Введение

Передача информации или энергии, не требующая использования физических проводов. Беспроводная связь (или просто беспроводная, когда это уместно по контексту) – это передача информации (телекоммуникации) между двумя или более точками без использования электрического проводника, оптического волокна или другой непрерывной направляющей среды. Наиболее распространенные беспроводные технологии используют радиоволны. При использовании радиоволн расстояния могут быть как небольшими – всего несколько метров для Bluetooth, так и огромными, достигающими миллионов километров для радиосвязи в дальнем космосе. Беспроводная связь охватывает различные типы стационарных, мобильных и портативных устройств, включая радиостанции, сотовые телефоны, персональные цифровые помощники (PDA) и беспроводные сети. Другие примеры применения беспроводных технологий на основе радио включают в себя GPS-навигаторы, автоматические открыватели гаражных ворот, беспроводные компьютерные мыши, клавиатуры и гарнитуры, наушники, радиоприемники, спутниковое и эфирное телевидение, а также беспроводные телефоны. Существуют и менее распространенные методы беспроводной связи, использующие другие электромагнитные явления, такие как свет, магнитные или электрические поля, или звук. Термин "беспроводная связь" использовался дважды в истории коммуникаций, но с несколько отличающимися значениями. Впервые он был введен примерно в 1890 году для обозначения первых технологий радиопередачи и приема, например, в беспроводной телеграфии, пока около 1920 года его не заменило слово "радио". В Великобритании и англоязычном мире радиоприемники, не являющиеся портативными, до 1960-х годов продолжали называться "беспроводными". Термин "беспроводная" был возрожден в 1980-х и 1990-х годах, главным образом для того, чтобы отличать цифровые устройства, осуществляющие связь без проводов (как примеры, приведенные в предыдущем абзаце), от устройств, требующих проводов или кабелей. Это стало его основным значением в 2000-х годах с появлением таких технологий, как мобильная широкополосная связь, Wi-Fi и Bluetooth. Беспроводные технологии позволяют реализовывать сервисы, такие как мобильная и межпланетная связь, которые невозможно или нецелесообразно реализовать с использованием проводов. В телекоммуникационной отрасли этот термин обычно используется для обозначения телекоммуникационных систем (например, радиопередатчиков и приемников, пультов дистанционного управления и т.п.), использующих ту или иную форму энергии (например, радиоволны и акустическую энергию) для передачи информации без проводов. Информация передается таким образом как на короткие, так и на большие расстояния.

Фотофон

Первый беспроводной телефонный разговор состоялся в 1880 году, когда Александр Грэм Белл и Чарльз Самнер Тейнтер изобрели фотофон – телефон, передававший звук посредством луча света. Для работы фотофона требовался солнечный свет и прямая видимость между передатчиком и приемником, что существенно ограничивало его практическое применение. Прошли десятилетия, прежде чем принципы, лежащие в основе фотофона, нашли свое первое практическое применение в военной связи, а затем – в волоконно-оптических коммуникациях.

Ранние беспроводные

Ряд беспроводных электрических сигнальных схем, включая передачу электрических токов через воду и землю с использованием электростатической и электромагнитной индукции, исследовались для телеграфии в конце XIX века до появления практичных радиосистем. К ним относилась запатентованная индукционная система Томаса Эдисона, позволявшая телеграфу в движущемся поезде соединяться с телеграфными проводами, проложенными параллельно путям, индукционный телеграф Уильяма Приса для передачи сообщений через водные преграды, а также несколько действующих и предлагаемых систем проводной телеграфии и голосовой связи по земле. Система Эдисона использовалась поездами, оказавшимися в беде во время Великой метели 1888 года, а системы проводки по земле ограниченно применялись для связи между траншеями во время Первой мировой войны, однако ни одна из этих систем не оказалась экономически успешной.

Радиоволны

В 1894 году Гульельмо Маркони начал разрабатывать систему беспроводного телеграфа, использующую радиоволны, существование которых было доказано Генрихом Герцем еще в 1888 году, однако их не рассматривали как средство связи из-за кажущегося малого радиуса действия. Вскоре Маркони создал систему, способную передавать сигналы на расстояния, значительно превышающие любые предсказания (частично благодаря отражению сигналов от тогда еще неизвестной ионосферы). В 1909 году Маркони и Карл Фердинанд Браун были удостоены Нобелевской премии по физике за вклад в развитие беспроводной телеграфии. Исследования миллиметровых волн были впервые проведены Джагадишем Чандрой Босом в период с 1894 по 1896 год, когда в своих экспериментах он достиг чрезвычайно высокой частоты – до 60 ГГц. Он также первым начал использовать полупроводниковые переходы для детектирования радиоволн, запатентовав радиокристаллический детектор в 1901 году.

Электромагнитный спектр

Радиоприемники AM и FM и другие электронные устройства используют электромагнитный спектр. Частоты радиочастотного спектра, доступные для связи, рассматриваются как общественное достояние и регулируются такими организациями, как Федеральная комиссия по связи США, Ofcom в Соединенном Королевстве, международный ITU R или Европейский ETSI. Их правила определяют, какие диапазоны частот могут использоваться для каких целей и кем. Без такого контроля или альтернативных механизмов, например, приватизации электромагнитного спектра, может возникнуть хаос: если бы у авиакомпаний не было выделенных частот для работы, а радиолюбитель мешал пилоту посадить самолет. Беспроводная связь охватывает спектр от 9 кГц до 300 ГГц.

Мобильные телефоны

Одним из самых известных примеров беспроводных технологий является мобильный телефон, также известный как сотовый телефон, с количеством мобильных сотовых абонентов, превышающим 6,6 миллиарда по всему миру на конец 2010 года. Эти беспроводные телефоны используют радиоволны, передаваемые с вышек сотовой связи, чтобы пользователи могли совершать телефонные звонки из различных точек мира. Они работают в зоне действия сотовой станции, на которой размещено оборудование, необходимое для передачи и приема радиосигналов от этих устройств.

Данные связи

Беспроводная передача данных обеспечивает возможность беспроводной сети между настольными компьютерами, ноутбуками, планшетными компьютерами, сотовыми телефонами и другими сопряженными устройствами. Различные доступные технологии отличаются локальной доступностью, радиусом покрытия и производительностью, и в некоторых случаях пользователи используют несколько типов соединений и переключаются между ними с помощью программного обеспечения для управления подключениями или мобильного VPN для обработки множества соединений как безопасной единой виртуальной сети. Поддерживающие технологии включают:

Wi-Fi – это беспроводная локальная сеть, позволяющая портативным вычислительным устройствам легко подключаться к другим устройствам, периферийным устройствам и Интернету. Стандартизированная как IEEE 802.11 a, b, g, n, ac, ax, Wi-Fi обеспечивает скорость передачи данных, сопоставимую со скоростью более старых стандартов проводного Ethernet. Wi-Fi стал фактическим стандартом доступа в частных домах, офисах и общественных точках доступа. Некоторые компании взимают с клиентов ежемесячную плату за услуги, в то время как другие начали предлагать их бесплатно, чтобы увеличить продажи своих товаров. Сотовая связь обеспечивает покрытие в радиусе 10–15 миль от ближайшей базовой станции. По состоянию на 2018 год разрабатывалось следующее поколение – 5G. Сети дальнего радиуса действия с низким энергопотреблением (LPWAN) восполняют пробел между Wi-Fi и сотовой связью для приложений Интернета вещей (IoT) с низкой скоростью передачи данных. Мобильная спутниковая связь может использоваться там, где другие беспроводные соединения недоступны, например, в сельской местности или в отдаленных районах. Беспроводные сенсорные сети отвечают за обнаружение шума, помех и активности в сетях сбора данных. Это позволяет обнаруживать соответствующие параметры, контролировать и собирать данные, формировать наглядные пользовательские интерфейсы и выполнять функции принятия решений.

Беспроводная передача данных используется для преодоления расстояний, превышающих возможности типичной кабельной инфраструктуры в схемах связи точка-точка и точка-многоточка, для обеспечения резервного канала связи в случае сбоя основной сети, для подключения портативных или временных рабочих станций, для решения ситуаций, когда прокладка кабелей затруднена или экономически нецелесообразна, или для удаленного подключения мобильных пользователей или сетей.

Периферийные устройства

Периферийные устройства в вычислительной технике также могут подключаться беспроводным способом, как часть сети Wi-Fi или напрямую через оптический или радиочастотный (RF) периферийный интерфейс. Изначально для связи между компьютером и клавиатурой с мышью использовались громоздкие, локальные приемопередатчики, однако в более современных моделях применяются более компактные и производительные устройства. Радиочастотные интерфейсы, такие как Bluetooth или Wireless USB, обеспечивают большую дальность эффективного использования, обычно до 3 метров, но на качество сигнала могут влиять расстояние, физические препятствия, помехи и даже человеческое тело. Беспокойство относительно безопасности беспроводных клавиатур возникло в конце 2007 года, когда выяснилось, что реализация шифрования Microsoft в некоторых моделях частотой 27 МГц была крайне уязвимой.

Передача энергии

Беспроводная передача энергии — это процесс, посредством которого электрическая энергия передается от источника питания к электрической нагрузке, не имеющей собственного источника питания, без использования соединительных проводов. Существуют два различных фундаментальных метода беспроводной передачи энергии. Энергия может передаваться как методами дальнего поля, включающими направленное излучение энергии/лазеров, радио- или микроволновые передачи, так и методами ближнего поля с использованием электромагнитной индукции. Беспроводная передача энергии может быть объединена с беспроводной передачей информации, что известно как беспроводная связь с питанием. В 2015 году исследователи из Университета Вашингтона продемонстрировали передачу энергии в дальнем поле с использованием сигналов Wi-Fi для питания камер.

Медицинские технологии

Новые беспроводные технологии, такие как сети персональных устройств (MBAN), способны отслеживать артериальное давление, частоту сердечных сокращений, уровень кислорода в крови и температуру тела. MBAN функционирует путем передачи беспроводных сигналов малой мощности на приемники, которые передают данные в медсестринские посты или пункты мониторинга. Эта технология снижает риск как намеренного, так и случайного инфицирования или отключения, связанный с использованием проводных соединений.