С учетом последних двух десятилетий Wi-Fi стал повсеместно распространенным в современном обществе. Устройства Wi-Fi содержат маломощные радиочастотные (RF) приемопередатчики, поддерживающие беспроводные локальные сети (WLAN). Наиболее известным (но не только) их использованием является обеспечение доступа к Интернету ноутбуками, хотя протоколы IEEE 802.11 используются для других устройств связи, включая некоторые счетчики электроэнергии общего пользования.
Первоначально разработанный как беспроводная замена кабеля для подключения компьютеров к локальным сетям. В настоящее время практически каждый ноутбук и смартфон оснащен Wi-Fi, и одно недавнее исследование показало, что 61% американских людей в настоящее время имеют Wi-Fi для доступа в Интернет.
Все чаще бытовые устройства оснащены интерфейсами Wi-Fi для дистанционного программирования и сбора данных:
- весы для ванной комнаты,
- игровые устройства,
- аудиотехника,
- бытовые термостаты и
- беговые дорожки.
Несмотря на наличие многочисленных технологий беспроводных сетей, практически все WLAN, с которыми знаком рядовой гражданин, сконфигурированы вокруг стандарта IEEE 802.11 с использованием сертифицированных Wi-Fi устройств. При любом вероятном сценарии воздействия уровни РЧ-излучения от WLAN (либо с клиентской карты в ноутбуке, либо с точки доступа, расположенной в доме) значительно ниже основных международных ограничений, в частности, установленных Международной комиссией по защите от не ионизирующего излучения, а также национальных ограничений.
Например, Европейский парламент в резолюции 2009 года призвал к изучению
"беспроводных" бытовых приборов, которые, как и Wi-Fi для доступа в Интернет, были широко приняты в последние годы в общественных местах и домах, в результате чего граждане постоянно подвергаются воздействию микроволновых излучений"
Wi-Fi была разработана в ответ на призывы к технологически специфическим исследованиям с использованием конкретных форм устройств, излучающих РЧ излучение.
Методы
Частота и модуляция.
Семейство стандартов связи IEEE 802.11, подмножество которых используется устройствами Wi-Fi, было первоначально утверждено в 1997 году, но с тех пор оно неоднократно обновлялось и расширялось. Частота передачи, ширина канала и скорость передачи данных (количество бит sj1, которые могут быть переданы), а также характеристики модуляции зависят от используемой версии IEEE 802.11.
Частоты, выделенные для Wi-Fi и других цифровых устройств связи, несколько различаются в разных странах, но в большинстве случаев аналогичны частотам, используемым в США. Большинство устройств Wi-Fi работают в не лицензированном диапазоне 2.400Y2.4835 ГГц (2.412Y2.462 ГГц в США).
Это часть промышленно-научно-медицинской (ISM) полосы частот 2,4Y2,5 ГГц, которая используется для многих других целей, включая различные цифровые коммуникационные устройства, обычно используемые в домашних условиях (беспроводные интерфейсы Bluetooth и ZigBee, некоторые беспроводные телефоны), а также устройства связи (бытовые микроволновые печи).
Этот диапазон ISM также используется для многих промышленных отопительных и медицинских приборов. В последние годы появились устройства Wi-Fi, работающие с использованием стандарта IEEE 802.11a или n, которые позволяют передавать данные на частоте около 5 ГГц либо в ISM диапазоне 5.725Y5.850 ГГц, либо в другом диапазоне 5.15Y5.35 ГГц.
Большинство устройств Wi-Fi передают данные по каналам шириной 20 МГц, хотя IEEE 802.11n обеспечивает передачу по двум каналам с общей полосой пропускания 40 МГц для увеличения скорости передачи данных. Передача состоит из цепей импульсов ВЧ энергии длительностью от нескольких десятых до 10 мс или около того, в зависимости от количества данных, передаваемых взрывом.
Импульсы модулируются с помощью цифровых методов:
- спектром с прямым распределением последовательности,
- спектром с прыжком частоты (DSSS, FHSS или OFDM) в зависимости от используемого варианта стандарта IEEE 802.11.
Эти различные методы модуляции приводят к появлению сигналов с несколько различными спектральными характеристиками внутри канала, используемого устройством в то время. Скорость передачи данных, поддерживаемая WLAN, значительно варьируется в зависимости от версии IEEE 802.11, от 1Г2 Мбит sj1 для старой (первоначальной) версии стандарта до максимум 600 Мбит sj1 для IEEE 802.11n.
Фактическая скорость передачи данных с данного устройства будет меняться со временем, в зависимости от используемого программного протокола, качества сигнала, перегрузки сети и других факторов. Частично скорость передачи данных определяет количество импульсов (и, следовательно, общее количество РЧ энергии), необходимое для передачи заданного количества байт данных.
В отличие от мобильных телефонов, Wi-Fi не использует адаптивное управление питанием (настройка передаваемой мощности от клиента в соответствии с сигналом от базовой станции).
Максимальная выходная мощность.
Пиковая выходная мощность передатчиков Wi-Fi подлежит национальному регулированию. В США это правила Федеральной комиссии связи, как указано в Разделе 47 Кодекса федеральных правил (47CFR). Большинство устройств Wi-Fi регулируются частью 47CFR15.247.
Эта часть ограничивает умышленное излучение от устройств, работающих в не лицензированных промышленно-научно-медицинских (ISM) диапазонах на частотах 2,45 или 5,8 ГГц до максимальной проводимой мощности (мощности в антенну) 1 Вт при условии, что коэффициент усиления антенны составляет менее 6 дБи (децибел по отношению к изотропному излучателю).
Пределы излучения для устройств Wi-Fi несколько различаются в разных странах мира. Пределы Канады такие же, как и в США, в Европейском Союзе значительно ниже, максимальный пик EIRP составляет 0,1 Вт для устройств Wi-Fi, работающих в диапазоне 2,45 ГГц и 0,2 или 1 Вт для устройств в диапазоне 5.2 и 5.5 ГГц, соответственно.
Это соответствует значительно более низким уровням токопроводящей мощности, чем в США и Канаде. В США различные устройства регулируются различными правилами в зависимости от их частоты и характеристик модуляции и других факторов.
Микроволновые печи являются еще одним распространенным источником радиочастотной энергии в домашних условиях. Хотя печи спроектированы таким образом, чтобы сохранять энергию в печи, всегда небольшое количество ВЧ энергии протекает через уплотнения в дверцах. В США максимальная плотность мощности РЧ вне микроволновой печи сопоставима с плотностью мощности дипольной антенны, излучающей около 1 Вт.
Однако микроволновые печи работают практически на полную мощность (при включенной печи) в отличие от импульсной работы при низком рабочем цикле, как в случае Wi-Fi и большинства цифровых коммуникационных устройств.
Короче говоря, Wi-Fi работает при тех же ограничениях мощности и в тех же диапазонах частот, что и многие другие цифровые коммуникационные устройства в потребительской среде. Микроволновые печи в домашних условиях могут излучать при таких же пиковых уровнях мощности.
Эти устройства сильно различаются по характеристикам модуляции, длительности импульсов и продолжительности рабочего цикла передачи. Все они являются локализованными источниками энергии, интенсивность которых быстро снижается с увеличением расстояния до устройства, что затрудняет сравнение экспозиции.
Большинство одобренных в США устройств работают на уровнях, значительно ниже предельных значений FCC (чаще всего на 0.03Y0.1 Вт), хотя некоторые могут работать при пиковых значениях проводимой мощности вплоть до 1 Вт.
Обнаружен быстрый рост числа грантов ФКС для устройств Wi-Fi, начиная с начала 2000-х годов, когда клиенты Wi-Fi стали включаться в ноутбуки, несколько позже в смартфоны, а еще позже в другие бытовые устройства. Это увеличение происходит параллельно с массовым сдвигом коммуникационных технологий в сторону цифровых технологий, который произошел за последнее десятилетие.
В течение этого периода большинство маломощных устройств, используют цифровые технологии связи и передают ВЧ-импульсы на аналогичных частотах и имеют те же ограничения мощности, что и Wi-Fi.
В настоящее время дом типичного потребителя среднего класса в развитой стране может содержать десятки беспроводных устройств:
- Bluetooth-гарнитуры для телефонов или клавиатур с поддержкой Bluetooth;
- устройства с поддержкой Bluetooth
- ZigBee для дистанционного управления термостатами или развлекательной электроникой;
- электронные книги,
- игры
- бытовые приборы с поддержкой Wi-Fi, такие как ванные весы.
Все эти устройства производят некоторый уровень радиочастотного воздействия на пользователей на уровнях, которые широко варьируются, но которые неизменно намного ниже американских и международных пределов безопасности.
