнала. Изменение фазы может быть использовано для передачи информации. Так, сдвиг фазы сигнала на 30 градусов можно представить как двоичную 1, а сдвиг фазы на 60 градусов — как двоичный 0. Важным преимуществом представления данных в виде сдвигов фазы является снижение влияния затухания сигнала при его распространении через среду. Затухание обычно влияет на амплитуду, а не на фазу сигнала.

Преимущества и недостатки радиочастотных сигналов

Преимущества радиочастотных сигналов по сравнению со световыми делают их эффективными для применения в большей части беспроводных сетей. Большинство стандартов беспроводных сетей, таких как 802.11 и Bluetooth, регла- ментируют применение именно радиочастотных сигналов.

Преимущества
Относительно большая дальность связи, до 35 км, при условии прямой видимости
Высокая работоспособность в условиях слабого и сильного тумана; только сильный дождь ухудшает характеристики
Не требуется лицензия (только для систем стандарта 802.11)

Недостатки
Меньшая пропускная способность, порядка Мбит/с
Подверженность помехам со стороны внешних систем, использующих радиоволны
Низкая защищенность, поскольку радиоволны распространяются за пределы строений