Чем выше частота тем

Распространение электромагнитных волн

Перечислим некоторые общие закономерности распространения электромагнитных волн, связанные с частотой излучения.

§ Чем выше несущая частота, тем выше возможная скорость передачи информации.

§ Чем выше частота, тем хуже проникает сигнал через препятствия. Низкочастотные радиоволны АМ-диапазонов легко проникают в дома, позволяя обходиться комнатной антенной. Более высокочастотный сигнал телевидения требует, как правило, внешней антенны. И наконец, инфракрасный и видимый свет не проходят через стены, ограничивая передачу прямой видимостью (Line Of Sight, LOS).

§ Чем выше частота, тем быстрее убывает энергия сигнала с расстояниям от источника. При распространении электромагнитных волн в свободном пространстве (без отражений) затухание мощности сигнала пропорционально произведению квадрата расстояния от источника сигнала на квадрат частоты сигнала,

§ Низкие частоты (до 2 МГц) распространяются вдаль поверхности земли. Именно поэтому сигналы АМ-радио могут передаваться на расстояния в сотни километров.

§ Сигналы частот от 2 до 30 МГц отражаются ионосферой земли, поэтому они могут распространяться даже на более значительные расстояния в несколько тысяч километров (при достаточной мощности передатчика).

§ Сигналы в диапазоне выше 30 МГц распространяются только по прямой, то есть являются сигналами прямой видимости. При частоте свыше 4 ГГц их подстерегает неприятность — они начинают поглощаться водой, а это означает, что не только дождь, но и туман может стать причиной резкого ухудшения качества передачи микроволновых систем.

§ Потребность в скоростной передаче информации является превалирующей, поэтому все современные системы беспроводной передачи информации работают в высокочастотных диапазонах, начиная с 800 МГц, несмотря на преимущества, которые сулят низкочастотные диапазоны благодаря распространению сигнала вдоль поверхности земли или отражения от ионосферы.

§ Для успешного использования микроволнового диапазона необходимо также учитывать дополнительные проблемы, связанные с поведением сигналов, распространяющихся в режиме прямой видимости и встречающих на своем пути препятствия.

На рис. 10.4 показано, что сигнал, встретившись с препятствием, может распространяться в соответствии с тремя механизмами: отражением, дифракцией и рассеиванием.

Рис. 10.4. Распространение электромагнитной волны

Когда сигнал встречается с препятствием,которое частично прозрачно для данной дли­ны волны и в то же время размеры которогонамного превышают длину волны, то часть энергии сигнала отражается от такого препятствия. Волны микроволнового диапазона имеют длину несколько сантиметров, поэтому они частично отражаются от стен домов при передаче сигналов в городе. Если сигнал встречает непроницаемое для него препятствие (например, металлическую пластину) также намного большего размера, чем длина волны, то происходит дифракция— сигнал как бы огибает препятствие, так что такой сигнал можно получить, даже не находясь в зоне прямой видимости. И наконец, при встрече с препятствием, размеры которого соизмеримы с длиной волны, сигнал рассеивается, распространяясь под различными углами.

В результате подобных явлений, которые повсеместно встречаются при беспроводной свя­зи в городе, приемник может получить несколько копий одного и того же сигнала. Такой эффект называется многолучевым распространением сигнала.Результат многолучевого распространения сигнала часто оказывается отрицательным, поскольку один из сигналов может прийти с обратной фазой и подавить основной сигнал.

Так как время распространения сигнала вдоль различных путей будет в общем случае раз­личным, то может также наблюдаться межсимвольная интерференция— ситуация, когда в результате задержки сигналы, кодирующие соседние биты данных, доходят до приемника одновременно.

Искажения из-за многолучевого распространения приводят к ослаблению сигнала, этот эффект называется многолучевым замиранием.В городах многолучевое замирание приво­дит к тому, что ослабление сигнала становится пропорциональным не квадрату расстояния, а его кубу или даже четвертой степени!

Все эти искажения сигнала складываются с внешними электромагнитными помехами, которых в городе много. Достаточно сказать, что в диапазоне 2,4 ГГц работают микро­волновые печи.

Отказ от проводов и обретение мобильности приводит к высокому уровню помех в беспроводных ли­ниях связи. Если интенсивность битовых ошибок (BER) в проводных линиях связи равна 10 -9 -10 -10 , то в беспроводных линиях связи она достигает величины 10 -3 !

Проблема высокого уровня помех беспроводных каналов решается различными спосо­бами. Важную роль играют специальные методы кодирования, распределяющие энергию сигнала в широком диапазоне частот. Кроме того, передатчики сигнала (и приемники, если это возможно) стараются разместить на высоких башнях, чтобы избежать многократных отражений. Еще одним приемом является применение протоколов с установлением соеди­нений и повторными передачами кадров уже на канальном уровне стека протоколов. Эти протоколы позволяют быстрее корректировать ошибки, так как работают с меньшими значениями тайм-аутов, чем корректирующие протоколы транспортного уровня, такие как TCP.

Лицензирование

Итак, электромагнитные волны могут распространяться во всех направлениях на зна­чительные расстояния и проходить через препятствия, такие как стены домов. Поэтому проблема разделения электромагнитного спектра является весьма острой и требует цен­трализованного регулирования. В каждой стране есть специальный государственный орган, который (в соответствии с рекомендациями ITU) выдает лицензииоператорам связи на использование определенной части спектра, достаточной для передачи информации по определенной технологии. Лицензия выдается на определенную территорию, в пределах которой оператор использует закрепленный за ним диапазон частот монопольно.

При выдаче лицензий правительственные органы руководствуются различными страте­гиями. Наиболее популярными являются три: конкурс, лотерея, аукцион.

§ Участники конкурса — операторы связи — разрабатывают детальные предложения. В них они описывают свои будущие услуги, технологии, которые будут использовать­ся для реализации этих услуг, уровень цен для потенциальных клиентов и т. п. Затем комиссия рассматривает все предложения и выбирает оператора, который в наилучшей степени будет соответствовать общественным интересам. Сложность и неоднозначность критериев выбора победителя в прошлом часто приводили к значительным задержкам в принятии решений и коррупции среди государственных чиновников, поэтому не­которые страны, например США, отказались от такого метода. В то же время в других странах он все еще используется, чаще всего для наиболее значимых для страны услуг, например развертывания современных систем мобильной связи 3G.

§ Лотерея — это наиболее простой способ, но он также не всегда приводит к справед­ливым результатам, поскольку в лотерее могут принимать участие и «подставные» операторы, которые собираются не вести операторскую деятельность, а просто пере­продать лицензию.

§ Аукционы сегодня являются достаточно популярным способом выявления обладателя лицензии. Они отсекают недобросовестные компании и приносят немалые доходы государствам. Впервые аукцион был проведен в Новой Зеландии в 1989 году. В связи с бумом вокруг мобильных систем 3G многие государства за счет подобных аукционов в значительной степени пополнили свои бюджеты.

Существуют также три частотных диапазона, 900 МГц, 2,4 ГГц и 5 ГГц, которые рекомен­дованы ITU как диапазоны для международного использования без лицензирования [35] . Эти диапазоны выделены промышленным товарам беспроводной связи общего назначения, например устройствам блокирования дверей автомобилей, научным и медицинским при­борам. В соответствии с назначением эти диапазоны получили название ISM-диапазонов(Industrial, Scientific, Medical — промышленность, наука, медицина). Диапазон 900 МГц является наиболее «населенным». Это и понятно, низкочастотная техника всегда стои­ла дешевле. Сегодня активно осваивается диапазон 2,4 ГГц, например, в технологиях IEEE 802.11 и Bluetooth. Диапазон 5 ГГц только начал осваиваться, несмотря на то что он обеспечивает более высокие скорости передачи данных.

Обязательным условием использования этих диапазонов на совместной основе является ограничение максимальной мощности передаваемых сигналов уровнем 1 Вт. Это условие ограничивает радиус действия устройств, чтобы их сигналы не стали помехами для других пользователей, которые, возможно, работают в том же диапазоне частот в других районах города.

Существуют также специальные методы кодирования (они рассматриваются далее), по­зволяющие уменьшить взаимное влияние устройств, работающих в ISM-диапазонах.

Беспроводные системы

Двухточечная связь

Типичная схема проводного двухточечного канала является популярной и для беспро­водной связи. По двухточечной схеме могут работать беспроводные каналы различного назначения, использующие различные диапазоны частот.

В телекоммуникационных первичных сетях такая схема уже долгое время применяется для создания так называемых радиорелейных линий связи.Такую линию образуют несколько башен, на которых установлены параболические направленные антенны (рис. 10.5). Каж­дая такая линия работает в микроволновом диапазоне на частотах в несколько гигагерц. Направленная антенна концентрирует энергию в узком пучке, что позволяет передавать информацию на значительные расстояние, обычно до 50 км. Высокие башни обеспечивают прямую видимость антенн.

Рис. 10.5. Радиорелейная линия связи

Пропускная способность линии может быть достаточно высокой, обычно она находится в пределах от нескольких до сотен мегабитт в секунду. Это могут быть как магистральные линии, так и линии доступа (в последнем случае они имеют чаще всего один канал). Опе­раторы связи часто используют подобные линии, когда прокладка оптического волокна либо невозможна (из-за природных условий), либо экономически невыгодна.

Радиорелейная линия связи может использоваться в городе для соединения двух зданий. Так как высокая скорость в таком случае не всегда нужна (например, нужно соединить небольшой сегмент локальной сети с основной локальной сетью предприятия), то здесь могут применяться радиомодемы, работающие в АМ-диапазоне. Для связи двух зданий может также использоваться лазер, обеспечивая высокую информационную скорость (до 155 Мбит/с), но только при соответствующем состоянии атмосферы.

Другой пример беспроводной двухточечной линии связи показан на рис. 10.6. Здесь она служит для соединения двух компьютеров. Такая линия образует простейший сегмент локальной сети, поэтому расстояния и мощности сигнала здесь принципиально иные.

Рис. 10.6. Беспроводная связь двух компьютеров

Для расстояний в пределах одного помещения может использоваться диапазон инфра­красных волн (рис. 10.6, а) или микроволновый диапазон (рис. 10.6, б). Большинство современных ноутбуков оснащено встроенным инфракрасным портом, поэтому такое соединение может быть образовано автоматически, как только порты двух компьютеров окажутся в пределах прямой видимости (или видимости отраженного луча).

Микроволновый вариант работает в пределах нескольких десятков или сотен метров — предельное расстояние предсказать невозможно, так как при распространении микро­волнового сигнала в помещении происходят многочисленные отражения, дифракции и рассеивания, к которым добавляются эффекты проникновения волн через стены и межэтажные перекрытия.

Объяснение домашнего Wi-Fi – что значат герцы, диапазоны, потоки, каналы и многое другое

Wi-Fi – привычное всем название сетевых стандартов 802.11xx – является важным изобретением, позволяющим избавляться от проводов. Только представьте, как тяжело было бы пользоваться вашим смартфоном или планшетом без домашней сети Wi-Fi.

В двух словах, Wi-Fi – это альтернатива сетевым кабелям, позволяющая устройствам подключаться к сети без проводов. Но, мир Wi-Fi может сбивать с толку из-за множества стандартов скорости, частотных диапазонов, функций и прочего.

Этот пост поможет вам понять Wi-Fi, не запутавшись в сетевом жаргоне. Беспроводное сетевое подключение, безусловно, сложная тема, но уделите ей немного внимания, и вы получите удовольствие.

Как работает Wi-Fi

Wi-Fi использует радиочастоты для передачи данных. Он использует тот же принцип, что и любые другие технологии, работающие с электромагнитными волнами, включая само радио.

Радиовещательные станции AM и FM используют частоты, измеряемые в мегагерцах (МГц), килогерцах (кГц) или даже ниже. Wi-Fi, с другой стороны, использует гораздо более высокие скорости, измеряемые в гигагерцах (ГГц).

В частности, Wi-Fi использует диапазоны частот 2,4 ГГц, 5 ГГц, 6 ГГц и (редко используемый) 60 ГГц. Ниже вы найдёте дополнительную информацию об этом. Однако, чтобы понять частоты, нам нужно знать, что такое герц, в частности, что представляет собой 1 герц.

Что такое Герц?

Генрих Герц – немецкий физик, убедительно доказавший существование электромагнитных волн в конце 19 века, то что теперь мы считаем само собой разумеющимся.

В его честь была названа единица измерений – Герц – то есть количество гребней радиоволн – или волновых циклов – за 1 секунду.

Наполните ванну водой. Подождите, пока поверхность успокоиться. Теперь добавьте маленькую резиновую уточку. Обратите внимание, что волны распространяются наружу. Выберите любую. Подсчитайте, сколько раз волна достигает высшей точки за секунду. Если это один раз, вы получите 1 Герц; дважды означает, что у вас есть 2 герца и так далее.

Ладно, не утруждайте себя точными подсчетами, это слишком сильно, но вы поняли идею.

Дальше становится немного тяжелее. Это потому, что Wi-Fi использует частоты в ГГц. Например, 5 ГГц означает, что в секунду волна проходит 5 000 000 000 гребней. Это слишком много, чтобы подсчитать, так что поверьте мне на слово!

Чем выше частота, тем меньше расстояние между двумя последовательными гребнями волны, что означает меньшую длину, которую может пройти сама волна. Тем не менее, это также означает, что больше информации вы можете уместить в ней.

И эта информация перемещается между частями оборудования Wi-Fi. Давайте узнаем, что оно из себя представляет.

Оборудование для сетей Wi-Fi

Чтобы использовать Wi-Fi, нам нужен передатчик сигнала и приёмник. Это два конца сетевого соединения. В частности, первый излучает сигналы Wi-Fi, чтобы вторые улавливали их и формировали беспроводную связь.

Для этого вещатель может сделать Wi-Fi открытой сетью, чтобы любые клиенты могли подключаться к ней, или безопасной сетью, в которой только авторизованные клиенты могут подключаться с помощью пароля. (Подробнее об этом в разделе WPA каждого стандарта Wi-Fi ниже.)

Этот режим, который называется «инфраструктура», является основным способом использования Wi-Fi: одна вещательная станция может передавать сигнал на несколько приёмников, но приёмник может одновременно подключаться только к одной вещательной станции.

Технически вы можете настроить два приёмника для подключения в режиме «ad-hoc». Но этот режим имеет мало практического практического применения.

Как правило, вещатель Wi-Fi всегда называется точкой беспроводного доступа (WAP) или точкой доступа (AP) для краткости. Однако чаще вы сталкиваетесь с роутерами Wi-Fi. Это стандартные маршрутизаторы со встроенными точками доступа.

В приёмнике всегда есть Wi-Fi адаптер. В большинстве случаев вы не видите реального адаптера, поскольку он находится внутри устройства (ноутбука или смартфона), которое вы используете. Но если у вас компьютер без встроенного Wi-Fi (или Wi-Fi нужного вам стандарта), вы можете довольно легко добавить или обновить.

Устройство – компьютер или мобильный телефон – со встроенной функцией Wi-Fi называется клиентом Wi-Fi или просто устройством Wi-Fi.

Все передатчики и приёмники Wi-Fi имеют антенны. Если вы их не видите, значит, они спрятаны внутри или смешаны с другими (металлическими) частями устройства.

Когда у нас есть вещатель и приемник, скорость соединения Wi-Fi зависит от используемого ими стандарта Wi-Fi.

Объяснение домашнего Wi-Fi и его стандартов

Стандарты Wi-Fi – это то, как мы манипулируем упомянутыми выше частотами. Они необходимы отчасти потому, что мы не можем использовать любые частоты. Они регулируются – оборудование, которое вы покупаете, ограничено определенным спектром.

И регулирование – это хорошо, потому что устройства должны согласовывать множество стандартизированных процедур для успешной связи.

Конечно, вы можете купить собственное любительское радио и заставить его использовать любые частоты, но в наше время это незаконно. Кроме того, ваше устройство может быть бесполезным, поскольку никто не использует для связи с вами те же частоты.

Итак, стандарты Wi-Fi – это определенные спектры, утверждённые Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE). Каждый раз, когда спектр доступен для использования Wi-Fi, у нас появляется новый стандарт.

С 1999 года появилось шесть основных стандартов Wi-Fi: 802.11b, 802.11a, 802.11g, 802.11n, 802.11ac и 802.11ax (последний имеет расширение под названием 802.11axe).

Новые стандарты всегда быстрее старых, но также обратно совместимы, если используют ту же частоту. Следовательно, по большей части, вы можете использовать Wi-Fi устройства разных поколений вместе.

Имейте в виду, что беспроводные устройства подключаются с использованием стандарта, который они поддерживают, и вы не можете сказать, какой из них используется, если не протестируете скорость, не используете определенное оборудование или не просматриваете состояние через приложение. Сигналы Wi-Fi невидимы. Буквально, вы не можете выявить их, взглянув на пространство вокруг себя.

Если вы находите приведенные выше название стандартов Wi-Fi странными и труднопроизносимыми, вы не одиноки. В том виде, в каком они есть, трудно сказать, что есть что. Здесь в игру вступает относительно новое соглашение о названиях.

Соглашение об именовании стандартов Wi-Fi

3 октября 2018 года Wi-Fi Alliance представил новое соглашение об именах сетей Wi-Fi с использованием простых чисел.

В частности, 802.11ax называется Wi-Fi 6 – это 6-е поколение, 802.11ac теперь называется Wi-Fi 5 и т.д. (расширение 802.11axe называется Wi-Fi 6E – о них вы узнаете ниже).

Это новое соглашение об именовании является долгожданным изменением. Вам больше не нужно задаваться вопросом, что лучше: ac, n или ax. И вполне логично, что большее число рядом с Wi-Fi означает более новый и быстрый стандарт.

Коротко о стандартах Wi-Fi

В приведенной ниже таблице указаны все стандарты Wi-Fi и их краткие характеристики.

20 МГц
40 МГц
80 МГц

Обратите внимание, что все упомянутые здесь скорости Wi-Fi являются теоретическими. В реальном мире они сильно отличаются и всегда значительно ниже из-за помех, расстояний, совместимости устройств, а также накладных расходов.

По моему опыту, обычно можно рассчитывать на две трети от теоретических скоростей. И это также общая пропускная способность Wi-Fi, разделяемая между подключенными устройствами.

Кроме того, имейте в виду, что скорость соединения Wi-Fi между двумя сторонами основана на том же принципе, что и сетевое соединение – это всегда скорость самой медленной стороны. Например, если вы используете клиент Wi-Fi 6 с роутером Wi-Fi 5, скорость соединения будет такими же, как у последнего.

Диапазоны Wi-Fi и их тонкости (частота, каналы и потоки)

Диапазоны Wi-Fi – это радиочастоты, на которых сигналы Wi-Fi проходят между точкой доступа и клиентом. Когда дело доходит до Wi-Fi, нам нужно знать следующие диапазоны: 2,4 ГГц, 5 ГГц и 6 ГГц.

Опять же, существует полоса 60 ГГц, но она вряд ли полезна или вообще не используется – подробнее о стандарте 802.11ad ниже.

Помимо базовых скоростей, упомянутых в таблице выше, наиболее важными и общими атрибутами каждого из этих диапазонов являются их покрытие. Давайте разберемся!

Охват сигналом Wi-Fi в теории

Радиоволновой вещатель излучает сигналы наружу в виде сферы вокруг себя.

Чем ниже частота, тем дальше может распространяться волна. Радиоприёмники AM и FM используют частоту, измеряемую в мегагерцах – вы можете слушать одну и ту же станцию на обширной территории, например, в целом регионе или городе.

Wi-Fi использует частоты 2,4 ГГц, 5 ГГц, 6 ГГц – все они невероятно высокие. В результате они имеют гораздо меньший радиус действия по сравнению с радио. Это не говоря уже о том, что домашняя Wi-Fi-станция имеет ограниченную мощность.

Но, у этих диапазонов есть следующее общее: чем выше частота (в Гц), тем выше полоса пропускания (скорость) и тем короче охват. Невозможно точно определить фактическое покрытие каждого из диапазонов, потому что оно сильно колеблется и сильно зависит от окружающей среды.

Тем не менее, ниже приведены мои оценки дальности действия домашних вещателей Wi-Fi, основанные на личном опыте, в хороших условиях, то есть на открытом воздухе в солнечный день.

Примечание. Сигнал Wi-Fi не исчезает внезапно. Он постепенно ухудшается по мере удаления от вещателя. Расстояния, упомянутые ниже, указаны, когда у клиента всё еще есть сигнал, достаточно сильный для значимого соединения.

• 2,4 ГГц : этот диапазон имеет наилучшую дальность до 55 метров. Однако, это самый популярный диапазон, который также используется устройствами без Wi-Fi, такими как беспроводные телефоны или пульты от телевизора. Его реальная скорость сильно страдает от помех и других вещей. В результате эта полоса сейчас работает, в основном, как резервная, где дальность важнее скорости.
• 5 ГГц : эта полоса имеет гораздо более высокие скорости, чем полоса 2,4 ГГц, но более короткий охват, максимальная дальность составляет около 46 метров.
• 6 ГГц : это новейший диапазон, доступный с Wi-Fi 6E. Он имеет ту же максимальную скорость, что и диапазон 5 ГГц, но с меньшими помехами и накладными расходами. В результате его фактическая скорость в реальном мире выше. В свою очередь, из-за более высокой частоты он предоставляет около 70% покрытия от 5 ГГц и достигает 35 метров.

Некоторые могут счесть эти цифры завышенными, другие будут утверждать, что их роутер способен на большее, но вы можете использовать их в качестве основы для расчета покрытия в вашей ситуации.

Покрытие сигналом Wi-Fi в реальной жизни

В реальных условиях, скорее всего, охват Wi-Fi от вашего роутера будет намного меньше, чем вам хотелось бы. Это связано с тем, что сигналы Wi-Fi чувствительны к помехам и препятствиям.

В то время как новый диапазон 6 ГГц, как правило, не страдает от помех, за исключением случаев, когда вы используете несколько вещателей поблизости, в двух других диапазонах есть множество вещей, которые могут повредить их охвату.

Кроме того, обратите внимание, что охват Wi-Fi (и проникновение сигнала), как правило, одинаковы у вещателей с аналогичными характеристиками, и различаются (от модели к модели) только устойчивыми скоростями и стабильностью сигнала.

Распространенные источники помех на частоте 2,4 ГГц

• Другие вещатели Wi-Fi 2,4 ГГц поблизости
• Беспроводные телефоны 2,4 ГГц
• Люминесцентные лампы
• Bluetooth-радио
• Микроволновые печи

Распространенные источники помех на частоте 5 ГГц

• Другие близкие вещатели Wi-Fi на частоте 5 ГГц
• Беспроводные телефоны 5 ГГц
• Радары
• Цифровые спутники

Препятствия и блокировка сигнала

Что касается препятствий, стены являются наиболее распространенной проблемой, поскольку они повсюду. Различные типы стен по-разному блокируют сигналы Wi-Fi, но ни одна стена не усиливает Wi-Fi. Крупные объекты, такие как крупная бытовая техника или лифты, тоже создают проблемы.

Вот мои приблизительные оценки того, насколько стена блокирует сигналы Wi-Fi – используйте меньшее число для 2,4 ГГц и высокое для 5 ГГц, добавьте еще 10%-15% к 5 ГГц, если вы используете диапазон 6 ГГц:

• Тонкая пористая (дерево, гипсокартон и т.п.) стена: блокирует от 10% до 30% сигналов Wi-Fi – радиус действия роутера будет намного меньше, если вы разместите его рядом со стеной.
• Толстая пористая стенка: от 20% до 40%
• Тонкая непористая (бетон, металл, керамическая плитка, кирпич с раствором и т.п.) стена: от 30% до 50%
• Толстая непористая стенка: от 50% до 90%

Опять же, эти цифры приблизительны, но вы можете использовать их, чтобы иметь представление о том, как далеко сможет добраться сигнал, когда вы размещаете вещатель Wi-Fi в определенном месте вашего дома.

Простое правило: чем больше стен, тем хуже покрытие.

Wi-Fi каналы

Каналы Wi-Fi , в двух словах, представляют собой небольшую часть каждого диапазона Wi-Fi. Они как полосы на автомобильной дороге.

Соединение Wi-Fi должно использовать определенный канал в каждый момент времени. Ширина канала (или пропускная способность) определяет скорость соединения. Это как велосипедная дорожка медленнее, чем автомобильная, но быстрее, чем тротуар для пешеходов.

Диапазон 6 ГГц намного шире, чем 5 ГГц и 2,4 ГГц, и ему не нужно использовать каналы DFS, которые должны использоваться существующими 5 ГГц для обеспечения производительности 160 МГц

Каналы измеряются в мегагерцах (МГц). Есть четыре уровня ширины, включая 20 МГц, 40 МГц, 80 МГц, 160 МГц (Wi-Fi 7 обещает добавить пятый уровень – 320 МГц).

Нам нужно несколько смежных каналов, чтобы получить более широкий канал. Таким образом, канал 40 МГц включает в себя два последовательных канала 20 МГц, канал 80 МГц требует двух смежных каналов 40 МГц (или четырёх каналов 20 МГц) и т.д.

В результате диапазон Wi-Fi может включать в себя либо больше низких каналов, либо меньше высоких каналов. Ширина канала 160 МГц настолько широка, что у нас может быть только два таких канала из диапазона 5 ГГц. Самое главное, что оба требуют использования каналов DFS.

Что такое DFS

Каналы с динамическим выбором частоты (DFS)

Каналы DFS, доступные только в диапазоне 5 ГГц, являются специальными каналами, которые делят воздушное пространство с радарными сигналами, имеющими «преимущественное право проезда». Таким образом, канал DFS похож на велосипедную дорожку, по которой вы можете проехать на своей машине, но только тогда, когда поблизости нет велосипедистов.

Обычно эти каналы работают так же, как и любые другие каналы. Однако, при наличии сигналов радара, что часто случается, если вы живете в десятках километров от аэропорта или метеостанции, роутер переместит свои сигналы на следующий незанятый канал DFS.

Во время этого процесса переключения каналов ваше устройство может ненадолго отключиться.

Не все клиенты поддерживают DFS, поэтому большинство роутеров не используют эти каналы по умолчанию из соображений совместимости.

160 МГц против 160 МГц (80+80) каналов

Чтобы избежать DFS, некоторые чипы Wi-Fi имеют режим 160 МГц (80+80), объединяющий два несмежных канала 80 МГц в один – как в случае с Netgear RAX120.

Подход 160 МГц (80+80) является своего рода «хаком» и не обеспечивает такой же производительности, как реальный канал 160 МГц.

Перекрывающиеся каналы

Перекрывающиеся каналы – это те, которые могут использоваться несколькими типами трафика – это как велосипед может двигаться по полосе, предназначенной для автомобилей – и, как правило, более восприимчивы к помехам.

С другой стороны, неперекрывающиеся каналы подобны полосам, явно предназначенным для определенного типа движения, такого как железная дорога или полоса для общественного транспорта.

Wi-Fi потоки

Потоки Wi-Fi , часто называемые пространственными потоками или потоками данных, – это то, как распространяется сигнал Wi-Fi. Поток определяет базовую скорость полосы частот в стандарте Wi-Fi. Чем больше потоков может обрабатывать группа, тем выше её скорость.

Вы можете думать о потоках как о транспортном средстве, которое использует дорогу. В зависимости от размера грузового отсека (или количества прицепов, которые он может тянуть), транспортное средство может перевозить больше или меньше товаров за одну поездку.

В зависимости от характеристик оборудования соединение Wi-Fi использует один поток, два потока (2×2), три потока (3×3) или четыре потока (4×4). Прямо сейчас 4×4 является самым высоким, хотя в будущем их может стать ещё больше.

Обратите внимание, что здесь мы говорим о количестве потоков одного диапазона. Начиная с Wi-Fi 6 – подробнее ниже – многие поставщики оборудования объединяют потоки всех диапазонов в вещателе в большее число, например, 8 потоков или 12 потоков. Это совершенно неверно, так как соединение Wi-Fi происходит в одном диапазоне за раз, подобно тому, как транспортное средство может использовать только одну полосу дороги за раз.

Как видно из приведенной выше таблицы, каждый диапазон и стандарт Wi-Fi имеют разную базовую скорость одиночного потока. Но во всех случаях концепция множественных потоков остается неизменной.

Это похоже на то, что, хотя и автомобиль, и велосипед могут буксировать прицеп по своей дороге, размеры их прицепов различаются.

Важное примечание: в конкретном Wi-Fi-соединении количество используемых потоков меньшее из вовлеченных сторон. Например, если вы используете роутер 4×4 с клиентом 2×2, у вас будет соединение 2×2.

Группы против каналов против потоков

Полосы, каналы и потоки – это элементы, которые сбивают с толку пользователей Wi-Fi.

Итак, ещё раз, вот моя грубая аналогия:

Полоса Wi-Fi похожа на дорогу, где каналы – это полосы движения, а потоки – это транспортные средства. На одной дороге более широкие полосы предназначены для более крупных транспортных средств. Транспортные средства с большим грузовым пространством (2×2, 3×3 и т.д.) могут перевозить больше грузов (данных) за одну поездку (соединение).

Соединение Wi-Fi происходит на одном канале (полосе) одной полосы (дороги) за раз, но чем больше каналов и полос, тем больше вариантов и больше аппаратных устройств вы можете использовать одновременно для доставки с лучшей скоростью.

Фактическая передача данных всегда имеет наименьший знаменатель. Это похоже на то, как велосипед может перевозить только одного человека на относительно небольшой скорости, даже если вы едете на нём по левой полосы открытой автомагистрали.

Эволюция технологии Wi-Fi

Теперь, когда вы знаете, как работает Wi-Fi, давайте выясним, как он работает в разных стандартах. Помимо более высоких скоростей, каждая новая версия Wi-Fi получает больше функций и лучшую безопасность.

Опять же, поскольку ранние стандарты уже устарели, мы начнём с Wi-Fi 4.

Wi-Fi 4 (802.11n)

Wi-Fi 4 , также известный как Wireless-N, использует ширину канала 20 МГц и 40 МГц и до трёх потоков (3×3). Один поток обеспечивает скорость 150 Мбит/с (40 МГц).

Wi-Fi 4 – это когда у нас также есть:

• Два диапазона
• Комбинированное обозначение скоростей
• MIMO
• Использование методов безопасности WPS и Wi-Fi Protected Access (WPA)

Двухдиапазонный

Это когда вещатель Wi-Fi работает на частотах 2,4 ГГц и/или 5 ГГц, одновременно.

Двухдиапазонный режим необходим для обеспечения совместимости. Некоторые устройства Wi-Fi используют только диапазон 2,4 ГГц, а другие – 5 ГГц. Таким образом, для взаимозаменяемости устройств, независимо от их стандарта, необходима двухдиапазонная поддержка.

Двухдиапазонный вещатель имеет две точки доступа, по одной на каждый диапазон. Аналогичным образом двухдиапазонный клиент имеет два беспроводных приёмника.

Имейте в виду, что «двойной» не означает, что вы увидите два аппаратных блока. Вместо этого одна физическая точка доступа (или роутер, или адаптер) имеет внутри два аппаратных компонента.

Двухдиапазонные вещатели (роутеры, точки доступа), как правило, являются параллельными (или настоящими) двухдиапазонными, что означает, что они могут работать в обоих диапазонах одновременно. Когда-то существовали выбираемые двухдиапазонные вещатели, поддерживающие устаревшие стандарты 802.11a и 802.11b/g, которые в моменте работали на одном диапазоне.

Все приёмники (адаптеры, клиенты) – двухдиапазонные или нет – могут подключаться к вещательной станции только с использованием одного диапазона за раз. Это похоже на то, что автомобиль может проезжать только по одной полосе дороги в определенный момент времени.

Комбинированное обозначение скорости

Для Wi-Fi 4 поставщики сетевых услуг используют обозначения N, где N – это сокращение от 802.11n.

Например, двухдиапазонный двухпоточный (2×2) роутер Wi-Fi 4 они назвали маршрутизатором N600. Число, следующее за N, представляет собой суммарную максимальную скорость обоих диапазонов (300 Мбит/с на 2,4 ГГц и 300 Мбит/с на 5 ГГц). Точно так же роутеры с тремя потоками (3×3) теперь классифицируются как N900.

Этот тип именования используется в более новых стандартах Wi-Fi.

MIMO означает множественный вход и множественный выход. Это позволяет паре передатчика и приёмника одновременно обрабатывать несколько потоков данных. Чем больше потоков, тем быстрее соединение.

Опять же, MIMO началось с Wi-Fi 4 (802.11n) и работает в диапазонах частот 2,4 ГГц и 5 ГГц. Позже MIMO стали называть однопользовательским MIMO или SU-MIMO благодаря внедрению MU-MIMO или многопользовательского множественного ввода и множественного вывода в Wi-Fi 5.

Защищенная настройка Wi-Fi (WPS)

Впервые представленный на Cisco в 2006 году, WPS стал популярным с Wi-Fi 4. Это быстрый способ позволить клиенту подключиться к сети Wi-Fi, нажав кнопку на роутере, а затем на клиенте.

WPS избавляет вас от необходимости вручную вводить пароль Wi-Fi, но в некоторых случаях может представлять угрозу безопасности. Тем не менее, он сохраняется в более поздних стандартах.

Защищенный доступ Wi-Fi (WPA)

Wi-Fi 4 также стал периодом широкого распространения новой настройки Wi-Fi Protected Access (WPA).

Официально доступный с 2003 года, WPA заменил метод безопасности Wired Equivalent Privacy (WEP), перегруженный уязвимостями.

WPA использует общую конфигурацию, называемую WPA-PSK (Pre-Shared Key). Ключи безопасности, используемые в этом методе, имеют длину 256 бит, что намного лучше, чем 64-битные и 128-битные ключи WEP.

Первоначально для шифрования WPA использует протокол целостности временного ключа (TKIP), который использует динамическую систему ключей для каждого пакета, которая более безопасна, чем система фиксированных ключей WEP. Позже WPA получил ещё более совершенный стандарт шифрования под названием Advanced Encryption Standard (AES).

На протяжении всего своего существования WPA позволяет пользователям выбирать между TKIP и AES. Помимо WPA, оборудование Wi-Fi 4 также поддерживает WEP для обратной совместимости, поскольку некоторые устаревшие клиенты не поддерживают WPA.

Несмотря на безопасность, WPA уязвим для взлома, особенно с помощью упомянутого выше WPS.

Wi-Fi 5 (802.11ac)

Этот стандарт работает только в диапазоне 5 ГГц и имеет базовую скорость одного потока около 433 Мбит/с (80 МГц) и может доставлять до четырех потоков одновременно (4×4), следовательно, скорость составляет около 1733 Мбит/с (4 ×433 Мбит/с).

Некоторые вещатели Wi-Fi 5 поддерживают новую частоту 160 МГц, чтобы обеспечить ещё более высокую скорость. Однако очень немногие клиенты Wi-Fi 5 поддерживают такую ширину канала.

В диапазоне 5 ГГц стандарт обратно совместим с Wi-Fi 4. Кроме того, роутер / точка доступа Wi-Fi 5 всегда включает в себя точку доступа Wi-Fi 4 в диапазоне 2,4 ГГц. По этой причине любой вещатель Wi-Fi 5 будет поддерживать всех существующих клиентов Wi-Fi.

• Традиционный трёхдиапазонный подход
• MU-MIMO
• Формирование луча
• Метод безопасности WPA2
• Сетчатую систему Wi-Fi

Традиционный трёхдиапазонный

Традиционно это означает, что вещатель работает в трёх диапазонах – один 2,4 ГГц и два 5 ГГц, и все они работают одновременно. Трёхдиапазонный вещатель может одновременно обслуживать больше клиентов с частотой 5 ГГц, чем двухдиапазонный маршрутизатор, прежде чем замедлится.

С появлением Wi-Fi 6E появился новый тип трехдиапазонного подключения – подробнее ниже.

Комбинированное обозначение Wi-Fi 5

Подобно обозначению N выше, сетевые поставщики теперь объединяют скорости всех диапазонов в новые имена для роутеров Wi-Fi 5. Эти имена начинаются с AC, где AC является сокращением от 802.11ac.

В результате вы найдёте множество таких устройств, как AC3100 (например, Asus RT-AC88U), AC5400 (TP-Link C54X), AC2200 (Synology MR2200ac) и многие другие.

Разные поставщики могут использовать разные числа в зависимости от того, как они решили округлить общую пропускную способность в большую или меньшую сторону, в основном, в маркетинговых целях. Таким образом, они не последовательны во всей отрасли.

Имейте в виду, что числа, следующие за AC, представляют собой не максимальную скорость отдельного соединения, а общую пропускную способность всех диапазонов.

Это как сцепить два автомобиля – один с максимальной скоростью 100 км в час, а второй – 140 км в час – и ожидать, что такая сцепка поедет со скоростью 240 км в час.

Формирование луча

Формирование луча – это функция, при которой вещатель автоматически фокусирует свои сигналы в определенном направлении приёмника для повышения эффективности и, следовательно, скорости.

Формирование луча доступно только на стороне вещателя, и обычно трудно оценить его эффективность.

Защита WPA2

Ставший коммерчески доступным в 2006 году, WPA2 представляет собой улучшенную версию WPA. Самым большим изменением является обязательное использование метода шифрования AES и введение режима встречного шифрования с протоколом кода аутентификации сообщений с цепочкой блоков (CCMP) в качестве замены TKIP.

Аппаратное обеспечение Wi-Fi 5 по-прежнему поддерживает WPA для обратной совместимости. Поддержка WEP также была доступна изначально, но постепенно прекращалась в более новом оборудовании.

Хотя WPA2 гораздо более безопасен, чем WPA, он не на 100% защищен от взлома, а также подвержен взлому, опять же с использованием WPS. Однако, вероятность взлома WPA2 минимальна.

MU-MIMO

Эта функция является частью Wi-Fi 5 Wave 2 – расширенной версии 802.11ac. MU-MIMO позволяет нескольким устройствам одновременно получать различные потоки данных.

В частности, в сети MIMO вещатель одновременно обрабатывает только одного клиента Wi-Fi в порядке очереди. Поэтому, если у вас несколько клиентов, они должны оставаться в очереди и по очереди получать пакеты данных.

С другой стороны, в сети MU-MIMO вещатель может одновременно обслуживать до четырёх (возможно, больше в будущем) клиентов Wi-Fi.

Важно отметить, что даже в сети MIMO роутер может довольно быстро переключаться между клиентами, и в большинстве случаев вы вообще не будете испытывать никаких задержек или замедлений.

Следовательно, если у вас немного – до дюжины или около того – одновременно активных клиентов, вы не увидите преимуществ MU-MIMO. Кроме того, эта функция работает только на нисходящем канале и только в диапазоне 5 ГГц.

Большинство роутеров, если не все, и точки доступа поддерживают MU-MIMO.

Сетчатая система Wi-Fi

Сетчатые системы Wi-Fi используют несколько вещателей, чтобы сформировать бесшовную сеть для покрытия большого объекта. Этот тип решения Wi-Fi начинается с Wi-Fi 5, в частности, с eero, впервые представленного в 2016 году.

Сетчатые системы бывают разных видов, чтобы обеспечить разные скорости и степени покрытия для удовлетворения различных потребностей.

802.11ad

Впервые представленный в 2009 году как WiGig, этот стандарт изначально жил сам по себе и не хотел становится частью экосистемы Wi-Fi до 2013 года.

802.11ad работает на частоте 60 ГГц и обеспечивает сверхбыструю скорость беспроводной связи до 7 Гбит/с.

Тем не менее, дальность действия составляет менее 3 метров. Он не может проникать через стены или объекты, что делает его непрактичным в качестве стандарта беспроводной сети.

Стандарт 802.11ad некоторое время был доступен как док-станция для ноутбука – быстрый способ подключения устройств на близком расстоянии, в пределах прямой видимости. Из-за этого крайнего недостатка этот стандарт не получил широкого распространения.

Роутеры 802.11ad, такой как Netgear Nighthawk X10, всегда включает точки доступа 802.11ac и 802.11n для работы с существующими клиентами Wi-Fi. Но, вы можете пропустить этот стандарт.

Wi-Fi 6 (802.11ax)

802.11ax – это последнее поколение Wi-Fi, коммерческое использование которого началось в 2019 году.

Этот новый стандарт работает в диапазонах 5 ГГц и 2,4 ГГц. В первом случае он поддерживает канал 160 МГц и имеет базовую скорость одного потока 600 Мбит/с.

Пока что среди вещателей у нас есть роутеры 4×4, которые могут обеспечивать до 4800 Мбит/с в беспроводной полосе пропускания. Со стороны приёмников у нас есть только 2×2.

Скорости Wi-Fi 6 – дело сложное, и я написал на эту тему длинный пост. Помимо этого, в этом стандарте есть несколько новых заслуживающих внимания функций, в том числе:

• OFDMA
• Целевое время пробуждения
• WPA3

OFDMA – больше эффективности

В Wi-Fi 6 используется новая технология, называемая множественным доступом с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA) – громкое название для мультиплексирования с частотным разделением.

В частности, этот метод делит каждый канал на множество собственных подканалов с разными частотами. Эти «мини»-частоты накладываются друг на друга для повышения эффективности.

Вы можете рассматривать OFDMA как улучшенную версию MU-MIMO. Если MU-MIMO – это как наличие нескольких барменов за стойкой (а не только одного, как в MIMO), OFDMA значительно продвигается вперед, используя роботов-барменов: каждый может обслуживать множество клиентов одновременно.

Целевое время пробуждения – лучшее время автономной работы

Wi-Fi 6 ещё больше увеличивает срок службы батареи, чем Wi-Fi 5 (802.11ac), отчасти потому, что для передачи того же объема данных требуется меньше времени. Однако, наиболее важно то, что у него есть новая функция, называемая планированием времени пробуждения или целевым временем пробуждения (TWT).

TWT позволяет адаптеру Wi-Fi быстро переходить в спящий режим при простое (даже очень короткое время) и автоматически просыпаться при необходимости. Это похоже на автомобиль, который автоматически глушит двигатель на красный свет и автоматически заводится, когда вы нажимаете на газ.

Это последний метод безопасности, который был представлен в 2018 году, чтобы «покончить с WPA2». Изначально не все устройства Wi-Fi 6 поддерживают WPA3, но все будут поддерживать после обновления прошивки.

Некоторое новейшее оборудование Wi-Fi 5 также поддерживает этот метод в качестве опции.

Wi-Fi 6Е

Wi-Fi 6E – это новейший стандарт Wi-Fi, ставший коммерчески доступным в 2021 году. На самом деле, это не стандарт сам по себе, а расширение Wi-Fi 6.

Wi-Fi 6E имеет все атрибуты Wi-Fi 6, но с одним исключением: он использует полностью новую полосу частот 6 ГГц. В результате он имеет большее пространство спектра и может передавать до семи каналов 160 МГц или четырнадцати каналов 80 МГц.

С точки зрения скорости Wi-Fi 6E имеет такую же максимальную скорость, как и Wi-Fi 6, но ему проще обеспечить эту скорость. В свою очередь, Wi-Fi 6E имеет меньший радиус действия, чем Wi-Fi 6.

Как и переход на диапазон 5 ГГц в Wi-Fi 4, Wi-Fi 6E требует нового оборудования. В результате у нас теперь есть новый тип трёхдиапазонной сети, где аппаратные устройства должны включать все три диапазона (2,4 ГГц, 5 ГГц и 6 ГГц), чтобы они всегда могли работать друг с другом.

Обязательный протокол WPA3 и Enhance Open (OWE)

С точки зрения безопасности, WPA3 стал обязательным для Wi-Fi 6E. Все устройства с частотой 6 ГГц должны использовать его и больше не поддерживают WPA2 или какие-либо более ранние методы защиты.

Однако, для обратной совместимости вещатели Wi-Fi 6E по-прежнему поддерживают WPA2 и даже WPA для своих диапазонов 5 ГГц и 2,4 ГГц.

Кроме того, для тех, кто не хочет защищать свою сеть Wi-Fi паролем, Wi-Fi 6E теперь использует расширенный открытый протокол Wi-Fi Alliance Wi-Fi CERTIFIED, который: «Обеспечивает защиту в сценариях, когда аутентификация пользователя нежелательна или распространение учетных данных нецелесообразно». Примерами таких мест являются отели, кафе или аэропорты.

Идея Enhanced Open, которую некоторые поставщики также называют оппортунистическим беспроводным шифрованием (OWE), заключается в том, что каждое подключение к открытой сети Wi-Fi шифруется с помощью известного механизма шифрования.

В результате стороны, поддерживаемые OWE, получают защиту от взлома. Однако, когда клиент, не являющийся OWE, подключается к вещательному устройству OWE, он будет рассматривать его как обычную открытую сеть.

Осторожно, излучение от гаджетов! Влияние Bluetooth, Wi-Fi и 5G на организм

Прежде, чем мы начнем наш разговор, давайте вкратце вспомним содержание предыдущих «серий».

В первой части мы узнали, что частички, из которых состоит наш мир (протоны и электроны), обладают интересным свойством — они создают вокруг себя таинственную форму материи, называемую электрическим полем.

Если такая частица начнет движение, вокруг нее, помимо уже существующего электрического поля, появится еще один вид материи — магнитное поле. И при определенных условиях от этой частицы разойдутся электромагнитные волны.

О том, что это за волны, из чего они состоят и как передвигаются, мы говорили в первой части.

Однако волны эти не простые, они переносят энергию. Но вот что интересно: несмотря на то, что все мы очень часто используем это слово в повседневной жизни, мало кто может объяснить, что такое энергия.

Это какое-то вещество? Как энергия объединяет летящий камень, калории в еде, тепло от солнца и электрический ток? А еще говорят, что душа человека — это тоже какой-то «сгусток энергии».

Так что же такое энергия на самом деле, с научной точки зрения? Об этом мы подробно размышляли во второй части.

И теперь пришло время разобраться с главным вопросом — что делает с нашим организмом та энергия, которую переносят электромагнитные волны, излучаемые смартфонами, фитнес-трекерами и Bluetooth-наушниками.

Уверен, многие уже знают официальный ответ современной науки на этот вопрос. И звучит он примерно так:

«Электромагнитное излучение от гаджетов оказывает на человека лишь тепловой эффект»

Современная наука

Это действительно правда и дальше вы узнаете, почему. Но разве «тепловой эффект» — это что-то плохое?

Не знаю, как у вас, но у меня это словосочетание не вызывает никакого страха.

А как же разрушение молекул, влияние на нервную систему, взаимодействие с ионами или индуцирование электрических токов в организме? Неужели столько шума вокруг этого излучения только из-за того, что смартфон может немножко согреть нас, поделившись своим теплом?

Если вы думаете примерно так же, боюсь, мы не с того начали разговор.

Что такое тепло? Или несколько слов о «виртуальности» нашего мира

О том, что такое тепло или холод, знает даже маленький ребенок. Возьмите в руку кусочек льда — вот вам и холод. Или поставьте смартфон на зарядку и он тут же нагреется.

Но на самом деле все эти ощущения — не более, чем плод вашего воображения. В объективной реальности лед не холодный, а кипящая вода — не горячая.

Это такие же «спецэффекты», создаваемые мозгом для нашего сознания, как звук или цвет. Неискушенному в этих вопросах человеку трудно осознать, что, скажем, гитара не издает никакого звука, она лишь заставляет мозг «проиграть» записанный в него с рождения «звук гитары».

То есть, прекрасное звучание не приходит к нам извне, оно не витает в воздухе. В объективной реальности в воздухе витают только азот, кислород, метан и другие газы.

Так и с теплом. Нет никакого «горячо» или «холодно», есть только движение. Вода не становится горячей в том смысле, в каком это слово понимает ребенок. Просто молекулы воды начинают двигаться активнее, не выделяя при этом никакого загадочного тепла. Само движение — это и есть тепло.

Другими словами, то, что мы интуитивно понимаем под словом «тепло» и ощущаем, как «горячо» или «холодно», на самом деле является простым движением атомов и молекул. А в нашу кожу, глаза и внутренние органы встроены «датчики» такого движения — терморецепторы.

Как только мы прикасаемся этими датчиками к любой поверхности, они анализируют движение молекул/атомов и передают информацию в мозг, а он уже дает нам знакомое чувство согревающего тепла или леденящего холода. А если эта скорость слишком быстрая или слишком медленная, мозг подключит еще и болевые рецепторы, чтобы добавить красок в эти ощущения.

Что забавно, терморецепторы, реагирующие на медленное движение (холод), иногда срабатывают и на активное движение (тепло). В этом случае, человек может кратковременно ощутить леденящий холод, прикоснувшись к горячему объекту или погрузив руку в горячую воду (от 45°C и выше).

Почему же мозг так боится быстро двигающихся молекул?

Всё в этом мире, включая атомы и молекулы нашего тела, находится в постоянном движении. И мы научились легко описывать это движение, используя слово «температура».

Когда мы говорим, что температура тела составляет 36.6°C, то подразумеваем, что молекулы и атомы, из которых состоит наше тело, находятся в определенном движении, то есть, имеют некую среднюю энергию движения. Если этого движения становится больше, температура поднимается и наоборот.

Повторюсь, в объективной реальности температура какого-то объекта показывает то, сколько внутри него движения. Правда, градусы Цельсия подогнаны именно под наши ощущения и практические задачи, в то время, как кельвины прямо пропорциональны количеству движения (если температура в кельвинах вдвое выше, значит вдвое выше и энергия движения молекул/атомов).

Так вот, слишком активное движение молекул внутри тела может привести к разрушению (денатурации) белков. Это как трясти какую-то сложную механическую конструкцию — чем сильнее тряска, тем выше вероятность ее разрушить. А так как белок — это основа всего организма, то его разрушение приводит к самым страшным последствиям.

Поэтому, когда мы говорим о «тепловом эффекте», то подразумеваем, что электромагнитное излучение способно ускорять движение/вибрацию молекул, ионов и атомов внутри нашего тела.

Как именно излучение от смартфонов, Wi-Fi и 5G ускоряет движение молекул и атомов?

Когда через какую-то точку пространства проносится электромагнитная волна, все электроны, ионы и молекулы ощущают на себе некую силу, которая заставляет их двигаться или поворачиваться в определенном направлении.

Когда волна идет «вверх», эта сила толкает/поворачивает все отрицательно заряженные частицы вниз, затем волна меняет свое направление и, соответственно, толкает/поворачивает частицы вверх.

Например, молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Из-за своей интересной конструкции у такой молекулы появляется полярность — с одной стороны она становится положительно заряжена, а с другой — отрицательно:

Что будет, когда через вещество, в котором есть молекулы воды, начнет проходить электромагнитная волна? На самом деле, это зависит от того, какая именно волна будет проходить и об этом мы поговорим чуть ниже. Но предположим, что это будет излучение от Bluetooth-наушников или фитнес-теркера.

В таком случае, мы говорим об электромагнитной волне с частотой 2.4 ГГц. Когда такая волна проходит через любую точку пространства, в этой точке некая сила (электрическое поле) будет толкать все заряженные частицы вверх, затем вниз, затем снова вверх и так 2.4 миллиарда раз в секунду.

Когда волна поднимается вверх, пространство вверху становится как бы отрицательно заряженным и все молекулы воды в этой точке поворачиваются своей отрицательно заряженной частью вниз, а положительно заряженной — вверх. Ведь одноименные заряды всегда отталкиваются, а разноименные притягиваются. Когда же волна меняет свое направление, молекулы воды также разворачиваются:

При таких поворотах молекулы толкают друг друга и начинают двигаться быстрее. Они толкают и другие молекулы, которые тоже начинают двигаться или вибрировать быстрее. Таким образом, в определенной точке «поднимается температура» — то, что наши терморецепторы фиксируют как «тепло».

Это и называется тепловым эффектом электромагнитного излучения.

Но как же более опасное воздействие? Мы же все знаем, что, например, рентгеновское излучение (такое же по сути электромагнитное излучение) может вызывать рак. А это уже никак не связано с тепловым эффектом, ведь сколько бы мы ни нагревали кожу или какой-то орган высокой температурой, это не приведет к онкологическим заболеваниям.

Всё верно! Электромагнитное излучение на самом деле может оказывать различные эффекты и вот почему.

В чем разница между инфракрасным излучением, Bluetooth, Wi-Fi, 5G и рентгеном?

Вся разница только в частоте электромагнитной волны, то есть в том, сколько раз в секунду меняется направление силы, заставляющей двигаться/вращаться/вибрировать различные атомы, молекулы и электроны.

Чуть выше мы говорили об излучении от Bluetooth. Такие гаджеты испускают электромагнитные волны на частоте 2.4 ГГц. В этой волне сила, влияющая на заряженные частицы, меняет свое направление 2.4 миллиарда раз в секунду.

А теперь давайте посмотрим на количество и разнообразие электромагнитного излучения от типичного смартфона:

Wi-Fi передатчик может работать на двух частотах, то есть, менять направление электрического поля либо 2.4, либо 5 миллиардов раз в секунду.

Мобильная связь работает на частотах от 700 МГц до 2.6 ГГц, то есть, излучаемая электромагнитная волна меняет направление электрического поля от 700 млн до 2.6 млрд раз в секунду.

Сети 5G могут работать на частотах вплоть до 39 ГГц, меняя направление действия силы до 39 млрд раз в секунду.

FM-радиоприемник в смартфоне принимает волны на частотах от 87.5 до 108 МГц, то есть, такие волны меняют направление силы от 87 до 108 миллионов раз в секунду.

Датчик приближения на смартфоне излучает электромагнитные волны на частотах, измеряемых уже в терагерцах. То есть, при каждой разблокировке экрана или входящем звонке, вам в лицо направляется электромагнитная волна, которая изменяет направление действия электрического поля триллионы раз в секунды.

Все детали смартфона, включая каждый его винтик, крышку, защитное стекло и аккумулятор, также непрерывно излучают электромагнитные волны на частотах в несколько терагерц.

Дисплей во время работы дает излучение на частотах от 429 до 750 ТГц, то есть, от экрана непрерывно исходят электромагнитные волны, в которых направление силы электрического поля меняется вплоть до 750 триллионов раз в секунду!

Если отойти от смартфона и посмотреть на рентгеновское излучение, то оно меняет направление силы сотни квадриллионов раз в секунду. И заканчивается всё гамма-излучением — такими же по сути электромагнитными волнами, как и Wi-Fi, только здесь частота варьируется от сотен квинтиллионов до секстиллионов и даже септиллионов раз в секунду!

И теперь мы возвращаемся к ранее поставленному вопросу — что же будет, если электромагнитная волна ударится в наше тело?

Очевидно, всё зависит от того, какая именно это волна, то есть, с какой частотой меняется в пространстве направление силы электромагнитного поля. И здесь всё работает по следующему сценарию:

1. Насколько глубоко может пройти волна?

Чтобы сделать что-то с человеческим телом, туда нужно вначале попасть, то есть, пройти сквозь кожу, слой жира и дойти до мышц, костей или внутренних органов. И это не такая простая задача, как может показаться.

Ультрафиолетовое излучение не проходит глубже кожи и способно повредить только её. Рентгеновское излучение может легко проходить сквозь кожу и мышцы, но не способно пройти сквозь кости, поэтому отражается от них. А для гамма-излучения и кости не являются преградой.

Радиоволны на самых низких частотах (например, от линий электропередач) прошивают человека насквозь. Человеческое тело полностью «погружается» в эту волну и медленно изменяющееся электромагнитное поле индуцирует токи в теле человека, что при очень высокой мощности излучения может значительно повлиять на работу организма.

Микроволны (те самые, что излучают все гаджеты с Wi-Fi, Bluetooth и мобильной связью) могут проникать на 17 мм вглубь тела человека. А инфракрасное излучение (от датчика приближения и пр.) может пройти вглубь не более, чем на 0.1-5 мм.

2. Что может сделать электромагнитная волна с организмом?

Итак, электромагнитная волна от любых Bluetooth-наушников, фитнес-трекеров или смартфонов проходит сквозь кожу и попадает внутрь тела. Что дальше?

Для ответа на этот вопрос представьте себе небольшой кораблик на воде, по которой идут длинные волны, медленно поднимая и опуская наш кораблик:

Как видим, с кораблем ничего не происходит, он просто медленно и плавно колеблется на воде. А теперь представим, что волны стали намного короче. В этом случае, вода начала хорошенько раскачивать лодку:

Если мы продолжим укорачивать волны, в какой-то момент корабль вообще перестанет двигаться, а маленькие волны начнут ударять по кораблю «точечно»:

Примерно то же происходит и с организмом. Здесь важно всё — длина электромагнитной волны, ее мощность (с какой силой она будет толкать/притягивать заряженные частицы), размеры и форма «лодки» (конкретной молекулы).

Например, электромагнитная волна с частотой 2.4 ГГц (Wi-Fi/Bluetooth) прекрасно подходит для того, чтобы раскачивать молекулы воды в нашем теле. Но чем сильнее будет подниматься частота (чем короче будет становиться волна), тем меньше она будет влиять на положение молекул. В точности как с лодкой — волны становятся короче, но лодка при этом перестает колебаться.

Выглядит это так: электромагнитная волна движется вверх и молекула начинает под ее воздействием поворачиваться, но тут же волна меняет направление и молекула останавливается, чтобы начать движение в обратную сторону, но направление волны снова резко изменяется.

Таким образом, при очень высокой частоте молекула просто не будет успевать хоть как-то отреагировать на очень быстрое изменение направления действия поля.

И тут в игру вступают отдельные атомы этой молекулы. То есть, теперь более высокая частота начинает работать на более микроскопическом уровне. Она начинает растягивать молекулу в стороны, воздействуя уже на отдельные атомы и заставляя всю молекулу вибрировать.

На какой-то частоте два атома могут одновременно отдаляться от третьего, а затем снова сближаться. На другой частоте атомы будут расходится в стороны, растягивая молекулу, или же один атом будет отдаляться, а второй — приближаться, и так далее:

Если мы продолжим увеличивать частоту (уменьшать длину волны), ее влияние будет переходить на всё более микроскопический уровень, так как на более крупные объекты такое быстрое изменение направления движения уже не будет оказывать никакого эффекта.

И в определенный момент мы дойдем до настолько короткой волны (например, рентгеновское излучение), что она будет взаимодействовать непосредственно с электронами, выбивая их на более высокий энергетический уровень (на более отдаленную «орбиту» атома). Чем выше частота, тем больше поведение излучения будет похоже на поведение частицы, а чем меньше частота — на поведение волны.

Такие высокочастотные волны могут вообще выбить электрон из атома/молекулы, после чего она будет становится очень реактивной, то есть, начнет вступать в реакции с другими ионами. Это приведет не только к разрушению молекулы, но и к её мутациям. В таком случае можно уже говорить о разрушении ДНК и большой вероятности раковых заболеваний (ошибок при делении клеток).

Но не забывайте, что это относится только к очень высоким частотам, длина волны которых в миллионы раз короче электромагнитных волн, излучаемых смартфонами.

Так на что влияет излучение от гаджетов?

Даже если мы возьмем самые короткие радиоволны, встречающиеся в гаджетах (например, излучаемые датчиком приближения), то их длина способна влиять только на вибрацию молекул. Это инфракрасное излучение, которое мы называем тепловым.

Его излучают все объекты во вселенной. Тепло (инфракрасное излучение) исходит даже от льда и морозильной камеры при любой температуре, хоть -100°C. И это излучение физически никак не взаимодействует с отдельными электронами.

А вот видимый свет уже достаточно высокочастотный для того, чтобы оказывать, например, фотоэлектрический эффект — то есть, передавать свою энергию электронам и даже выбивать их из атомов.

Что же касается излучения от Wi-Fi, Bluetooth или 5G, то эти волны, повторюсь, только увеличивают движение молекул и атомов. Каких именно и в какой форме — зависит от структуры и размера самих молекул, от их резонансной частоты.

Представьте, что молекулы — это качели, а электромагнитное излучение — это человек, который пытается их раскачать. Частота электромагнитной волны — это то, как часто человек будет подталкивать качели.

Теперь скажите, с какой частотой (как часто) нужно подталкивать качели, чтобы их сильно раскачать? Разумеется, это зависит от длины веревок, на которых она держится. Нужно подталкивать качели в такт их собственным колебаниям. В противном случае вы можете только тормозить движение, если будете толкать невпопад.

Так и с молекулами/атомами. Каждая частота будет по-разному влиять на конкретную молекулу, но сам характер этого влияния будет всегда одинаковым и выражаться в подталкивании молекулы.

Если эти подталкивания будут идти в такт, молекула будет вибрировать/вращаться/растягиваться и в этом случае мы говорим, что конкретная молекула поглотила электромагнитную волну (или фотон).

В противном случае, электромагнитная волна не будет влиять на движение/вибрацию конкретной молекулы и ее поглотит какая-то другая молекула.

Мощность излучения. Или причем здесь ватты?

Движение молекул (их перемещение в пространстве, вибрация или вращение вокруг оси) до определенной степени — безобидное явление. Но если этого движения будет слишком много, вы серьезно рискуете.

Чтобы осознать этот риск, почитайте истории о людях, которые вставляли руки в работающую микроволновку (она излучает электромагнитные волны на той же частоте, что и Wi-Fi или Bluetooth). Или поищите в интернете истории о людях, которые по ошибке подвергли себя мощному микроволновому излучению от антенн.

Но и здесь стоит понимать одну очень важную вещь. Мощность излучения никоим образом не влияет на характер воздействия электромагнитной волны.

Другими словами, каким бы мощным ни было излучение на частоте 2.4 ГГц, оно никогда не сможет оказать никакого влияние на отдельные электроны, то есть, не даст им ни капли энергии, чтобы перевести их на новый энергетический уровень или вообще выбить за пределы атома.

Мощность излучения будет влиять на скорость движения/вибраций и на количество молекул, затронутых этим излучением.

Поэтому микроволновка может повредить нервы, кости и мышцы, нанеся ожоги третьей степени, но сами микроволны (Wi-Fi, Bluetooth, мобильная связь) на любой мощности не способны привести к повреждению ДНК и последующим ошибкам при делении клеток. Для этого нужны гораздо более (в миллиарды раз) высокочастотные волны, взаимодействующие непосредственно с электронами атомов.

Чем же тогда отличается страшная микроволновка от Wi-Fi, Bluetooth и смартфона?

Мощностью. А именно — амплитудой (силой) волны. Если брать аналогию с водой, то мощность — это насколько высоко поднимается волна. Если проводить аналогию с качелей — это насколько сильно толкать качели.

Если же говорить о молекулах, то мощность излучения — это с какой силой вращать молекулу, как много молекул вращать и насколько глубоко волна может проникнуть (слабая волна поглотится в верхних слоях тела).

Мощность измеряется в ваттах. О том, что такое 1 ватт, как его представить и даже почувствовать, мы подробно говорили во второй части статьи. Здесь же я просто приведу некоторые цифры.

Итак, излучение от микроволновки по сути ничем не отличается от излучения, исходящего от TWS-наушников, смартфона или фитнес-трекера. Однако, мощность излучения микроволновки может достигать 2000 ватт.

Это очень мощное и страшное излучение. Такие волны имеют огромную амплитуду и их очень много (волна распространяется порциями — квантами и чем мощнее излучение, тем больше таких «порций» за единицу времени). Соответственно, они будут раскручивать молекулы с огромной силой и в огромном количестве, что безусловно приведет к разрушению структуры белков в течение минут.

Для сравнения, мощность излучения смартфона варьируется от 0.1 до 2 ватт максимум. Другими словами, мощность электромагнитной волны от смартфона ниже в тысячи раз мощности волны микроволновки.

Если же брать Bluetooth-устройства (беспроводные наушники, фитнес-трекеры, гарнитуры), то здесь всё зависит от класса мощности Bluetooth, который используется в конкретном устройстве.

Существует всего 4 класса:

В основном это видимый свет (волны с частотой в сотни терагерц) и инфракрасное излучение (до сотен гигагерц), в то время как микроволн, которые излучают все гаджеты, здесь практически нет.

Поэтому сравнивать излучение гаджетов с солнечным светом можно с большой натяжкой. Солнечные электромагнитные волны не проникают так глубоко в тело и влияют только на поверхность кожи или ее верхние слои.

И еще один важный нюанс

Кто-то может посчитать, что разница между смартфоном и микроволновкой не такая уж и большая. Возьмем, к примеру, микроволновку на 600 ватт и смартфон, делающий вызов с подключением к сети на 900 МГц. В этом случае мощность передатчика может достигать 2 ватт. Соответственно, электромагнитные волны смартфона в 300 раз слабее волн микроволновки.

Получается, если 1 минута поджаривания в микроволновке может привести к серьезным последствиям, то к таким же последствиям может привести и 300 минут разговора по телефону?

Это работает не совсем так.

Наш организм непрерывно 24 часа в сутки контролирует температуру тела, то есть, скорость движения/вибраций всех его молекул. Это происходит вне зависимости от наличия любого электромагнитного излучения.

Когда молекулы в каких-то тканях организма начинают двигаться слишком быстро или слишком медленно, механизм терморегуляции возвращает их движение в норму, чтобы средняя кинетическая энергия всех молекул не превышала 40°C.

Безусловно, организму гораздо проще справиться с незначительным повышением температуры (скажем, на 1.5°C за полчаса общения по телефону), чем с резким нагревом тканей на десятки градусов.

Тем не менее, нужно понимать, что даже при незначительном увеличении температуры, механизм терморегуляции увеличит кровообращение мозга, чтобы эффективнее «отводить тепло». Также будут приняты другие меры, чтобы притормозить движение атомов и молекул.

Но, повторюсь, подобные механизмы будут включаться всякий раз, когда температура тела будет изменяться. Это не какая-то особая реакция организма на электромагнитные волны от смартфона или Bluetooth-наушников.

Также не забывайте, что указанная мощность электромагнитного излучения — это значение в непосредственной близости к антенне. И с увеличением расстояния до смартфона, мощность излучения очень быстро снижается (хватит даже 40 см, чтобы значительно сократить воздействие излучения).

Почему же тогда наука не скажет со 100-процентной уверенностью, что все гаджеты с их излучением — совершенно безопасны для здоровья? Почему вокруг этого вопроса продолжают вестись споры?

Видимо, по той причине, что никто до конца не знает всех возможных долгосрочных последствий постоянного нагрева (постоянного «расшатывания» молекул и атомов), пусть даже незначительного.

Именно поэтому вводятся всевозможные ограничения и стандарты, чтобы ткани человеческого тела не подвергались чрезмерному и очень длительному нагреву. Позиция нашего ресурса полностью совпадает с позицией ВОЗ.

В соцсетях пишут, что в эпидемии коронавируса виноваты вышки сотовой связи

Сейчас мелькает много информации о том, что вышки сотовой связи 5G распространяют коронавирус, зомбируют людей и вообще все закончится массовым чипированием и контролем мирового правительства над населением.

Вот пример такого сообщения.

Откуда вообще взялась такая идея? Это же бред?

Аббревиатура 5G расшифровывается как fifth generation — «пятое поколение». При беглом взгляде на ситуацию совершенно непонятно, каким образом можно привязать к распространению коронавируса очередное поколение мобильной связи.

Если копнуть глубже, становится очевидно, что это только эволюция и симбиоз старых мифов, в одном из которых, например, утверждалось, что сети мобильной связи вызывают рак.

Авторы фейка связали диапазон частот сети с процессами в организме человека и предположили, что частоты 5G приводят молекулы кислорода в состояние, при котором они колеблются с частотой 60 Гц. Якобы из-за этого кислород не может связываться с гемоглобином в крови, что вызывает смертельное кислородное голодание.

Разумеется, это неправда.

Зачем вообще нужны 5G-вышки

Каждая страна выбирает разные частоты в зависимости от того, какие сейчас свободны. Увеличение частоты связано с радиусом действия. Чем выше частота, тем короче длина волны и тем быстрее она ослабевает по мере удаления от источника. Но также чем выше частота, тем точнее можно направить сигнал и тем выше скорость его передачи.

Основное отличие сетей пятого поколения от 4G как раз в том, что 5G передает данные на более коротких волнах. Благодаря этому антенны могут быть гораздо меньше тех, что используются сейчас. Одна базовая станция может вмещать больше направленных антенн нового типа и поддерживать на 1000 больше подключенных устройств на квадратный метр, чем 4G.

В России основным для развития 5G считается диапазон 3,4—3,8 либо 4,4—4,8 ГГц . Но пока операторы сотовой связи только добиваются освобождения этих частот, а это не так просто: на них работают системы космической связи. При этом государственная комиссия по радиочастотам — ГКРЧ — рекомендует для выделения и использования частотный диапазон 27,1—27,5 ГГц. Например, в Америке рассматриваются примерно те же диапазоны.

Как используется частота 60 ГГц

Скорее всего, авторы «новости», приведенной на скриншоте, ошиблись в одной букве. Вероятно, они имели в виду частоту 60 ГГц — это 60 000 000 000 Гц.

Частота 60 ГГц — только одно значение из довольно широкого диапазона частот, на которых могут работать мобильные сети. Эта частота с недавнего времени применяется в домашних и иногда офисных роутерах для усиления безопасности, а также в сетях с небольшим покрытием — и никто еще не задохнулся.

Частота 60 ГГц поглощается атомами кислорода в атмосфере. Из-за этого зона покрытия стандартного роутера — всего около 10 метров. Вряд ли это подойдет операторам мобильной связи.

Зато такая частота позволяет быстро передавать очень большие объемы данных. Ну а тот факт, что она поглощается кислородом, помогает защищать пользователей от несанкционированного перехвата информации: чтобы ее получить, приемник-перехватчик должен работать на той же частоте. Для перехвата информации «по воздуху» злоумышленнику потребуется подойти очень близко к источнику сигнала, а это будет слишком заметно.

Найдите в инструкции, по какому стандарту работает ваш домашний роутер. Скажем, при стандарте 802.11ad как раз используется частота 60 ГГц.

Вредит ли мобильная связь здоровью

Конспирологи и раньше привязывали внедрение новых технологий мобильной связи к инфекционным болезням. Например, вспышку SARS в 2003 году они объяснили внедрением 3G, вспышку свиного гриппа в 2009 году — внедрением 4G, а эпидемию испанского гриппа 1918 года — распространением радио. Но научных подтверждений этому так и не нашлось.

Электромагнитные волны, применяемые для связи, действительно способны оказать воздействие на организм человека. Они нагревают наши тела. Внешние слои кожи способны поглощать радиоволны, выделяя тепло. Когда мы говорим о 5G, речь идет о миллиметровой длине волн, а они практически не способны проникнуть сквозь кожу, отражаясь от нее.

Ни одно исследование не выявило никакой хоть сколько-нибудь надежной взаимосвязи между воздействием мобильных телефонов и, например, развитием рака. ВОЗ выпустила бюллетень, в котором разъяснила отсутствие вреда смартфонов, но на всякий случай отнесла радиочастотное излучение к категории возможных канцерогенов — вместе с маринованными овощами.