Передача информации с помощью электромагнитного излучения происходит двумя основными способами – оптическим (в видимой части спектра с включением соседних областей – УФ и ИК) и радио (в длинноволновой части спектра). Эти способы принципиально отличаются друг от друга и это связано не только с длиной волны используемого излучения.
Оптический способ
На нем основано зрение живых существ и вся техника фиксирования изображений, начиная с фотографии. Хотя обычно зрение и фотографию не относят к процессу передачи информации, фактически это есть основной по объему передаваемой информации способ передачи – из области пространства, в которой расположен наблюдаемый объект, в область восприятия – на сетчатку глаза или фотоматрицу камеры.
Для формирования изображения требуется источник освещения. Каждая точка поверхности оптической сцены излучает сферическую волну, отражая излучение источника. Таким образом, всё пространство оптической сцены заполнено излучением одного и того же спектра, распространяющимся во все стороны. В процессе распространения пересекающиеся волны не взаимодействуют (линейная оптика), но на любой поверхности (экране), куда они попадают, возникает интерференция. При монохромном источнике интерференционная картина явно видна (это используется в голографии), при немонохромном экран освещен равномерно (интерференция есть, но она неразличима из-за очень большого числа волн с разными длинами). Для получения изображения оптической сцены необходим объектив (в простейшем случае – выпуклая линза). Линза осуществляет пространственное разделение попадающих на нее волн таким образом, что в каждую точку экрана приходит волна только из одной точки оптической сцены. Поэтому никакой интерференции на экране не возникает. При монохромном освещении формируется одноцветное изображение, при немонохромном – многоцветное.
Особенности оптического способа:
параллельная передача
все каналы используют одни и те же частоты
отсутствует модуляция (кроме амплитудной), мультиплексирование, частотное разделение и любые преобразования несущей
отсутствие операций преобразования сигнала дает нулевое время обработки в канале и теоретически неограниченную скорость передачи. Всё изображение сколь угодно большой сложности формируется в приемнике за один период световой волны
передача в пределах прямой видимости
Радио способ
Развитие радио с момента его изобретения пошло как альтернатива проводной связи с сохранением принципа передачи информации из одной точки пространства в другую (радиотелеграф), а не как реализация в другой области спектра оптического способа передачи из пространства передатчика в плоскость приемника, когда всё сообщение передается одномоментно. Поэтому информация, передаваемая по радиоканалу, должна быть представлена в последовательной форме для передачи по последовательному каналу. Если в рассматриваемой области пространства используется только один радиоканал, то основной задачей является повышение скорости передачи информации, для решения которой разр��ботано большое число методов модуляции. Если в этой области пространства необходимо организовать несколько каналов связи, возникает проблема их интерференции в приемной антенне. Основным способом решения этой проблемы является частотное разделение, возможности которого всегда ограничены шириной диапазона выделенного спектра. Для дальнейшего увеличения числа каналов в условиях дефицита частотного ресурса используется временное, фазовое и кодовое разделение каналов.
Сравнение оптического и радиоспособа
Задача:
Стадион, 2 трибуны. Нужно передать фото 1000 болельщиков с одной трибуны на другую.
Решения:
1. Радиоспособ: 1000 человек делают селфи и отправляют по мобильной сети напарникам на противоположную трибуну
2. Оптический способ: 1000 человек с противоположной трибуны фотоаппаратами с длиннофокусными объективами делают фото. Передача информации (изображения лица) происходит путем распространения света, отраженного лицом, до фотоаппарата.
Вопрос: каково время передачи информации каждым способом?
Ответ: время передачи радиоспособом зависит от возможностей мобильной сети и составит от десяти минут до бесконечности. Оптическим способом – мгновенно.
Третий способ — оптическое радио
Мое предложение: использовать оптический способ в радиоканале. Для этого к обычным радиопередатчику и радиоприемнику необходимо добавить радиолинзу. В радиолинзах нет ничего нового, их можно делать из полистирола, тефлона, полиэтилена, пенопласта и др. Но пока они используются для формирования узких лучей в радиолокаторах. Например, радиолокационная станция «НЕМАН-П», запуск – 1980 г. (Балхашский полигон). Приемная многолучевая антенна выполнена на основе двух радиолинз из неоднородного диэлектрика диаметром 7,5 м:
Пример возможного построения многоствольной радиорелейной линии (РРЛ), работающей на одной частоте:
Серийное оборудование РРЛ 38 ГГц, 9 передающих антенн диаметром 30 см собраны в массив 3х3. Аналогично собраны антенны приемников. Перед массивом приемников установлена сферическая радиолинза диаметром около 1 метра, поэтому излучение каждой антенны передатчика попадает только на одну антенну приемника, а интерференция отсутствует. В результате 9 стволов работают на одной частоте.
Другие возможные применения:
Каналы связи между стационарными узлами (базовые станции, киоски данных в сетях 6G)
Каналы передачи информации от мобильных телефонов к базовой станции. Все телефоны работают на одной частоте, на базовой станции стоит радиолинза в каждом секторе и обеспечивает передачу сигнала от каждого телефона только одной антенне матрицы приемников.
Ограничением оптического радио является необходимость прямой видимости, но это является условным недостатком. В широко используемых радиорелейных линиях, например, необходима не только прямая видимость, но и очень точная (до долей градуса) юстировка антенн. Человек получает основной объем информации с помощью зрения и не считает недостатком этого способа необходимость смотреть в том направлении, откуда получает информацию. Поэтому можно полагать, что с развитием высокоскоростных направленных способов передачи информации в сетях 6G (оптического радио) необходимость сохранения прямой видимости перестанет быть недостатком.
