Комиссия по радиочастотам рассмотрит еще один диапазон для 5G в России
Российские операторы связи могут получить частоты еще в одном диапазоне для строительства сетей пятого поколения. В IV квартале 2021 г. Государственная комиссия по радиочастотам планирует рассмотреть результаты проведения научных, исследовательских, опытных, экспериментальных и конструкторских работ на пилотной зоне сетей 5G в диапазоне 6–7 ГГц. Это следует из протокола плана работы комиссии на следующий год (с копией документа ознакомились «Ведомости»).
К проведению исследований в указанном диапазоне планируется привлечь китайского производителя коммуникационного оборудования и электроники Huawei. Компания предоставит свое оборудование и специалистов, объяснил человек, близкий к Huawei.
В Минцифре отказались от комментариев.
Согласно протоколу, результаты исследований могут быть предложены Россией в качестве дополнительного радиочастотного спектра для сетей 5G на Всемирной конференции радиосвязи в 2023 г.
(проводится раз в четыре года).
В подавляющем большинстве стран мира стандартом для 5G принят диапазон 3,4–3,8 ГГц. Он оптимален с точки зрения массового покрытия сетями 5G крупных городов, подтверждают представители операторов. Именно эти частоты обеспечивают высокие скорости передачи данных при относительно небольшом количестве базовых станций, на них ориентируются производители сетевого и абонентского оборудования. Однако в России эти частоты заняты спутниковой связью, которой пользуются госведомства, в том числе силовые структуры. Поэтому в России основным для 5G был выбран диапазон 4,4–4,9 ГГц.
Диапазон 4,4–4,9 ГГц не является глобально-гармонизированным, говорит представитель пресс-службы «Мегафона». О своих намерениях рассматривать его для 5G заявили в ходе Всемирной конференции радиосвязи 2019 г. только отдельные страны, в основном страны Африки и Юго-Восточной Азии, продолжает он. Однако до развертывания сетей дело не дошло, в этих странах, как и в Европе, массовые запуски проходят в основной полосе 3,4–3,8 ГГц, объясняет представитель оператора.
Диапазон 4,4–4,9 ГГц используется для работы воздушной и морской пограничных служб Эстонии, Латвии, Литвы и Польши, поэтому строительство базовых станций возможно лишь на удалении 300 км от сухопутной границы и 450 км – от морской. В эту зону попадает и Санкт-Петербург: расстояние от города до российско-эстонской границы составляет всего 134 км. Тестируемый диапазон 6–7 ГГц сможет обеспечить связь пятого поколения как раз в этих районах, объясняет человек, близкий к Huawei. Однако он также не сможет быть основным, поскольку дальность работы базовых станций в нем намного меньше, чем в диапазоне 3,4–3,8 ГГц, и меньше, чем в диапазоне 4,4–4,9 ГГц, а значит, станции нужно будет устанавливать еще чаще, что, в свою очередь, увеличивает стоимость развертывания сети, предупреждает человек, близкий к одному из крупных операторов связи.
Сейчас в диапазоне 6–7 ГГц работают преимущественно средства фиксированной радиосвязи и радиорелейные линии связи (РРЛ), говорят представители «Мегафона» и Тele2.
В США, например, диапазон 6 ГГц рассматривается американской Федеральной комиссией по связи (FCC) как стандарт для технологии WiFi 6, добавляет эксперт НИИ радио Евгений Девяткин.
Для работы мобильной связи он не выделялся, знают они. Международный союз электросвязи рассматривает диапазон 6–7 ГГц исключительно как полосу расширения для уже выделенных полос частот сетей мобильной связи поколений 2–5 G, говорит представитель «Мегафона». То, что регулятор задумывается о полосе 6425–7100 МГц, – положительная инициатива, но только на среднюю и дальнюю перспективу, рассуждает представитель Tele2 Дарья Колесникова. Единственное преимущество диапазона 6–7 ГГц – дополнительная емкость к 3,5 ГГц, но для полноценного запуска 5G в России он никак не может стать основным, подтверждает она.
Радиочастотный диапазон и стереофоническое радиовещание
Радиочастотный диапазон
Согласно международной конвенции электросвязи (г. Монтре, 1965 г.), любые устройства и радиостанции, излучающие электромагнитные волны, должны быть регламентированы.
Мировое пространство в отношении распределения радиочастот делится на три района: первый — Европа и Африка, второй — Северная, Южная Америка и Гренландия, третий — Азия и Австралия. Россия и СНГ входят в состав первого района.
Группа (или категория) качества — это совокупность свойств, обуславливающих заданные технологические характеристики.
1. Высшая группа «О» — комплексы по производству радиопродукции в стереофоническом или (и) монофоническом режимах в диапазоне частот 40 Гц-15 кГц.
2. Подгруппа «Оац» — комплексы по производству радиопродукции с аналого-цифровым оборудованием (с применением цифровых устройств записи-воспроизведения).
3. Подгруппа «Оа» — комплексы по производству радиопродукции с аналоговым оборудованием.
4. Первая группа «1» — комплексы по производству радиопродукции в монофоническом режиме в диапазоне частот 50 Гц-10 кГц.
Радиоволны составляют электромагнитное поле, создаваемое антенной системой в окружающем пространстве при питании ее током высокой частоты.
Распространение электромагнитного поля напоминает движение волн по поверхности воды и происходит с высокой скоростью — 300 000 км/сек. Радиоволны, распространяющиеся вдоль поверхности Земли, называются поверхностными, а под различными углами — пространственными. И те, и другие распространяются в атмосфере. Атмосфера неоднородна, нижний ее слой (10-15 км) называется тропосферой, а верхний — ионосферой (до 500-600 км от поверхности Земли). В обычном состоянии воздух не проводит электричество, но под воздействием солнечных лучей происходит ионизация слоев воздуха, отчего ионы могут поглощать, отражать или искривлять направление радиоволн. Это качество особенно заметно на высоте более 80-100 км. Пространственные радиоволны, проходя через различные слои атмосферы, способны менять свое направление: чем выше степень ионизации слоев воздуха, тем больше будет искривление радиоволн. Поверхностные радиоволны обладают способностью искривлять траекторию своего движения, как бы следуя кривизне Земли, это явление называется рефракцией.
Электромагнитные волны, используемые для различных видов радиосвязи в зависимости от их длины, подразделяют на следующие диапазоны:
Длинные волны (АМ)
Средние волны (АМ)
Короткие волны (АМ)
Стереофоническое радиовещание
При монофонической передаче звука его воспроизведение обычно осуществляется при помощи одного динамика» но даже при использовании нескольких громкоговорителей воспроизводимые звуковые колебания будут идентичными. Слушатель мгновенно понимает искусственность (ненатуральность) подобного звучания.
Направление на источник звука человек определяет без труда. Звук представляет собой колебания воздуха. Эти колебания распространяются в воздушной среде со скоростью 330 метров в секунду. Если они доходят до человека справа, то правое ухо на тысячную долю секунды воспринимает их раньше, чем левое.
Последовательность восприятия звука двумя органами слуха позволяет человеку определить, откуда идет звук. Причем в горизонтальной плоскости погрешность определения направления звука минимальна (всего 3%). Следовательно, чтобы добиться более естественного звучания, необходимо получить эффект локализации источников звука. Например, во время прослушивания пьесы радиослушатель должен «видеть» перемещение актеров по сцене, а при восприятии оркестра мог определять солирующий инструмент. Некоторую роль при этом играет и отражающая способность черепа (экранирующее действие головы) — звук, идущий справа, достигает левого уха ослабленным. Если источник звука находится на одинаковом расстоянии от обоих ушей спереди или сзади, то определить направление звука невозможно.
Абсолютно точную передачу звучания с эффектом локализации и тоновой передачей можно осуществить только теоретически: для этого необходимо, чтобы помещения, где располагается оркестр и где будет находиться потенциальный слушатель, полностью совпадали.
Перед каждым музыкальным инструментом во время записи необходимо расположить отдельный микрофон, а в помещении для прослушивания именно на этом месте установить громкоговоритель. Кроме того, необходимо, чтобы каждый микрофон, а соответственно, и динамик воспроизводили музыкальные инструменты с полной гаммой звучания, и при этом подобрать диаграмму направленности микрофонов таким образом, чтобы на мембрану отдельного микрофона попадали звуки исключительно отдельного инструмента и т.д.
Удовлетворительно естественную передачу звука можно реализовать при двухканальной передаче — стереофонии, при которой у слушателя во вторичном помещении создается эффект присутствия в первичном помещении. Стереофония дает возможность воспринимать звук более естественно, создает эффект локализации источника звучания, объемности и «прозрачности» звука.
Для формирования стереосигнала используются различные способы. Теоретически во время записи можно использовать два одинаковых симметрично расположенных микрофона.
В этом случае близкий к одному микрофону источник звука преобразуется в более сильный сигнал и приходит с некоторым запозданием ко второму микрофону. При движении источника звучания изменяется интенсивность и временной сдвиг звука между микрофонами. При воспроизведении двумя динамиками у слушателя будет создаваться эффект перемещения звукового источника. Но в этом случае радиопередача будет некачественно восприниматься в монофоническом режиме, так как звуковые волны будут достигать микрофонов с некоторым сдвигом по времени. Следовательно, данный прием записи для радиовещания неприменим из-за того, что не все слушатели имеют возможность принимать информацию на стереоприемники.
Для проверки совместимости моно- и стереосигналов применяются специальные устройства — стереогониометры или стереокоррелометры, показывающие визуально присутствие в сигнале противофазных составляющих.
Для совмещения возможности приема в моно- и стерео-режимах может применяться схема записи на совмещенные микрофоны, каждый из которых будет отличаться диаграммой направленности, а стереоэффект формирует за счет различных уровней сигналов: например, из одного динамика от общего микрофона (приемник градиента давления) будет слышен весь зал, а из другого — кардиоидного (приемник давления) — солирующий инструмент.
Выраженность стереофонического вещания, передача тембра и эффект присутствия во многом зависят от выбора и правильного расположения микрофонов. На первых порах при внедрении стереофонии применялся метод «искусственной головы »: на месте ушей головы манекена устанавливалась пара микрофонов; пространственное разделение ощущалось на высоких частотах. При записи классической музыки «искусственная голова» себя оправдывает из-за эффекта единства звучания оркестра. Солист, находящийся в центре сцены, воздействует на оба микрофона одинаково и при прослушивании слышен из двух громкоговорителей с равной силой, то есть будет находиться в центральной точке между динамиками. А смещенные от центральной оси звуки благодаря «эффекту Хааса» (эффект предварения) будут локализовываться ушами слушателя. В современной звукозаписи для прослушивания музыкальных фрагментов через наушники вновь используется метод «искусственной головы».
При студийной записи в настоящее время в основном применяется помикрофонный способ расстановки микрофонов: для каждого музыкального инструмента устанавливается отдельный монофонический микрофон. Далее на звукорежиссерском пульте производится обработка каждого канала, подбирается оптимальный уровень и тембр сигнала, и в устройстве, называемом панорамным регулятором, множество монофонических сигналов распределяется по двум стереофоническим каналам. Таким образом, при воспроизведении отдельно записанный музыкальный инструмент может располагаться в соответствии с замыслом звукорежиссера в любой точке, и слушатель воспринимает звук более естественно, как бы звучащим из множества точек.
При любых способах записи должна быть обеспечена прямая совместимость стерео- и моновещания, то есть стереофоническая передача должна быть качественно принимаемой монофоническим приемниким, и наоборот, монофоническая передача — стереофоническим приемником, разумеется, в обоих случаях без стереоэффекта.
Это же правило неукоснительно соблюдается и для звукового сопровождения телевизионных передач. Звуковая стереофония все шире и шире внедряется в телевещание, несмотря на малое расстояние между динамиками из-за относительно небольшого размера экрана. При стереофонической записи сигналы корректируются и обрабатываются в микшерном пульте, после чего поступают в мастер-рекордер. При использовании аналоговых студийных магнитофонов первичные записи для сведения многоканального звучания к двухканальному используются исключительно для перезаписи, из-за чего неизбежно возникают искажения и помехи. Несмотря на это, многие специалисты считают, что использование аналоговых магнитофонов обеспечивает наибольшую естественность звучания. В настоящее время для записи классической музыки нередко используют аналоговые устройства стереозаписи с высокой скоростью движения магнитной ленты (76 см/сек). В отличие от монофонического магнитофона, аналоговый стереомагнитофон имеет два симметричных канала записи и воспроизведения звука.
В цифровых стереомагнитофонах запись осуществляется либо продольно неподвижными головками, либо наклонно-строчно вращающимися головками. Цифровое кодирование сигнала позволяет избавиться от искажений, вызванных структурой магнитной ленты и, главное, дает возможность в дальнейшем использовать нелинейный монтаж по адресно-временным кодам.
При внестудийной стереофонической записи могут применяться устройства записи на мини-диски, но в этом случае для экономии дискового пространства используются алгоритмы сжатия, срезающие часть звуковой информации.
Стереофоническое радиовещание обычно ведется в УКВ-1 и УКВ-2 (FM) диапазонах, обеспечивающих высшую категорию качества и низкий уровень атмосферных и промышленных помех.
www.broadcasting.ru
Все статьиОбзор Рынок беспроводных технологий 2006 подготовлен Арсенал: Карта частот в РоссииВ России, в отличие от других стран, нет свободных нелицензируемых частотных диапазонов, на которые не нужно разрешение регулятора. Читая рекламные буклеты производителей радиооборудования, которые указывают на возможность работы в нелицензируемых (license free) диапазонах частот, демонстрируя тем самым преимущества своих систем, необходимо помнить, что в России таких частот просто нет. Все частоты принадлежат государству, и на их использование требуется получать разрешения. Более того, доступны далеко не все частоты, а лишь узкие «нарезки» из частотного спектра, которые нужно ухитриться использовать по назначению. Ситуация осложняется тем, что как правило все «ходовые» свободные частоты (по крайней мере, в крупных и средних городах) уже давно заняты другими операторами, и выход новых игроков рынка на это поле фактически закрыт, если только они не готовы поглотить конкурентов вместе с принадлежащими им частотами. По данным Россвязи, в диапазоне частот до 50 ГГц доля радиочастотного спектра, выделенного для преимущественного использования радиоэлектронными средствами (РЭС) гражданского назначения (полосы категории ГР), составляет всего 3%, в то время как для преимущественного использования РЭС государственного управления (полосы категории ПР) — 33%. Полосы частот для совместного пользования РЭС любого назначения (полосы категории СИ) — около 64%. Источник: Россвязь, 2006 При этом число заявок на возможность использования радиочастот постоянно растет. Например, если в 2003 году их было 25 тыс., то в 2005 году в Россвязь поступило более 30 тыс. заявок, из которых было удовлетворено более 25 тыс. В поисках частот По данным Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) потенциальные полосы частот для построения WiMAX сетей заняты (полностью или частично) практически во всех российских городах — малых, средних и крупных. Карта частот в России: частотный ресурс, распределенный для использования системами фиксированного беспроводного доступа*
* — потенциальные полосы частот для WiMAX выделены цветом Источник: ГКРЧ, 2006 В России выделено несколько частотных диапазонов для гражданского использования (на вторичной основе), на которые необходимо получать специальные разрешения. Проведем анализ построения беспроводных сетей внутри и вне помещений, с тем чтобы сделать рекомендации по использованию частот для решения тех или иных задач. Сравнение различных частотных диапазонов: рекомендации по применению
Внутри помещений
Вне помещений
Источник: CompTek В результате проведенного анализа можно сформулировать некоторые рекомендации. Для разворачивания беспроводных сетей внутри помещения рекомендуется использовать частотный диапазон 2,4 ГГц и оборудование стандарта IEEE 802.11b или 802.11g. Для операторов связи рекомендуется использовать диапазон 5,15-5,35 ГГц с его высокими скоростями и богатой функциональностью оборудования. Для ведомственных сетей, помимо вышеуказанного, можно использовать оборудование диапазона 3,5 ГГц (если удается получить разрешение на использование частот) — как гарантию от возможных помех других систем. Для организации каналов «точка-точка» в городах — помимо диапазона 5,15-5,35 ГГц хорошо подходит диапазон 5,725-5,850 ГГц. В большинстве городов на этот диапазон можно получить разрешение только для канала «точка-точка». Для организации беспроводных сетей вне крупных населенных пунктов рекомендуется использовать свободный от помех «дальнобойный» диапазон 2,4 ГГц; при этом относительно невысокая скорость передачи данных не является решающим фактором при выборе. В крупных городах рекомендуется использовать диапазон 5,725-5,850 ГГц, который обеспечивает относительно высокую дальность связи в режиме «точка-многоточка» на относительно высоких скоростях передачи данных. Предполагается, что относительно высокая стоимость оборудования не является решающим фактором при выборе. Подвижные службы Следует отметить, что если с фиксированным радиодоступом в плане выбора частот все более или менее ясно, то с мобильным доступом ситуация гораздо более неопределенная. Дело в том, что полосы радиочастот для подвижной службы до сих пор не определены. Можно лишь отметить, что в качестве потенциально возможных полос частот Международный союз электросвязи (МСЭ) рассматривает следующие: 1785 — 1805 МГц; 2300 — 2400 МГц; 2500 — 2700 МГц; 3400 — 4200 МГц. Каждая из этих полос имеет свои преимущества и недостатки, а самое главное, что в России эти частоты если и доступны, то с существенными ограничениями. Характеристики полос частот, рассматриваемых МСЭ для мобильных услуг радиодоступа
* — Стандарт цифровой сотовой связи DCS (Digital Cellular System), очень близкий к GSM, поэтому его часто отождествляют с GSM-1800 Источник: ГКРЧ, 2006 Несмотря на то, что частоты для подвижных служб еще до конца не определены, недавно начался прием заявок на три открытых конкурса на право получения лицензии на оказание услуг подвижной радиотелефонной связи третьего поколения (3G). На конкурсы выставлены следующие частоты:
Ожидается, что после выдачи лицензий операторам-победителям начнется высвобождение частотного спектра, занятого военными и другими государственными структурами, которые используют его для радионавигации, спутниковой, радиорелейной связи и в других целях. При этом каждый лицензиат будет проводить высвобождение «своих» полос за счет собственных средств, причем речь о полном высвобождении диапазонов пока не идет — они будут использоваться госструктурами и операторами совместно. Виталий Солонин / CNews Analytics | ||
За создание помех военным или правительственным средствам связи может наступить уголовная ответственность, поэтому к выбору и оформлению частотного диапазона требуется подходить со всей серьезностью. Если, конечно, есть из чего выбирать.
Более же высокие частоты для построения таких сетей не подходят.Правительство утвердило использование радиочастот 24 ГГц для сетей 5G
Правительство России утвердило изменения в таблицу распределения полос радиочастот, предполагающие использование частот в диапазоне 24 ГГц для создания сетей 5G. Соответствующее постановление опубликовано на официальном портале правовой информации.
«Полоса радиочастот 24,25-25,25 ГГц может использоваться сетями связи стандарта 5G/IMT-2020», — уточняется в документе.
В Минцифры отметили, что данное постановление закрепляет решение, которое было принято на заседании Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) 17 марта, сообщает ТАСС. Тогда было решено выделить полосу радиочастот 24,25-24,65 ГГц для использования радиоэлектронными средствами стандарта 5G/IMT-2020. В частности, они могут использоваться для создания технологических сетей связи на территории России.
Глава Минкомсвязи Максут Шадаев в ходе «правительственного часа» в Совете Федерации 3 ноября заявил, что к 2024 году Россия наладит производство оборудования для 5G. По его словам, всё оборудование для создания сетей пятого поколения будет отечественного производства.
При этом, отмечается, что российским операторам связи до сих пор не выделили необходимые для развития 5G частоты. В том числе речь идёт о «золотом» диапазоне 3,4-3,8 ГГц, который считают наиболее оптимальным для покрытия сетями 5G городов. Сейчас их используют только силовые ведомства и спецсвязь.
В апреле Минкомсвязь согласилась с аргументами операторов о необходимости использовать так называемый золотой диапазон 3,4-3,8 ГГц для развёртывания 5G в России. При этом в ведомстве заявили, что высвободить можно будет лишь 40-80 МГц, в зависимости от места использования этих частот. В связи с этим операторов призвали не ограничиваться одним этим диапазоном.
Читайте также:
• ФАС одобрила заключение соглашения о создании сетей 5G • Кабмин просят разрешить зарубежные станции 5G на «полигонах» • Правительственная комиссия утвердила дорожную карту развития 5G
Эксперты, в свою очередь, заявляют, что без «золотого» диапазона развитие сетей 5G в России и их массовое внедрение в целом находится под вопросом.
Ранее сообщалось, что российских операторов связи могут обязать строить сотовые сети 5G в миллиметровом диапазоне (выше 24 ГГц) только на отечественном оборудовании, внесённом в Единый реестр российской радиоэлектронной продукции.
В начале мая Федеральная антимонопольная служба (ФАС) одобрила крупнейшим операторам связи заключение соглашения на строительство сетей стандарта 5G в России.
Госкомиссия по радиочастотам может рассмотреть еще один диапазон для 5G
Отечественные операторы связи могут получить еще один радиочастотный диапазон для строительства 5G. Об этом пишут «Ведомости». Речь идёт о частотах 6-7 ГГц.
Из протокола плана работы Государственной комиссии по радиочастотам следует, что в IV квартале 2021 года ведомство рассмотрит результаты проведения научных, исследовательских, опытных, экспериментальных и конструкторских работ на пилотной зоне сетей 5G в указанном диапазоне. Планируется, что к исследованиям привлекут китайскую компанию Huawei — она предоставит специалистов и оборудование.
Отмечается, что Россия может предложить результаты исследований в качестве дополнительного радиочастотного спектра для 5G на Всемирной конференции радиосвязи в 2023 году.
Недавно сообщалось, что ГКРЧ намерена рассмотреть проект использования операторами связи уже существующих частот для запуска 5G. Речь идёт о рефарминге и динамическом использовании частот 1800, 2100 и 2600 МГц.
В сентябре 2019 года Минцифры РФ назвало диапазон 3,4-3,8 ГГц приоритетным для развития 5G, однако он занят военными. Перед этим ведомство предлагало в качестве приоритетного диапазон 4,4-4,99 ГГц, но это предложение раскритиковали представители рынка. Позже министерство согласилось с операторами в том, что для развертывания 5G в стране необходимо использовать диапазон 3,4-3,8 ГГц.
Как отмечает источник, близкий к Huawei, диапазон 4,4-4,9 ГГц используется для работы воздушной и морской пограничных служб Эстонии, Латвии, Литвы и Польши. Таким образом, построить базовую станцию можно будет только на расстоянии 300 км от сухопутной границы и 450 км — от морской. В эту зону попадает Санкт-Петербург. Поэтому строительство 5G в диапазоне 6-7 ГГц может обеспечить связь в этих районах.
Помимо этого источник, близкий к одному из крупных операторов связи, указывает, что диапазон 6-7 ГГц не может быть основным для строительства, так как дальность работы базовых станций в нем намного меньше, чем в диапазонах 3,4–3,8 ГГц 4,4-4,9 ГГц. Это значит, что станции нужно будет устанавливать чаще, а денег на их развертывание будет потрачено больше.
В «Мегафоне» и Tele2 рассказали, что сейчас в диапазоне 6–7 ГГц работают преимущественно средства фиксированной радиосвязи и радиорелейные линии связи (РРЛ). Эксперт НИИ Радио Евгений Девяткин уточнил, что в США диапазон рассматривается как стандарт для технологии WiFi 6.
Эксперты указывают на то, что для работы мобильной связи диапазон не выделялся. Представитель «Мегафона» подчеркнул, что международный союз электросвязи рассматривает диапазон 6–7 ГГц исключительно как полосу расширения для уже выделенных полос частот сетей мобильной связи поколений 2–5 G. А вот представитель Tele2 Дарья Колесникова считает, что то, что регулятор задумывается о полосе 6425–7100 МГц, – положительная инициатива, но только на среднюю и дальнюю перспективу. Единственное преимущество диапазона 6–7 ГГц – дополнительная емкость к 3,5 ГГц, но для полноценного запуска 5G в России он никак не может стать основным.
Основы беспроводной технологии — Control Engineering Russia
Беспроводные технологии обеспечивают безопасную и надежную связь с удаленными участками производства, когда возможность использования кабельной продукции ограничена. Для организации технического обслуживания беспроводные устройства осуществляют контроль состояния насосов и механизмов, передают данные удаленных станций мониторинга сточных вод и систем ввода/вывода.
В одном из решений беспроводная система получает показания метеостанции и показания расхода сточных вод химического производства. Заводская метеостанция располагается в 2.5 километрах от главного пульта управления, и в ней установлен регистратор, собирающий данные анемометра (скорость ветра), термометра и гигрометра. Регистратор подключен к беспроводному прибору WLM Remote RF компании Moore Industries, работающему на частоте 900 МГц, используя технологию смены рабочей частоты с расширением спектра (FHSS) , передает данные с помощью директорной антенны, установленной на высоком кронштейне неподалеку от метеостанции. Серьезных проблем при эксплуатации пока не возникало.
Казалось, что организовать беспроводную связь со станцией мониторинга сточных вод невозможно. Хотя расстояние от станции до центрального пульта управления всего лишь 500м, радиочастотный сигнал должен был пройти через четырехэтажное здание котельной. Тем не менее, перед монтажом были проведены испытания, и радиосеть работала без проблем. Главный урок из всего этого – беспроводная технология работает даже там, где, как вам казалось, работать не должна. Все что необходимо сделать – протестировать систему.
Существует множество радиотехнологий. Понимание механизмов их функционирования необходимо для выбора лучшего решения для конкретного приложения. Беспроводная сеть может быть лицензируемой или нелицензируемой, с Ethernet или последовательным интерфейсом, с узким диапазоном или расширенным спектром, с безопасным или открытым протоколом, Wi-Fi … список можно продолжать. Эта статья – введение в беспроводную технологию.
Диапазон радиочастот
Диапазон от 9 килогерц (кГц) до тысяч гигагерц (ГГц) может использоваться для организации беспроводной связи. Частоты выше – инфракрасный спектр, спектр освещения, рентгеновские лучи, и т.д. Так как радиочастоты – ресурс ограниченный, используемый теле- и радиостанциями, мобильными телефонами и другими беспроводными устройствами, диапазоны, которые могут использоваться для определенных типов коммуникаций и передачи данных, определяются правительственными учреждениями.
В Соединенных Штатах, Федеральная Комиссия Связи (FCC) распределяет частоты между неправительственными пользователями. FCC определила, что промышленное, научное, и медицинское оборудование должно работать в диапазонах 902-928 МГц, 2400-2483.5 МГц, и 5725-5875 МГц с ограничениями по силе сигнала, мощности и другим параметрам радиопередачи. Эти диапазоны являются нелицензируемыми и могут использоваться свободно в рамках предписаний FCC. Другие диапазоны в спектре могут использоваться после предоставления лицензии. В таблице 1 указаны диапазоны спектра радиочастот и сферы их применения.
Таблица 1: Диапазоны частот радиочастотного спектра
Источник: http://encyclopedia.thefreedictionary.com/radio%20frequency
Лицензируемые или нелицензируемые частоты
Лицензия, предоставляемая Федеральной комиссией связи, необходима для работы на лицензируемой частоте. В идеале эти частоты помехоустойчивы, и в случае возникновения помех, нарушитель может быть привлечен к юридической ответственности. Недостатки – сложная и длительная процедура получения лицензии, невозможность приобретения уже доступных устройств, так как они должны быть изготовлены для работы на лицензируемой частоте, и, конечно, затраты на получение лицензии.
Под нелицензируемой частотой понимается частота, определенная Федеральной Комиссией Связи, как свободная для использования без необходимости регистрации и авторизации. В зависимости от места расположения системы существуют ограничения по мощности сигнала. Например, в США в 900 мегагерцовом диапазоне максимальная мощность – 1 ватт или 4 ватта EIRP (эффективной изотропической мощности излучения).
Преимущества использования нелицензируемых частот очевидны: не нужно тратить время и деньги на получение лицензии; многие производители поставляют на рынок продукцию, поддерживающую эти частоты, низкая стоимость ввода в эксплуатацию из-за отсутствия затрат на лицензию. Недостатки лежат в самой идее нелицензируемого диапазона: на одной частоте могут работать одновременно несколько систем, что приводит к возникновению помех и потерям при передаче данных. В этом случае возникает необходимость использования технологии расширения спектра. Передатчики с расширяемым спектром очень эффективно справляются с возникающими помехами и работают даже в условиях радиочастотных шумов.
Системы с расширяемым спектром
Расширяемый спектр – это метод, расширяющий радиочастотный сигнал в широкий диапазон частот при низкой мощности, тогда как при передаче через узкополосный сигнал вся мощность концентрируется на одной частоте. Узкополосным называется сигнал, занимающий небольшой диапазон радиочастотного спектра. Широкополосный сигнал занимает гораздо больший сектор. Две самых распространенных технологии расширения спектра: скачкообразная смена рабочей частоты с расширением спектра (FHSS) и расширение спектра сигнала прямой последовательностью (DSSS).
Как понятно из определения, в устройствах скачкообразного изменения частоты рабочая частота передатчика изменяется через определенный интервал времени. Преимущества скачкообразного изменения очевидны: поскольку передатчик меняет частоту передачи данных настолько часто, что только настроенный по такому же алгоритму приемник способен принять информацию. Приемник должен иметь аналогичную псевдослучайную последовательность принимаемых частот, чтобы в нужное время получить сигнал передатчика на правильной частоте. На рисунке 1 показано как частота сигнала изменяется во времени. Каждый скачкообразный переход имеет одинаковую мощность и время выдержки (время работы на канале). На рисунке 2 зависимости время-частота, видно, что скачок происходит через равные промежутки времени. Последовательность скачков является псевдослучайной.
Рисунок 1. В результате «скачков» несущая частота изменяется. Мощность сигнала остается постоянной.
Рисунок 2. Представление скачкообразного изменения частоты.
DSSS объединяет сигнал данных с последовательностью символов, известных как ‘чипы’ – таким образом “расширяя” сигнал по большей полосе. Другими словами, исходный сигнал умножается на сигнал шума, сгенерированный псевдослучайной последовательностью положительного и отрицательного битов. Приемник, умножает полученный сигнал на ту же последовательность, получая исходную информацию (т.к. 1 x 1=1 и -1 x-1 = 1).
Когда сигнал “расширен”, мощность исходного узкополосного сигнала распределяется по широкому диапазону, уменьшая мощность на каждой конкретной частоте (т.н. низкая плотность мощности). На рисунке 3 показан сигнал на узкой части радиочастотного спектра. На рисунке 4, сигнал, расширенный на большую часть спектра, имеет такую же суммарную мощность, но меньшую мощность на каждую частоту. Так как расширение уменьшает силу сигнала на отдельных участках спектра, сигнал может восприниматься как шум. Приемник должен распознать и демодулировать полученный сигнал, очистив исходный сигнал от добавленных «чипов».
Рисунок 3. Узкополосный сигнал
Рисунок 4. Технология расширения спектра сигнала прямой последовательностью: Распределяет узкополосный сигнал (рисунок 3) по широкому спектру
Технологии FHSS и DSSS широко используются в промышленности. В зависимости от каждого конкретного случая, та или иная технология может быть лучшим решением. Вместо дискуссий, какая из них лучше, гораздо важнее понимать различия и выбрать технологию, подходящую именно для вашего приложения. Вообще, на выбор влияют следующие характеристики:
Пропускная способность
Коллокация
Интерференция
Дальность связи
Безопасность
Пропускная способность
Пропускная способность – объем данных передаваемых или принимаемых системой за одну секунду. Это один из самых важных факторов при выборе необходимой технологии. DSSS имеет более высокую пропускную способность чем FHSS из-за более эффективного использования полосы частот и работе на большем диапазоне. Для большинства промышленных систем распределенного ввода-вывода данных низкая пропускная способность FHSS не является серьезной проблемой. Однако если увеличивается размер сети или скорость передачи дан ных, этому показателю уделяется боль шее внимание. Большинство радиопередатчиков FHSS имеют пропускную способность 50-115 кбит/с для сети Ethernet. DSSS работает с пропускной способностью 1-10 Мбит/с. Хотя DSSS-передатчики имеют более высокую пропускную способность, чем FHSS аналоги. Найти DSSS-устройство, обеспечивающее аналогичную сетевую безопасность и дальность работы, необхо димые для промышленного производства и SCADA-систем, не так просто.
В отличие от FHSS-передатчиков, работающих с диапазоном 26 мегагерц на базовой частоте 900 мегагерц (902- 928 МГц) и DSSS-передатчиков с диапа зоном 22 МГц на частоте 2.4 ГГц, радиопе редатчики, использующие лицензируемые частоты, ограничены спектром 12.5 кГц. Естественно, так как ширина спектра лимитирована, пропускная способность также ограничена. Большинство пере датчиков, работающих на лицензируемой частоте, предлагает пропускную способ ность 6400 – 19200 бит в секунду.
Коллокация
Под коллокацией понимается возмож ность работы нескольких радиосетей в не посредственной близости друг от друга. Технология DSSS не позволяет несколь- ким радиосетям функционировать по со седству, так как сигнал расширяется по одной полосе частот. Например, в пределах диапазона 2.4 ГГц ISM (промышленный, научный и медицинский диапазон), мож- но использовать только три DSSS канала. Каждый канал расширен до 22 мегагерц спектра, что позволяет работать без пере крытия частот только трем сетям одновре менно.
C другой стороны, благодаря исполь зованию различной последовательности скачков, на одном диапазоне частот могут функционировать несколько FHSS сетей. Последовательность скачков, при которой различные частоты используются в разное время на одной полосе частот, так же называется ортогональной последовательностью. В FHSS применяются программы ортогональной последовательности, обеспечивающие работу нескольких сетей без создания помех. Это – огромное преимущество при разработке больших сетей и необходимости разделения коммуникаций. Большинство лабораторных исследований показывает, что одновременно могут работать до 15 сетей FHSS и только 3 сети DSSS.
Очевидно, по причине работы на одном 12.5 мегагерцовом диапазоне спектра, узкополосные радиостанции не могут быть расположены слишком близко друг к другу.
Интерференция
Интерференция – радиошумы в соседней или той же части радиочастотного спектра. Наложение двух сигналов может генерировать новую радиоволну или привести к потерям данных, передаваемых рабочим сигналом. Технология расширения спектра очень хорошо справляется с возникающими шумами, хотя различные технологии решают эту проблему по-разному. Когда приемник DSSS обнаруживает узкополосный шум, происходит умножение полученного сигнала на значение «чипа» для восстановления исходного сообщения. Тем самым исходный первоначальный сигнал преобразовывается в узкополосный сигнал с большой мощностью; помехи, как широкополосный сигнал малой мощности, игнорируются.
В своей основе механизм, который размещает сигнал DSSS ниже уровня собственных шумов радиосети, позволяет игнорировать узкополосную интерференцию при демодуляции сигнала. Поэтому DSSS очень хорошо работает при сторонних шумах, однако если помеха имеет большую мощность, могут возникнуть серьезные проблемы, т.к. демодуляция не способна уменьшить сигнал помехи ниже мощности исходного сигнала.
Учитывая, что FHSS работает с полосой 83.5 МГц на частоте 4 ГГц и производит сигналы высокой мощности на определенных частотах (аналогично генерации синхронизированных пакетов данных на узкой полосе), тем самым, избегая помех, если узкополосный генератор шумов не работает на одной из используемых частот. Узкополосные шумы, в худшем случае, блокируют несколько скачков, которые система может компенсировать, передав сообщение еще раз на другой частоте. Кроме того, правила Федеральной комиссии связи требуют минимального разделения частоты в последовательности скачков, поэтому возможность создания помех узкополосным сигналом минимизирована.
В случае широкополосных помех, DSSS не работает так же надежно. Поскольку DSSS расширяет сразу весь сигнал на 22 МГц полосы с гораздо меньшей мощностью, при наложении на эти 22 мегагерца шума или более мощного сигнала, могут блокироваться до 100 % передачи DSSS, и только 25 % передачи FHSS. В этом случае, эффективность FHSS падает, но полной потери данных не происходит.
На лицензируемых частотах используется очень узкая полоса, поэтому даже небольшие помехи могут вызвать потерю информации. В этом случае направленные антенны и полосовые фильтры могут использоваться для организации непрерывной коммуникации, и в отношении организатора помех могут применяться юридические меры.
Радиоустройства стандарта 802.11 более подвержены воздействию помех, так как в этом диапазоне работают очень многие приборы. Вы замечали, какие помехи возникают в беспроводном телефоне при работе микроволновой печи? Оба устройства работают в 2.4 ГГц диапазоне, как и остальная часть устройств стандарта 802.11. При использовании таких передатчиков, сетевая безопасность становится серьезным предметом для беспокойства.
Если приемник определенного передатчика расположен к другому передатчику ближе, чем к собственному, возникает проблема взаимодействия приемника с этими передатчиками. Соседние передатчики могут забивать канал приемника посторонними сигналами высокой мощности. В такой ситуации большинство систем DSSS выйдут из строя. В такой же ситуации, несколько скачков FHSS-системы будут заблокированы, но в целом не нарушат работу сети. В случае системы работающей на лицензируемой частоте, эффективность работы системы будет зависеть от частоты постороннего сигнала. Если частота этих сигналов близка или аналогична частоте системы, ваш сигнал будет глушиться, что дает основания для юридического преследования нарушителя, если он не имеет аналогичную лицензию
Дальность связи
Дальность связи определяется возможностью организации коммуникаций, т.е. силой радиочастотной связи между передатчиком и приемником и расстоянием, на котором они могут поддерживать надежное соединение. При работе на одной мощности и с использованием одинакового алгоритма модуляции, радиопередатчик, работающий на частоте 900 МГц, обеспечивает более надежную связь, чем передатчик на 2.4 ГГц. При увеличении частоты радиочастотного спектра, дальность передачи данных уменьшается, при условии, что все остальные параметры остаются неизменными. Способность проникать через стены и объекты с увеличением частоты также уменьшается. Верхние частоты в спектре демонстрируют отражающие свойства. Например, радиоволна 2.4 ГГц может отражаться от стен зданий и туннелей. Это может использоваться для распространения сигнала на большие расстояния. Возможные сложности связаны с возникновением многолучевого распространения или полным отсутствием сигнала, из-за обратного отражения.
Федеральная комиссия связи ограничивает выходную мощность радиопередатчиков с расширенным спектром. DSSS последовательно передает данные с низкой мощностью, как показано выше, и попадает в ограничения Федеральной комиссии связи. Это ограничивает расстояние передачи радиопередатчиков DSSS, и таким образом делает их неподходящими для промышленного рынка. FHSS-передатчики, с другой стороны, передают сигналы высокой мощности на определенных частотах в последовательности скачков, но средняя мощность остается низкой, поэтому соответствует предписаниям. FHSS-сигнал передается с большей мощностью, чем сигнал DSSS, что позволяет работать на больших расстояниях. Большинство передатчиков FHSS могут передавать данные более чем на 20 км или еще большие расстояния, используя антенны с большим коэффициентом усиления.
Радиопередатчики стандарта 802.11, доступны в формате DSSS и в FHSS. Они работают на широком диапазоне частот и со скоростью передачи данных до 54 Мбит/с. Но необходимо отметить, что указанная пропускная способность, очень сильно уменьшается с ростом расстояния между радиомодемами. Например, расстояние 100 м уменьшает скорость с 54 Мбит/с до 2 Мбит/с. Это идеально для небольших офисных или домашних приложений, но не для промышленных приложений, где необходимо передавать данные на несколько километров.
Так как узкополосные радиопередатчики работают на низких частотах, они могут быть хорошим решением в случае, если FHSS не могут обеспечить необходимую дальность передачи. Потребность в использовании узкополосных лицензируемых частот, возникает, когда нужно передать данные на большое расстояние, или передача должна проходить ближе к поверхности Земли, так как организация связи в зоне прямой видимости невозможна.
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.
Ячеистая радиосеть
Технология ячеистой радиосети основана на способности радиопередатчиков взаимодействовать друг с другом. Это решение появилось не так давно и еще не столь широко используется в промышленности. Существует ряд проблем, с которыми разработчики ячеистой технологии пока не могут справиться, например, большая задержка передачи данных и низкая пропускная способность. Концепция ячеистой сети не нова. Интернет и телефонные сети – превосходный пример ячеистой сети в проводном мире, в этих сетях каждый узел может инициировать коммуникацию с другим узлом и обмениваться информацией
В беспроводном мире, полоса пропускания, ограниченный спектр радиочастот и помехи – только часть проблем, с которыми приходится сталкиваться ячеистым сетям. Сейчас эти сети все еще исследуются и развиваются. Новейшие ячеистые технологии, такие как гибридная и структурная ячеистая сети появились совсем недавно. В настоящее время все еще недостаточно данных, подтверждающих необходимую для использования в тяжелых промышленных условиях надежность и безопасность ячеистых сетей,.
Резюме
В заключении можно сказать, что выбор радио-технологии зависит от требований каждого конкретного приложения. Для большинства промышленных производств лучшим решением являются радиоустройства со скачкообразной сменой рабочей частоты с расширением спектра (рисунок 5), благодаря более низкой стоимости в сравнении с радиостанциями, работающими на лицензируемой частоте. Когда большие расстояния ограничивают использование FHSS-узлов с повторителями, для лучшей связи оптимальным решением представляется использование передатчиков, работающих в узкой полосе лицензируемой частоты. Стоимость лицензирования может оказаться меньше стоимость установки дополнительных повторителей FHSS-системы.
Рисунок 5. Модуль беспроводной связи (WLM) компании Moore Industries осуществляет экономичную, простую, и безопасную передачу аналоговых и дискретных сигналов в промышленных условиях.
Одно из самых простых решений – пригласить одного или нескольких представителей компании-производителя беспроводных устройств на ваш завод и оценить возможность использования предлагаемой технологии. Например, Moore Industries установили на предприятии, упомянутом выше, в качестве «демо-версии» один из своих Wireless Link Module (WLM), и смонтировали всенаправленные антенны и передатчики на удаленных станциях. Испытания показали, что даже четырехэтажное здание не является помехой для беспроводных коммуникаций.
Поверьте, возможности современной беспроводной технологии могут удивить вас.
Приложение
Определения
| Полоса | Частота или диапазон частот |
| Диапазон частот | Диапазон частот, или длина радиочастотного спектра на котором передается сигнал. |
| Широкополосный канал | Радиоканал с шириной полосы пропускания от 1.5 Мбит/с на полосе 1 МГц |
| Коллокация | Работа нескольких радиосетей одновременно в одной зоне. |
| Демодуляция | Процесс получения и выделения первоначального цифрового сигнала из модулированной аналоговой несущей волны |
| Технология расширения спектра сигнала прямой последовательностью (DSSS) | Технология модуляции, объединяющая информационный сигнал с высокоскоростной битовой последовательностью, известный как «чип», тем самым «расширяя» сигнал на большую полосу. |
| Эффективная излучаемая мощность (EIRP) | Мощность сигнала излучаемая антенной. Равна мощность передатчика минус потери при передаче (вызванные коаксиальным кабелем, коннекторами, молниеотводами) плюс усиление антенны |
| Европейский институт стандартизации электросвязи (ETSI) | Европейский регулирующий орган по телекоммуникациям. |
| Федеральная комиссия связи (FCC) | Регулирующий орган США по коммуникациям |
| Скачкообразная смена рабочей частоты с расширением спектра (FHSS) | Техника модуляции, при которой частота передачи (несущая частота) изменяется в псевдослучайной последовательности («скачет») через регулярные временные интервалы. |
| Промышленный, научный и медицинский (ISM) диапазоны | Диапазоны 902-928 MГц, 2400-2483.5 MГц, и 5725-5875 MГц соответственно |
| Интерференция | Наложение двух и более радиоволн, работающих на соседних или общих частотах, приводящее к появлению дополнительной волновой структуры |
| Международный союз электросвязи (ITU) | Регулирующий орган ООН по телекоммуникациям |
| Линия прямой видимости (LOS) | Канал связи между передающей и принимающей антеннами, не имеющий физический препятствий, таких как деревья или здания. |
| Баланс мощности | Расчет, принимающий во внимание работу всех компонентов, усиливающих и ослабляющих радиосигнал (передатчики, антенны, кабели и т.д.) для определения максимальной дистанции для организации надежной радиосвязи |
| Многолучевое распространение | Процесс возникновения нескольких каналов распространения сигнала, отличных от первоначального |
| Узкополосный канал | Радиоканал с шириной полосы пропускания от 50 бит/с до 64 кбит/с |
| Национальная Администрация по Телекоммуникациям и Информации (NTIA) | Регулирующий орган, распределяющий радиочастоты между правительственными организациями США |
| Всенаправленная антенна | Антенна, получающая и передающая сигналы во всех направлениях |
| Спектральная плотность мощности (PSD) | Отношение общей мощность полосы к ширине полосы |
| Расширение спектра | Метод расширения радиочастотного сигнала по широкой полосе частот с низкой мощностью, в отличии от концентрации всей мощности на единичной частоте, в случае передачи данных по узкополосному каналу. |
| Пропускная способность | Объем данных, получаемых системой каждую секунду |
| Трансивер | Радиопередатчик и радиоприемник в общем корпусе |
| Виртуальная частная сеть (VPN) | Сеть для закрытых коммуникаций, использующая криптографическое туннелирование для обеспечения безопасности незащищенных сетей |
| Протокол шифрования в беспроводной связи (WEP) | Часть стандарта IEEE 802.11 определяющая требования обеспечения безопасности беспроводной сети |
| Ассоциация контроля совместимости с беспроводным Ethernet (WECA) | Сертифицирующий орган технологии WLAN |
| Wireless Fidelity (Wi-Fi) | Логотип стандарта, используемый WECA для обозначения сертифицированных продуктов стандарта 802.11 |
| Wireless Local Area Networks (WLAN) | Компьютерная сеть на базе радиоустройств |
| Директорная антенна | Антенна, отправляющая и получающая сигналы только в узком секторе |
Вконтакте
Google+
Контроль радиочастотного диапазона на рабочем месте — заказать в Москве и области
Радиочастотный диапазон включает в себя электромагнитные волны от 3 кГц до 3000 ГГц, их длина может варьироваться от 100 километров до 0,1 миллиметра. Природа этих волн весьма обширна и источниками их могут быть как естественные, так и объекты созданные руками человека. Естественными являются космические тела и молнии, а искусственными компьютерные сети, навигационные и спутниковые системы, радиолокация, стационарная и мобильная радиосвязь и многое другое. Радиочастотный диапазон градирует от сверхнизких частот 3 — 30 кГц, которые соответствуют сверхдлинным волнам до гипервысоких 300 — 3000 ГГц, соответствующих субмиллиметровым волнам. По общепринятым правилам радиосвязи диапазоны классифицируются на:
1. Мегаметровые, декамегаметровые, гектокилометровые, мириаметровые (применяемые в геофизических исследованиях, связи с подводными лодками).2. Километровые, гектометровые, декаметровые (радиовещание, радиосвязь, рации).
3. Метровые, дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны (телевидение и мобильные телефоны, СВЧ печи и беспроводные компьютерные сети, спутниковая навигация, радиоастрономия и метеорологическая радиолокация).
4. Децимиллиметровые (экспериментально-теоритическая и гипотетическая научная деятельность («прямое зрение», «телепатия» и прочее)).
Согласно закону РФ каждое предприятие обязано придерживаться программе производственного контроля. Соблюдать санитарные правила и нормы. Так как вред от работы с радиоволнами для организма колоссален работодатель должен придерживаться правил прописанные в законах об охране труда. Для этого должна быть проведена правильная организационная и профилактическая работа. Защита от радиоволн осуществляется следующими способами и средствами:
- Применением спецодежды;
- Правильного размещения рабочего места;
- Экранированием рабочего места;
- Учитывается направление радиоволн;
- Нормирование рабочего дня.
Радиочастотный диапазон должен быть контролирован. Так как радиоволны могут выводить из нормального состояния ЦНС, вызвать проблемы с сердечно-сосудистой системой. Могут появляться головная боль, вялость, рассеянность.
Как работает радиоспектр
Вы, наверное, слышали о «AM-радио» и «FM-радио», «VHF» и «UHF» телевидении, «гражданском радио», «коротковолновом радио» и так далее. Вы когда-нибудь задумывались, что на самом деле означают все эти разные имена? В чем разница между ними?
Радиоволна — это электромагнитная волна , распространяемая антенной . Радиоволны имеют разные частоты , и, настроив радиоприемник на определенную частоту, вы можете уловить определенный сигнал.
В Соединенных Штатах FCC (Федеральная комиссия по связи) решает, кто может использовать какие частоты и для каких целей, и выдает лицензии станциям на определенные частоты. См. «Как работает радио» для получения более подробной информации о радиоволнах.
Когда вы слушаете радиостанцию, и диктор говорит: «Вы слушаете 91,5 FM WRKX The Rock!», Диктор имеет в виду, что вы слушаете радиостанцию, передающую сигнал FM-радио на частоте 91 .5 мегагерц, с присвоенными FCC позывными WRKX. Мегагерц означает «миллионы циклов в секунду», поэтому «91,5 мегагерца» означает, что передатчик на радиостанции колеблется с частотой 91 500 000 циклов в секунду. Ваше FM-радио (частотно-модулированное) может настроиться на эту частоту и обеспечить чистый прием этой станции. Все FM-радиостанции передают в диапазоне частот от 88 до 108 мегагерц. Эта полоса радиочастотного спектра используется только для FM-радиопередач.
Таким же образом AM-радио ограничено диапазоном от 535 килогерц до 1700 килогерц (килограмм означает «тысячи», то есть от 535 000 до 1 700 000 циклов в секунду). Таким образом, радиостанция AM (с амплитудной модуляцией), которая говорит: «Это AM 680 WPTF», означает, что радиостанция передает радиосигнал AM на частоте 680 килогерц, а ее позывные, назначенные FCC, являются WPTF.
На следующей странице вы узнаете больше о частотных диапазонах и частотах, которые используются в обычных гаджетах.
Что такое диапазоны радиочастот и их использование?
Что такое радиочастота?
RF — это самая нижняя часть в электромагнитном спектре, известная как среда аналоговой и современной цифровой системы беспроводной связи.Он распространяется в диапазоне от 3 кГц до 300 ГГц. Все известные системы передачи работают в диапазоне радиочастотного спектра, включая аналоговое радио, авиационную навигацию, морское радио, любительское радио, телевещание, мобильные сети и спутниковые системы. Давайте рассмотрим каждый из поддиапазонов РЧ и области использования радиочастотного спектра.
Чрезвычайно низкая частота (ELF)
Частота от 3 Гц до 3 кГц известна как чрезвычайно низкая частота или диапазон СНЧ в электромагнитном спектре.Этот диапазон очень уязвим для возмущений и легко искажается атмосферными изменениями. Трудно спроектировать систему в таком диапазоне, потому что для больших длин волн требуются длинные антенны, которые практически невозможно реализовать. Ученые используют этот частотный диапазон в сейсмических исследованиях, чтобы понять естественную активность земной атмосферы.
Очень низкая частота (VLF)
Очень низкая частота — это начальный диапазон РЧ и практических систем радиопередачи, который простирается от 3 кГц до 30 кГц.Однако конструкция и реализация антенной системы чрезвычайно сложны из-за длины волны. Он использовался на подводных лодках и до сих пор используется в радиостанции времени, которая синхронизирует сигналы часов между двумя удаленными точками.
Низкая частота (НЧ)
Низкая частота находится в диапазоне от 30 кГц до 300 кГц. Одним из важных свойств НЧ-сигналов является то, что они отражаются ионосферой Земли, и поэтому они подходят для связи на большие расстояния.Поскольку это большая длина волны и меньшее затухание на больших участках, например в горах, ее обычно называют земной волной.
Низкочастотные сигналы используются радиолюбителями; это один из наиболее важных источников передачи информации, когда другие источники связи не работают во время некоторых ситуаций, например, стихийных бедствий. Другие области — это военные приложения, такие как подводные лодки, RFID-метки в ближней радиосвязи и некоторые низкочастотные радиовещания.
Средняя частота (MF)
Средняя частота была одним из самых популярных диапазонов частот с самого начала беспроводной радиопередачи в начале девятнадцатого века.СЧ работает в диапазоне от 300 кГц до 3 МГц. Конструкция передатчиков, приемников и антенн относительно менее сложна, чем у других высокочастотных диапазонов передачи. MF широко используется в радиопередаче AM, навигационных системах для кораблей и самолетов, сигналах бедствия, контроле затрат и других экспериментальных приложениях.
Высокая частота (HF)
Высокочастотные сигналы находятся в диапазоне от 3 МГц до 30 МГц. Эта полоса частот также известна как короткая волна. Он также отражается ионосферой Земли и является одним из подходящих диапазонов для связи на большие расстояния.Высокочастотный диапазон в основном используется авиационной промышленностью, радиосвязью ближнего радиуса действия (NFC), государственными системами, радиолюбителями и станциями метеорологического вещания.
Очень высокие частоты (VHF)
Очень высокая частота — один из наиболее часто используемых диапазонов, который имеет рабочий диапазон от 30 МГц до 300 МГц. Частота УКВ широко используется в аналоговом телевещании, так как оно началось несколько десятилетий назад. FM-радиовещание на частотах от 88 МГц до 108 МГц работает в диапазоне частот VHF.
Диспетчеры воздушного движения и пилоты авиакомпаний используют для связи частоту от 118 МГц до 137 МГц. Другое использование включает частные и деловые радиостанции, медицинское оборудование (магнитно-резонансную томографию), любительское радио и военные приложения. Обычно это влияет на большую местность, но подходит для общения на короткие расстояния.
Ультравысокая частота (UHF)
Сверхвысокая частота — важнейший частотный диапазон для современных систем беспроводной связи.Он начинается от 300 МГц до 3 ГГц и чрезвычайно сложен в проектировании и внедрении системы. Он имеет много поддиапазонов частот, некоторые из которых ограничены и предназначены только для определенных приложений. Он используется в системах навигации GPS, спутниках, пейджерах, Wi-Fi, Bluetooth, телевещании и, что наиболее важно, мобильной передаче GSM, CDMA и LTE.
Сверхвысокая частота (СВЧ)
Сверхвысокая частота находится в диапазоне от 3 ГГц до 30 ГГц. Он может работать только в зоне прямой видимости, поскольку любое препятствие между передатчиком и приемной станцией нарушит связь.Он обычно используется в двухточечной связи, спутниковых системах, цифровом телевещании в Ku-диапазоне (услуга DTH — прямо домой), Wi-Fi (канал 5 ГГц), микроволновых печах и мобильных сетях. Волноводы подходят между передатчиком и антенной из-за более высоких потерь в обычных радиочастотных кабелях. В СВЧ диапазоне проектировать систему крайне сложно из-за меньшей длины волны и сложности.
Чрезвычайно высокая частота (КВЧ)
Чрезвычайно высокочастотная полоса является самой высокой в радиочастотном спектре, который находится в диапазоне от 30 ГГц до 300 ГГц.КВЧ используется только в современных системах связи из-за его сложной природы и требований прямой видимости. КВЧ используется в радиоастрономии и дистанционном зондировании (анализе погоды). Предлагается использовать для высокоскоростных интернет-систем, таких как технология 5G, для будущих сетей передачи из-за наличия большой полосы пропускания.
Узнайте больше о применении миллиметровых волн
диапазонов радиочастот — Techplayon
Радиочастота (RF) — это любая из частот электромагнитных волн, лежащих в диапазоне от примерно 3 кГц до 300 ГГц.
Ниже приводится таблица радиочастотного спектра, разделенная на разные диапазоны:
| Серийный номер | Обозначение | Частота | Длина волны |
| 1 | ELF (Чрезвычайно низкая частота) | 3–30 Гц | 105–104 км |
| 2 | SLF (сверхнизкая частота) | 30–300 Гц | 104–103 км |
| 3 | ULF (сверхнизкая частота) | 300–3000 Гц | 103–100 км |
| 4 | VLF (Очень низкая частота) | 3–30 кГц | 100–10 км |
| 5 | LF (Низкая частота) | 30–300 кГц | 10–1 км |
| 6 | MF (Средняя частота) | 300 кГц — 3 МГц | 1 км — 100 м |
| 7 | HF (высокая частота) | 3–30 МГц | 100–10 м |
| 8 | VHF (Очень высокая частота) | 30–300 МГц | 10–1 м |
| 9 | UHF (сверхвысокая частота) | 300 МГц — 3 ГГц | 1 м — 10 см |
| 10 | СВЧ (сверхвысокая частота) | 3–30 ГГц | 10–1 см |
| 11 | EHF (Чрезвычайно высокая частота) | 30–300 ГГц | 1 см — 1 мм |
| 12 | THF (Чрезвычайно высокая частота) | 300 ГГц — 3 ТГц | 1 мм — 0.1 мм |
Микроволны — это форма электромагнитного излучения с длинами волн от одного метра до одного миллиметра; с частотами от 300 МГц (100 см) до 300 ГГц.
| Серийный номер | Обозначение | Диапазон частот | Диапазон длин волн |
| 1 | L группа | 1-2 ГГц | от 15 до 30 см |
| 2 | Ремешок S | от 2 до 4 ГГц | 7.От 5 см до 15 см |
| 3 | Ремешок C | от 4 до 8 ГГц | от 3,75 см до 7,5 см |
| 4 | Диапазон X | от 8 до 12 ГГц | от 25 мм до 37,5 мм |
| 5 | Ku-диапазон | от 12 до 18 ГГц | от 16,7 мм до 25 мм |
| 6 | Диапазон K | от 18 до 26,5 ГГц | от 11,3 мм до 16,7 мм |
| 7 | Диапазон Ка | 26.От 5 до 40 ГГц | от 5,0 мм до 11,3 мм |
| 8 | Диапазон Q | от 33 до 50 ГГц | от 6,0 мм до 9,0 мм |
| 9 | U-образный диапазон | от 40 до 60 ГГц | от 5,0 мм до 7,5 мм |
| 10 | Диапазон В | от 50 до 75 ГГц | от 4,0 мм до 6,0 мм |
| 11 | Диапазон Вт | от 75 до 110 ГГц | от 2,7 мм до 4,0 мм |
| 12 | F группа | от 90 до 140 ГГц | 2.От 1 мм до 3,3 мм |
| 13 | Ремешок D | от 110 до 170 ГГц | от 1,8 мм до 2,7 мм |
Радиочастотный спектр — обзор
11.1 Работа на радиочастоте
В этом и последующих разделах мы обсуждаем передачу электроэнергии на самых высоких частотах, для которых используются линии передачи, как мы их описываем. Хотя будут обсуждаться некоторые специальные применения линий на этих частотах, основной упор остается на функции линии как носителя электроэнергии.Например, выходная радиочастота передатчика может быть порядка 100 кВт, и эта мощность должна передаваться на антенну, чтобы излучалась некоторая часть. Поскольку передатчик и антенна обычно разделены, для их соединения должна использоваться линия передачи, и ее функция будет заключаться в эффективной передаче энергии. При радиоприеме линия передачи может связывать антенну и приемник, и здесь требуется, чтобы линия выдерживала мощность на уровне микроватт; но основное требование, чтобы он передавал эту мощность с минимальным затуханием и искажением, остается неизменным.
Радиочастотный спектр простирается от примерно 15 кгц / с до примерно 30 000 МГц / с, и современные технологии вынуждены использовать этот огромный диапазон для удовлетворения постоянно растущего спроса на каналы связи. В данном контексте нас интересует частотный диапазон примерно от 100 кгц / с, в котором характерны особенности радиочастотного излучения. передачи становятся важными, примерно до 1000 Мгц / с, выше которых частоты используются полые волноводы, а не линии, которые мы описываем. †
В нашем обзоре линий в этой книге мы постепенно увеличиваем рассматриваемые частоты, и при этом длина волны, которую мы изучаем, становится меньше.Например, при частоте 10 Мгц / с длина волны, распространяющейся в свободном пространстве, составляет около 30 м — примерно 100 футов. Если антенна установлена примерно в четверти мили от передатчика, генерирующего на этой частоте, линия необходимое для их соединения должно быть около 13 длин волн. (Напротив, читатель может захотеть рассчитать длину в милях линии электропередачи с частотой 50 Гц и 13 длинами волн.) В Великобритании частоты около 100 Мгц / с используются для v.h.f. услуги B.B.C. Длина волны теперь составляет около 3 м или 10 футов, а коаксиальная линия между антенной на крыше и нижним приемником может составлять три длины волны.
Диапазон частот, который нас сейчас интересует, соответственно, это диапазон, в котором линии передачи имеют длину в несколько длин волн, а функция наших линий заключается в передаче энергии на радиочастотах, либо в качестве воздушных фидеров, каналов телефонной связи, проводных распределителей или другой связи аксессуары.
Полосы частот и приложения — Блог
Хрестоматийное определение полосы частот — это интервал в частотной области, ограниченный нижней и верхней частотами.Международный союз электросвязи присвоил этим интервалам обозначения.
Начиная с самого низкого и заканчивая самым высоким, мы перечислим выделенные МСЭ полосы частот и приведем примеры их соответствующих приложений.
Во-первых, диапазон Extremely Low Frequency (ELF) идеален для подводной связи. Передатчики в диапазоне 22 Гц этой полосы полезны при очистке скребков, также известной как транспортировка по трубопроводам. Диапазон сверхнизких частот (SLF) также подходит для подводной связи.
Волны в диапазоне сверхнизких частот (ULF) способны проникать сквозь грязь и камни. Передача сигнала через землю особенно полезна в защищенной связи, что делает ее пригодной для использования в военных целях. TTE также используется в майнинге. Точно так же полоса очень низкой частоты (VLF) также может проникать через грязь и камни на некоторое расстояние.Таким образом, геофизики используют ОНЧ-электромагнитные приемники для измерения электропроводности у поверхности земли. ОНЧ-частоты выигрывают от их большого диапазона и стабильных фазовых характеристик, что делает их весьма универсальными. Подобно ELF и SLF, VLF также может в некоторой степени проникать в морскую воду; военные могут использовать VLF для связи с подводными лодками у поверхности воды. Исторически VLF использовался для навигационных маяков.
Низкочастотный диапазон (LF) в основном используется для AM-вещания в Европе, а также в регионах Северной Африки и Азии.Подобно VLF, LF также может использоваться для навигационных радиомаяков. Он также может использоваться для морской связи судно-берег, а также для управления трансокеанским воздушным движением. Как и диапазон LF, диапазон Medium Frequency (MF) также в основном используется для радиовещания AM.
Диапазон High Frequency (HF) наиболее полезен в коротковолновых радиоприемниках, а также в авиационной связи воздух-земля. Дипольные антенны, такие как Яги, четырехугольные и логопериодические антенны, работают в более высоких частотах КВ диапазона.Поскольку его длина волн составляет от одного до десяти декаметров (от 10 до 100 метров), ВЧ-диапазон также известен как декаметровый диапазон . Диапазон очень высоких частот подходит для таких же приложений, как и ВЧ-диапазон. Кроме того, в то время как AM-радио работает в диапазонах LF и MF, FM-радио работает в диапазоне VHF. Диапазон Ultra High Frequency (UHF), возможно, наиболее тесно интегрирован в современную гражданскую жизнь. Помимо военных приложений, диапазон УВЧ используется в спутниковом телевидении, мобильных телефонах, Wi-Fi, рациях и GPS. Находясь в пределах микроволнового диапазона, полоса Super High Freq uency (SHF) также оптимизирована для беспроводной связи. Поскольку относительно меньшие длины волн микроволн позволяют направлять их узкими лучами, диапазон СВЧ оптимален для связи точка-точка, например, с использованием параболических тарелок и рупорных антенн. Патч-антенны обычно также работают в диапазоне СВЧ. Помимо микроволнового нагрева, диапазон СВЧ оптимален для спутниковых линий и радиолокационных передатчиков.Диапазон СВЧ также известен как диапазон сантиметров , потому что его длина волны составляет от одного до десяти сантиметров.Наконец, полоса Extremely High Frequency (EHF) является самой высокой полосой в нашем списке. Он также известен как -миллиметровый диапазон , потому что его длина волны составляет от одного до десяти миллиметров. Поскольку его радиоволны могут поглощаться газами в атмосфере, они имеют небольшой радиус действия и могут использоваться для наземной связи только на расстоянии около километра.В то время как определенные диапазоны частот в нижней части диапазона в настоящее время используются в сетях сотовой связи 5G, полоса КВЧ чаще всего используется в астрономии и дистанционном зондировании.
| Название диапазона частот | Сокращение | Диапазон частот | Длина волны (метры) |
| Чрезвычайно низкая частота | ELF | от 3 до 30 Гц | от 10 000 до 100 000 км |
| Сверхнизкая частота | SLF | от 30 до 300 Гц | от 1000 до 10000 км |
| Сверхнизкая частота | ULF | от 300 до 3000 Гц | От 100 до 1000 км |
| Очень низкая частота | VLF | от 3 до 30 кГц | от 10 до 100 км |
| Низкая частота | LF | от 30 до 300 кГц | 1 до 10 км |
| Средняя частота | MF | от 300 до 3000 кГц | От 100 до 1000 м |
| Высокая частота | HF | от 3 до 30 МГц | от 10 до 100 м |
| Очень высокая частота | УКВ | от 30 до 300 МГц | от 1 до 10 м |
| Сверхвысокая частота | УВЧ | От 300 до 3000 МГц | от 10 до 100 см |
| Сверхвысокая частота | СВЧ | от 3 до 30 ГГц | от 1 до 10 см |
| Чрезвычайно высокая частота | ЭВЧ | от 30 до 300 ГГц | от 1 до 10 мм |
Радиочастотный спектр | Вики по ИТ-праву
Радиочастотный спектр (также радиочастотный спектр или радиочастотный спектр )
Радиочастотный спектр — это часть электромагнитного спектра, в которой электромагнитные волны могут генерироваться переменным током, подаваемым на антенну.Это диапазон радиочастот, который определяет допустимые или используемые каналы для конкретных технологий радиопередачи.
Хотя радиочастотный спектр обширен, полезный спектр ограничен технологическими ограничениями. Таким образом, политика в отношении использования спектра влечет за собой принятие решений о том, как будут распределяться радиочастоты и кто будет иметь к ним доступ. «Для целей сотовой связи радиочастотный спектр обычно делится на три категории: нижний диапазон (ниже 1 ГГц), средний диапазон (примерно от 1 ГГц до примерно 6 ГГц) и высокочастотный диапазон (между 24 ГГц и 100 ГГц).Мобильные беспроводные сети 4G используют радиочастоты в низком и среднем диапазоне частот от 600 МГц до 3,5 ГГц, а 5G будет расширяться до более высоких частот. Частоты диапазона высоких частот называются миллиметровыми волнами. На рис. 2 показаны части электромагнитного спектра, обычно используемые различными технологиями, включая доступный и планируемый радиочастотный спектр для устройств 5G ». [3]
Радиочастотный спектр обычно регулируется государством в большинстве развитых стран и в некоторых случаях продается или передается по лицензии операторам частных систем радиопередачи.(например, операторы сотовой связи или телестанции). Диапазон выделенных частот часто определяется предусмотренным использованием (например, спектр сотового телефона или спектр широковещательного телевидения).
По данным FCC и FDA, радиочастотный спектр, используемый в сотовой связи, не был окончательно связан с раком или другими последствиями для здоровья. Более низкие частоты радиочастотного спектра, которые используются для беспроводной связи, включая связь 5G, считаются «неионизирующим излучением», потому что на этих частотах не хватает энергии для удаления электронов из атомов и молекул.Напротив, рентгеновские лучи считаются «ионизирующим» излучением, которое может иметь серьезные последствия для здоровья человека и, как известно, увеличивает риск рака. Радиочастоты, используемые системами сотовой связи, могут приводить к нагреванию тканей, но считается, что они не излучают достаточно радиочастотной энергии, чтобы вызвать вредное нагревание.
В Соединенных Штатах управление радиочастотным спектром осуществляется Федеральной комиссией по связи (FCC) для коммерческого и другого нефедерального использования и Национальным управлением по телекоммуникациям и информации (NTIA) для использования федеральным правительством.
При использовании нелицензированного спектра несколько пользователей без лицензий совместно используют часть спектра, соблюдая определенные технологические спецификации. Напротив, в случае лицензированного спектра FCC выдает лицензии организациям на использование определенной части спектра.
Беспроводная широкополосная связь с ее богатым набором услуг и контента требует новой емкости спектра для обеспечения роста. Пропускная способность спектра необходима для предоставления услуг мобильной широкополосной связи потребителям и предприятиям, а также для поддержки коммуникационных потребностей отраслей, которые используют фиксированную беспроводную широкополосную связь для быстрой и надежной передачи больших объемов информации.
Инструменты политики, которые могут использоваться для увеличения доступности радиочастотного спектра для беспроводной широкополосной связи, включают выделение дополнительного спектра, переназначение спектра новым пользователям, требование совместного использования инфраструктуры беспроводной сети, объединение радиочастотных каналов, переход к технологиям с более эффективным использованием спектра и изменение структуры затрат на доступ к спектру.
Хотя радиочастотный спектр обширен, полезный спектр в настоящее время ограничен ограничениями применяемой технологии.Поэтому политика использования спектра требует принятия решений о том, как будут распределяться радиочастоты и кто будет иметь к ним доступ. Политика Spectrum также влечет за собой поощрение инноваций в беспроводных технологиях и их приложениях. Возможно, роль технологической политики в разработке политики использования спектра возросла с необходимостью уменьшения или устранения ограничений пропускной способности, которые могут сдерживать расширение широкополосных мобильных услуг.
Международному использованию способствуют многочисленные двусторонние и многосторонние соглашения, охватывающие многие аспекты использования, включая мобильную телефонию. [5]
Радиочастотное (RF) излучение
(включает РЧ от антенн вещания, портативных радиосистем, микроволновых антенн, спутников и радаров)
Kelly Classic, сертифицированный медицинский физик
Электромагнитное излучение состоит из волн электрической и магнитной энергии, движущихся вместе (то есть излучающих) в пространстве со скоростью света. Взятые вместе, все формы электромагнитной энергии называются электромагнитным спектром.Радиоволны и микроволны, излучаемые передающими антеннами, являются одной из форм электромагнитной энергии. Часто термин «электромагнитное поле» или «радиочастотное (РЧ) поле» может использоваться для обозначения наличия электромагнитной или радиочастотной энергии.
Радиочастотное поле имеет как электрическую, так и магнитную составляющие (электрическое поле и магнитное поле), и часто бывает удобно выразить интенсивность радиочастотной среды в данном месте в единицах, специфичных для каждого компонента. Например, единица измерения «вольт на метр» (В / м) используется для измерения напряженности электрического поля, а единица измерения «амперы на метр» (А / м) используется для выражения силы магнитного поля.
RF-волн можно характеризовать длиной волны и частотой. Длина волны — это расстояние, пройденное за один полный цикл электромагнитной волны, а частота — это количество электромагнитных волн, проходящих через заданную точку за одну секунду. Частота радиочастотного сигнала обычно выражается в единицах, называемых герцами (Гц). Один Гц равен одному циклу в секунду. Один мегагерц (МГц) равен одному миллиону циклов в секунду. Различные формы электромагнитной энергии классифицируются по длине волны и частоте.Радиочастотная часть электромагнитного спектра обычно определяется как часть спектра, в которой электромагнитные волны имеют частоты в диапазоне от примерно 3 килогерц (3 кГц) до 300 гигагерц (300 ГГц).
Вероятно, наиболее важное использование радиочастотной энергии — это предоставление телекоммуникационных услуг. Радио- и телевещание, сотовые телефоны, радиосвязь для полиции и пожарных, любительское радио, микроволновая связь точка-точка и спутниковая связь — вот лишь некоторые из множества приложений для телекоммуникаций.Микроволновые печи — хороший пример использования радиочастотной энергии без связи. Другими важными видами использования радиочастотной энергии, не связанными с коммуникацией, являются радары, а также промышленное отопление и герметизация. Радар — ценный инструмент, используемый во многих приложениях, от контроля дорожного движения до управления воздушным движением и военных приложений. Промышленные нагреватели и герметики генерируют радиочастотное излучение, которое быстро нагревает обрабатываемый материал так же, как микроволновая печь готовит пищу. Эти устройства находят множество применений в промышленности, включая формование пластмассовых материалов, склеивание изделий из дерева, герметизацию таких предметов, как обувь и бумажники, а также обработка пищевых продуктов.
Величина, используемая для измерения того, сколько РЧ-энергии фактически поглощается телом, называется удельной скоростью поглощения (SAR). Обычно он выражается в ваттах на килограмм (Вт / кг) или милливаттах на грамм (мВт / г). В случае облучения всего тела стоящий взрослый человек может поглощать РЧ-энергию с максимальной скоростью, когда частота РЧ-излучения находится в диапазоне примерно от 80 до 100 МГц, что означает, что SAR для всего тела находится на максимальном уровне. в этих условиях (резонанс). Из-за этого явления резонанса стандарты безопасности радиочастот обычно наиболее строгие для этих частот.
Биологические эффекты, возникающие в результате нагрева ткани радиочастотной энергией, часто называют «тепловыми» эффектами. В течение многих лет было известно, что воздействие очень высоких уровней радиочастотного излучения может быть вредным из-за способности радиочастотной энергии быстро нагревать биологические ткани. Это принцип, по которому микроволновые печи готовят пищу. Повреждение тканей у людей может произойти во время воздействия высоких уровней радиочастотного излучения из-за неспособности организма справиться с чрезмерным выделением тепла или рассеять его.Две области тела, глаза и яички, особенно уязвимы для радиочастотного нагрева из-за относительного отсутствия доступного кровотока для рассеивания чрезмерной тепловой нагрузки. При относительно низких уровнях воздействия радиочастотного излучения, то есть более низких, чем те, которые вызывают значительное нагревание, доказательства вредных биологических эффектов неоднозначны и недоказаны. Такие эффекты иногда называют «нетепловыми» эффектами. По общему мнению, необходимы дальнейшие исследования для определения эффектов и их возможной значимости, если таковая имеется, для здоровья человека.
В целом, однако, исследования показали, что уровни радиочастотной энергии окружающей среды, с которыми обычно сталкивается население, обычно намного ниже уровней, необходимых для значительного нагрева и повышения температуры тела. Однако могут быть ситуации, особенно в рабочих местах вблизи мощных источников радиочастотного излучения, в которых рекомендуемые пределы безопасного воздействия радиочастотной энергии на людей могут быть превышены. В таких случаях могут потребоваться ограничительные меры или действия для обеспечения безопасного использования радиочастотной энергии.
Некоторые исследования также изучали возможность связи между радиочастотным и микроволновым воздействием и раком. На сегодняшний день результаты неубедительны. Хотя некоторые экспериментальные данные предполагают возможную связь между воздействием и образованием опухоли у животных, подвергшихся воздействию при определенных условиях, результаты не были независимо воспроизведены. Фактически, другие исследования не смогли найти доказательств причинной связи с раком или каким-либо связанным с ним состоянием. В нескольких лабораториях проводятся дальнейшие исследования, чтобы помочь решить этот вопрос.
В 1996 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) учредила программу под названием Международный проект по электромагнитным полям, предназначенную для обзора научной литературы, касающейся биологических эффектов электромагнитных полей, выявления пробелов в знаниях о таких эффектах, рекомендации потребностей в исследованиях и работы в направлении международного развития. решение проблем со здоровьем, связанных с использованием радиочастотных технологий. ВОЗ поддерживает веб-сайт, на котором представлена обширная информация об этом проекте, а также о биологических эффектах радиочастотного излучения и исследованиях.
Различные организации и страны разработали стандарты воздействия радиочастотной энергии. Эти стандарты рекомендуют безопасные уровни воздействия как для населения, так и для рабочих. В Соединенных Штатах Федеральная комиссия по связи (FCC) приняла и использовала признанные правила безопасности для оценки воздействия радиочастотного излучения на окружающую среду с 1985 года. Федеральные агентства по охране здоровья и безопасности, такие как Агентство по охране окружающей среды (EPA), Управление по контролю за продуктами и лекарствами (FDA). ), Национальный институт безопасности и гигиены труда (NIOSH) и Управление по охране труда (OSHA) также участвовали в мониторинге и расследовании вопросов, связанных с воздействием радиочастотного излучения.
Рекомендации FCC по воздействию радиочастотных полей на человека были основаны на рекомендациях двух экспертных организаций: Национального совета по радиационной защите и измерениям (NCRP) и Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE). Ученые-эксперты и инженеры разработали как критерии воздействия NCRP, так и стандарт IEEE после обширных обзоров научной литературы, связанной с биологическими эффектами РЧ. Рекомендации по воздействию основаны на порогах известных побочных эффектов и включают соответствующие пределы безопасности.Многие страны Европы и других регионов используют руководящие принципы воздействия, разработанные Международной комиссией по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP). Пределы безопасности ICNIRP в целом аналогичны ограничениям NCRP и IEEE, за некоторыми исключениями.
Руководящие принципы воздействия NCRP, IEEE и ICNIRP устанавливают пороговый уровень, при котором могут возникнуть вредные биологические эффекты, а значения максимально допустимого воздействия (ПДВ), рекомендованные для напряженности электрического и магнитного поля и плотности мощности в обоих документах, основаны на этом пороговом значении уровень.Пороговый уровень — это значение SAR для всего тела, равное 4 Вт на килограмм (4 Вт / кг). Наиболее строгие пределы воздействия на все тело находятся в диапазоне частот 30–300 МГц, где РЧ энергия поглощается наиболее эффективно при воздействии на все тело. Для устройств, которые открывают только часть тела, например мобильных телефонов, указаны другие пределы воздействия.
Основные радиопередающие устройства, находящиеся под юрисдикцией FCC, такие как станции радио- и телевещания, спутниковые и земные станции, экспериментальные радиостанции, а также некоторые сотовые, PCS и пейджинговые устройства, должны проходить плановую оценку на соответствие требованиям RF всякий раз, когда заявка подается в FCC на строительство или модификацию передающей установки или продление лицензии.Несоблюдение директив FCC по воздействию радиочастотного излучения может привести к подготовке официальной экологической оценки, возможному заявлению о воздействии на окружающую среду и, в конечном итоге, к отклонению заявки.
Радиовещательные антенны
Радиовещательные и телевизионные станции передают свои сигналы с помощью электромагнитных волн RF. Радиовещательные станции передают на различных радиочастотах, в зависимости от канала, в диапазоне от примерно 550 кГц для AM-радио до примерно 800 МГц для некоторых телевизионных станций UHF.Частоты для FM-радио и VHF-телевидения находятся между этими двумя крайностями. Рабочая мощность может составлять всего несколько сотен ватт для некоторых радиостанций или до миллионов ватт для некоторых телевизионных станций. Некоторые из этих сигналов могут быть значительным источником радиочастотной энергии в местных условиях, и Федеральная комиссия связи США требует, чтобы радиовещательные станции предоставляли доказательства соответствия директивам Федеральной комиссии по связи радиочастот.
Количество радиочастотной энергии, воздействию которой может подвергнуться население или работники в результате использования антенн вещания, зависит от нескольких факторов, включая тип станции, конструктивные характеристики используемой антенны, мощность, передаваемую на антенну, высоту антенны. и расстояние от антенны.Поскольку энергия на некоторых частотах поглощается человеческим телом легче, чем энергия на других частотах, важна частота передаваемого сигнала, а также его интенсивность.
Общественный доступ к вещательным антеннам обычно ограничен, поэтому люди не могут подвергаться воздействию полей высокого уровня, которые могут существовать рядом с антеннами. Измерения, проведенные FCC, EPA и другими, показали, что уровни радиочастотного излучения окружающей среды в населенных пунктах рядом с вещательными объектами обычно намного ниже уровней воздействия, рекомендованных действующими стандартами и руководящими принципами.Рабочим по обслуживанию антенн иногда требуется подниматься на антенные конструкции для таких целей, как покраска, ремонт или замена радиомаяка. Как EPA, так и OSHA сообщили, что в этих случаях рабочий может подвергнуться воздействию высоких уровней радиочастотной энергии, если работа выполняется на активной вышке или в областях, непосредственно окружающих излучающую антенну. Поэтому необходимо принять меры предосторожности, чтобы обслуживающий персонал не подвергался воздействию небезопасных радиочастотных полей.
Портативные радиосистемы
Связь «сухопутная-мобильная» включает в себя множество систем связи, которые требуют использования портативных и мобильных источников радиопередачи.Эти системы работают в узких полосах частот от 30 до 1000 МГц. Радиосистемы, используемые полицией и пожарными службами, службами радиопейджинга и деловым радио, — вот несколько примеров таких систем связи. По сути, существует три типа РЧ-передатчиков, связанных с системами сухопутной и подвижной связи: передатчики базовых станций, передатчики, устанавливаемые на транспортных средствах, и портативные передатчики. Антенны, используемые для этих различных передатчиков, адаптированы для их конкретного назначения. Например, антенна базовой станции должна излучать свой сигнал на относительно большую площадь, и, следовательно, ее передатчик обычно должен использовать более высокие уровни мощности, чем устанавливаемый на автомобиле или портативный радиопередатчик.Хотя эти антенны базовых станций обычно работают с более высокими уровнями мощности, чем другие типы антенн сухопутной подвижной связи, они обычно недоступны для населения, поскольку они должны быть установлены на значительной высоте над землей, чтобы обеспечить адекватное покрытие сигнала. Кроме того, многие из этих антенн передают только с перерывами. По этим причинам такие антенны базовых станций обычно не вызывали беспокойства в отношении возможного опасного воздействия радиочастотного излучения на население. Исследования на крышах домов показали, что мощные пейджинговые антенны могут увеличить вероятность воздействия на рабочих или других лиц, имеющих доступ к таким объектам, например, обслуживающий персонал.Уровни мощности передачи для наземных мобильных антенн, установленных на транспортных средствах, обычно ниже, чем у антенн базовых станций, но выше, чем у портативных устройств.
Портативные портативные радиостанции, такие как рации, представляют собой маломощные устройства, используемые для передачи и приема сообщений на относительно короткие расстояния. Из-за используемых низких уровней мощности, прерывистости этих передач и того факта, что эти радиомодули расположены далеко от головы, они не должны подвергать пользователей воздействию РЧ-энергии сверх безопасных пределов.Таким образом, FCC не требует регулярной документации о соответствии ограничениям безопасности для двухсторонних радиостанций с функцией Push-to-Talk.
Антенны СВЧ
Двухточечные микроволновые антенны передают и принимают микроволновые сигналы на относительно небольших расстояниях (от нескольких десятых мили до 30 миль и более). Эти антенны обычно имеют прямоугольную или круглую форму и обычно устанавливаются на опорной башне, на крышах, по бокам зданий или на аналогичных конструкциях, которые обеспечивают четкие и беспрепятственные пути прямой видимости между обоими концами тракта передачи или ссылка на сайт.Эти антенны имеют множество применений, например, для передачи голосовых сообщений и сообщений данных, а также в качестве каналов связи между студиями вещания или кабельного телевидения и передающими антеннами. Радиочастотные сигналы от этих антенн проходят направленным лучом от передающей антенны к приемной антенне, и разброс микроволновой энергии за пределами относительно узкого луча минимален или незначителен. Кроме того, эти антенны передают с использованием очень низких уровней мощности, обычно порядка нескольких ватт или меньше. Измерения показали, что плотности мощности на уровне земли, создаваемые направленными микроволновыми антеннами, обычно в тысячу или более раз ниже рекомендуемых пределов безопасности.Более того, в качестве дополнительного запаса безопасности места расположения микроволновых вышек обычно недоступны для широкой публики. Значительное облучение от этих антенн могло произойти только в том маловероятном случае, когда человек должен был стоять прямо перед антенной и очень близко к ней в течение определенного периода времени.
Спутниковые системы
Наземные антенны, используемые для связи спутник-Земля, обычно представляют собой параболические антенны типа «тарелка», некоторые из которых имеют диаметр от 10 до 30 метров, которые используются для передачи (восходящие линии связи) или приема (нисходящие линии связи) микроволновых сигналов на спутники или от них в орбита вокруг Земли.Спутники принимают переданные им сигналы и, в свою очередь, ретранслируют сигналы обратно на наземную приемную станцию. Эти сигналы позволяют предоставлять различные услуги связи, включая услуги междугородной телефонной связи. Некоторые антенны спутниковой земной станции используются только для приема радиосигналов (то есть, как телевизионные антенны на крыше, используемые в жилом доме), и, поскольку они не передают, радиочастотное воздействие не является проблемой. Из-за больших расстояний уровни мощности, используемые для передачи этих сигналов, относительно велики по сравнению, например, с теми, которые используются в двухточечных микроволновых антеннах, описанных выше.Однако, как и в случае с микроволновыми антеннами, лучи, используемые для передачи сигналов Земля-спутник, являются концентрированными и сильно направленными, подобно лучу от фонарика. Кроме того, общественный доступ обычно ограничивается на участках станций, где уровни воздействия могут приближаться к безопасным пределам или превышать их.
Радарные системы
Радиолокационные системы обнаруживают присутствие, направление или дальность полета самолетов, кораблей или других движущихся объектов. Это достигается за счет посылки импульсов высокочастотного электромагнитного поля (ЭМП).Радиолокационные системы обычно работают на радиочастотах от 300 мегагерц (МГц) до 15 гигагерц (ГГц). Изобретенные около 60 лет назад радарные системы широко используются в навигации, авиации, национальной обороне и прогнозировании погоды. Люди, которые живут или постоянно работают рядом с радаром, выразили обеспокоенность по поводу долгосрочного неблагоприятного воздействия этих систем на здоровье, включая рак, репродуктивную функцию, катаракту и неблагоприятные последствия для детей. Важно различать предполагаемые и реальные опасности, которые представляет радар, и понимать причины существующих международных стандартов и мер защиты, используемых сегодня.
Мощность, излучаемая радиолокационными системами, варьируется от нескольких милливатт (полицейский радар управления движением) до многих киловатт (большие космические радары слежения). Однако ряд факторов значительно снижает воздействие радиочастотного излучения, создаваемого радиолокационными системами, на человека, часто как минимум в 100 раз:
.- Радарные системы излучают электромагнитные волны импульсами, а не непрерывно. Это делает среднюю излучаемую мощность намного ниже пиковой мощности импульса.
- Радары являются направленными, и генерируемая ими радиочастотная энергия содержится в лучах, которые очень узкие и напоминают луч прожектора.Уровни RF вдали от главного луча быстро падают. В большинстве случаев эти уровни в тысячи раз ниже, чем в дальнем свете.
- Многие радары имеют антенны, которые непрерывно вращаются или изменяют свою высоту кивком, таким образом постоянно меняя направление луча.
- Зоны, где может произойти опасное облучение человека, обычно недоступны для постороннего персонала.
Помимо информации, представленной в этом документе, существуют другие источники информации, касающиеся радиочастотной энергии и воздействия на здоровье.
