tanenbaum_seti_all.pages (525408), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Кабель довольно хрупкий и ломается в местах сильных изгибов. Кроме того, поскольку оптическая передача данных является строго однонаправленной, для двухсторонней связи требуется либо два кабеля, либо две частотные полосы в одном кабеле. Наконец, оптический интерфейс стоит дороже электрического. Тем не менее очевидно, что будущее цифровой связи на расстояниях более нескольких метров — за волоконной оптикой. Подробнее обо всех аспектах оптоволоконных сетей см. (НесЬг, 2001).
Беспроводная связь В наше время появляется все большее количество информационных «наркома- новь — людей с потребностью постоянно находиться в подключенном режиме (оп-йпе). Таким пользователям никакие кабельные соединения, будь то витая пара, коаксиальный кабель нли оптическое волокно, пе полходят. Им требуются но- 130 Глава 2.Физическийуровень лучать данные непосредственно на переносные компьютеры, лэптопы, ноутбуки, электронные записные книжки, карманные компьютеры, палмтопы и компьютеры, встроенные в наручные часы.
Короче говоря, они предпочитают пользоваться устройствами, не привязанными к наземным инфраструктурам. Для таких пользователей беспроводная связь является необходимостью. В данном разделе мы познакомимся с основами беспроводной связи, поскольку у нее есть ряд других важных применений, кроме предоставления доступа в Интернет желающим побродить по нему, лежа на пляже. Существует мнение, что в будущем останется только два типа связи — оптоволоконная и беспроводная. Все стационарные (то есть не переносные) компьютеры, телефоны, факсы и т. д.
будут соединяться оптоволоконными кабелями, а все переносные — с помощью беспроводной связи. При некоторых обстоятельствах беспроводная связь может иметь свои преимущества и для стационарных устройств, Например, если прокладка оптоволоконного кабеля осложнена природными условиями (горы, джунгли, болота и т.
д,), то беспроводная связь может оказаться предпочтительнее. Следует отметить, что современная беспроводная связь зародилась на Гавайских островах, где людей разделяли большие пространства Тихого океана и обычная телефонная система оказалась неприменима, Электромагнитный спектр Движение электронов порождает электромагнитные волны, которые могут распространяться в пространстве (даже в вакууме).
Это явление было предсказано британским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом ()ашеэ С!егк Махчке!1) в 1865 году. Первый эксперимент, при котором их можно было наблюдать, поставил немецкий физик Генрих Герц (Не(пг(с11 Негщ) в 1887 году. Число колебаний электромагнитных колебаний в секунду называется частотой, у", и измеряется в герцах (в честь Генриха Герца).
Расстояние между двумя последовательными максимумами (или минимумами) называется длиной волны. Эта величина традиционно обозначается греческой буквой 1. (лямбда). Если в электрическую цепь включить антенну подходящего размера, то электромагнитные волны можно с успехом принимать приемником на некотором расстоянии. На этом принципе основаны все беспроводные системы связи. В вакууме все электромагнитные волны распространяются с одной и той же скоростью, независимо от их частоты.
Эта скорость называется скоростью света, с. Ее значение приблизительно равно 3 10' м/с, или около одного фута (30 см) за наносекунду. (Можно было бы переопределить, воспользовавшись таким совпадением, фут, постановив, что он равен расстоянию, которое проходит электромагнитная волна в вакууме за 1 нс. Это было бы логичнее, чем измерять длины Размером сапога какого-то давно умершего короля.) В меди или стекле скорость света составляет примерно 2/3 от этой величины, кроме того, слегка зависит от частоты. Скорость света современная наука считает верхним пределом скоростей.
Быстрее не может двигаться никакой объект или сигнал. Величины ~, Х и с (в вакууме) связаны фундаментальным соотношением Х7 =с. (2.2) Беспроводнаясвязь 1З1 Поскольку с является константой, то, зная 1,мы можем определить Х, и наоборот. Существует мнемоническое правило, которое гласит, что Аг"м 300, если Х измеряется в метрах, а г' — в мегагерцах, Например, волны с частотой 100 МГц имеют длину волны около 3 и, 1000 МГц соответствует 0,3 м, а длине волны 0,1 м соответствует частота 3000 МГц. На рис. 2.9 изображен электромагнитный спектр. Радио, микроволновый, инфракрасный диапазоны, а также видимый свет люгут быть использованы для передачи информации с помощью амплитудной, частотной или фазовой модуляции волн.
Ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучения были бы даже лучше благодаря их высоким частотам, однако их сложно генерировать и модулировать, они плохо проходят сквозь здания и, кроме того, они опасны для всего живого. Диапазоны, перечисленные в нижней части рис. 2.9, представляют собой официальные названия 1Т(3, основанные на длинах волн. Так, например, низкочастотный диапазон (ЕР, ялте Ггег!пепсу) охватывает длины волн от 1 км до 10 км (что приблизительно соответствует диапазону частот от 30 кГц до 300 кГц).
Сокращения 1.Р, МГ и НР обозначают Ест» Ргег!пепсу (низкая частота), Мейшп Ргег!пепсу (средняя частота) и Н!яЬ Ггейпепсу (высокая частота) соответственно. Очевидно, при назначении диапазонам названий никто не предполагал, что будут использоваться частоты выше 10 МГц, поэтому более высокие диапазоны получили названия УНГ (чету Ь!яЬ ггег!пенсу — очень высокая частота), ()НР (ц!ггаЬ!ВЬ !тейп енсу — ультравысокая частота, УВЧ), 3Н Г (энрегЬ!ВЬ !гейпепсу— сверхвысокая частота, СВЧ), ЕНР (Ехггете!у Н!ЕЬ Ггег!пепсу — чрезвычайно высокая частота) и ТНР (Тгетепг!опз!у Н!ЕЬ Ггеопепсу — ужасно высокая частота). Выше последнего диапазона имена пока не придуманы, но если следовать традиции, появятся диапазоны Невероятно (1псгейЫу), Поразительно (Азгоп!зЬ!пя!у) и Чудовищно (Ргойя!опз!у) высоких частот (1ТГ, АТР и РТР).
бгц !оо !от то" !ов !оз !ого !ом !ом !ото !о1з !ом !о" тоз4 ндимыи свет Г Гц тп4 тэз 1эв !От !Оз !Оз Диапазон Ьр МЕ Нг 'тНг 'миг ЗНЕ ЕНТ ТНЕ рмс. 2.9. Электромагнитный спектр и вго применение в связи 132 Глзйа 2. Физический уровень <~~ с д ~у Если теперь перейти от дифференциалов к конечным разностям и рассматрн. вать только абсолютные величины, мы получим: сдх )2 (2.3) Таким образом, зная ширину диапазона длин волн йл, мы можем вычислить соответствующий ей диапазон частот д/ и скорость передачи данных, которую может обеспечить данный диапазон. Чем шире диапазон, тем выше скорость передачи данных.
Например, рассмотрим 1,30-микронный диапазон, изображенный на рис. 2.5. Здесь мы имеем К= 1,3 10-' и Ы = 0,17 10 ', так что б/ примерно равно 30 ТГц. Тогда, скажем, при 8 бит/Гц мы получаем 240 Тбит/с. Большинство систем связи используют узкие полосы частот (то есть Ь///<1), что позволяет обеспечить уверенный прием сигнала (большое соотношение ватт/герц). Однако иногда используются и широкие полосы. При этом возмож. ны два варианта.
Когда применяется расширенный спектр с перестройкой час готы, то передатчик изменяет частоту работы сотни раз в секунду. Этот мегод очень популярен в военных системах связи, потому что такой сигнал тяжело пер' хватить и почти невозможно заглушить. Он также обладает хорошей зашише" пастью от многолучевого затухания, поскольку прямой сигнал всегда прнхолит на пРиемник первым.
Все отраженные сигналы проходят больший путь и следов~ тельно, приходят позлиее. За это время приемник успевает сменить частоту Рабе™ и сигналы, приходящие с исхолной частотой, им игнорир отса, Тем самым прэ"' тически, искл ски.и ю ся наложение прямого и' раженного си ок В щщие уг т годы данный мего п данный метод получил широкое распространение и применяется не пивко еннымн, но и комьгерческимн системами, Его можно встретить з 802.11 и В)оегоог~' С историей изобретения метода перестройки частоты связан олин курью ним из его изобретателей бьша австрийская секс-дива Хэди Ламмар (Неву (лш пиг) — первая женщина, снявшаяся в кино в обнаженном виде (это был чешск"й л ол названием чйхамеь).
Ее первый муж занимался произвол фильм 1933 года по ством оружия и как-то аз - о раз рассказав Хэди, как легко блокируются ралиоси""ю' у р р едами. Когда вдруг обнаружилось, что он п одает вооружение управления то ледами. гитлеровской а мин, Хэ и б р " р, Хзди была вне себя. Оиа переоделась горничной и сбез"'"э ро из дома. Поехала в Голлив, г бодное от аботы в мя вз ивущ тле прололжила свою актерскую карьеру. А в сео р р а н из брела м од пер ройки частоты. Хвдя мечтала хоть чем-нибудь помочь союзным войскам.
В ее схеме использовал ° Количество информации, которое может переносить электромагнитная на, связано с частотным диапазоном канала. Современные технологии пснв кодировать несколько бит на герц на низких частотах. При некоторых условиях вто число может возрастать восьмикратно на высоких частотах. Таким обр по коаксиальному кабелю с полосой пропускания 750 МГц можно перед нескольких гигабит в секунду. Из рис. 2.9 должно быль понятно, почему ботчики сетей так любят оптоволоконную связь.
Если решить уравнение (2.2) относительно/и продифференцирова мы получим; Беспроводная цвйзз 88 частот, по числу клавиш (и частот) на пианино. Вместе со сноим другом! (йшь! позитором Лжорджем Антейлом (Сеогйе Апгпе!1), они запатентовали свое й!(й~~! бретение (патент гй 2 292 887). К сожллению, Хэди не удалось убедить военно-'. морской флот США в том, что метод перестройки частот может иметь какоесэо практическое значение, поэтому никаких гонораров за изобретение получено не' было. Только через много лет после окончания срока действия патента метод передачи лепных, прилуманный киноактрисой и композитором, стал популярен.
Еще один метод, использующий широкую полосу частот, называется расширенным спектром с прямой последовательностью. Он тоже становится со временем все более популярным. В частности, этот метод используется в некоторых мобильных телефонах второго поколения, и к третьему поколению он станет доминирующим в этой области благодаря хорошей эффективности именно такого спектра, помехозащищенности и другим свойствам. В некоторых беспроводных ЛВС этот метод работает, поэтому далее мы еше вернемся к этой теме. Занимательную и подробную историю средств связи с расширенным спектром см. в книге (ЗсЬо!гх, !982).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
