Для передачи данных, казалось бы, проще всего применить проводные линии — кабели. Однако они имеют такие недостатки, как перекрёстные и другие помехи. Разъёмы изнашиваются и ломаются, а их стандарт ограничивается конструкцией. Так что пользоваться ими бывает неудобно. Более практичные — беспроводные интерфейсы, которые можно реализовать через ИК-излучение или посредством радиоканала. Их то и рассмотрим в этой статье.
Виды беспроводных интерфейсов
Каналы передачи данных, кроме проводных, делятся ещё на 2 вида:
- Стандарт IrDA использует световой поток с длиной волны 850-900 нм. Он перестал применяться в смартфонах из-за относительно невысокой скорости передачи данных. Хотя сейчас уже создан ИК-интерфейс Giga-IR, достигающий скорости 1 Гбит/сек.
- Радиоканал на данное время более востребован для обмена информацией в мобильных устройствах и компьютерной периферии.
Интерфейсы радиочастотного канала
С минимизацией размеров электронных компонентов реализация радиоканала стала возможна даже в портативной и малогабаритной технике. Этому способствовала высокоскоростная программная обработка высокочастотного радиосигнала. Пришлось отказаться от распространённых, относительно громоздких, резонансно-индуктивных и пьезокерамических фильтров.
Дальность действия беспроводных интерфейсов делится на:
- малые расстояния, предел варьируется от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров;
- средние, до 50-100 м, максимум 350 м;
- большие, до 50 км и более.
Высокая помехоустойчивость достигается цифровыми стандартами интерфейса. А конфиденциальность правилами протокола и алгоритмами кодирования сигнала.
Bluetooth или "голубой зуб"
Интерфейс радиочастотной последовательной передачи данных позаимствовал своё название от своей компании/разработчика и торговой марки «Bluetooth». А корни их названия идут глубоко в мифологию. Хотя данный стандарт способен реально вести обмен информацией в радиочастотном диапазоне 2,402-2,48 ГГц. Первые версии этого интерфейса вели связь на малом расстоянии, а с 4-ой версии стали покорны и средние.
С помощью резонансных фильтров реализовать отделение полезного сигнала в таком спектре крайне сложно. Поэтому применяется цифровая обработка ВЧ-сигнала, а селекция – использованием различных протоколов. Таким образом удаётся создать и отделить бесчисленное количество полос (каналов передачи данных). Сделать такое на основе классических частотно-резонансных каскадов невозможно, одним словом получилась сверхъестественность.
Bluetooth, версии 1.0 – 1.2
Первоначальная версия Bluetooth 1.0 появилась на самом рубеже 20-го тысячелетия, но уже в 2001 году была доработана лучшей совместимостью и возможностью поддержки незашифрованных данных. Также появился индикатор уровня принимаемого сигнала. Но лишь улучшенная в 2003 году версия Bluetooth 1.2 перестала мешать тогдашнему WiFi. Интерфейс стал быстрее сопрягаться с устройствами, добавив немного скорости, почти до 1 Мбит/с.
2-я версия
В Bluetooth 2.0 многое что доработали, увеличили энергоэффективность и устранили проблемы одновременного подключения. Но главное — ускорили передачу данных до 2,1 Мбит/с. В следующей доработке был расширен запрос характеристик, снижены время сопряжения и потребление мощности от источника питания. В Bluetooth 2.1 + EDR экономичность возросла аж в 5 раз, также улучшилась защита.
Bluetooth 3.0 + HS
Главным козырем третей версии Блютуза было увеличение скорости до 24 Мбит/с. Но это только теоретически, на практике всё зависит от разрядности и категории файла. Расстояния остались малые, до 10м. Вышла эта версия в 2009 году и уже догоняла тогдашний WiFi, перехватив некоторые «фишки» из той системы кодирования. В этой версии появилось больше опций, стала возможным передача потокового видео, меньше обращая внимание на помехи.
4-я версия
Bluetooth 4.0 объединил классические протоколы с высокоскоростными и энергоэффективными. Датчики с интерфейсом этой версии могут долго работать от литиевого элемента типа CR2032. В Bluetooth 4.1 улучшилась защита от взаимных помех путём автоматического согласования. А в следующей версии 4.2 увеличился на порядок размер передаваемого пакета, скорость же передачи данных возросла в 2,5 раз, став 1 Мбит/с, при разрядности пакета 8 – 27 байт. Стала возможной связь на средние расстояния.
5-я версия
В новом стандарте Bluetooth 5.0 скорость возросла вдвое, до 2 – 6 Мбит/сек. А радиус уверенного приёма увеличился в 4 раза, до условных 200 метров. Правда всё зависит от мощности передающих устройств, чувствительности входа, их антенн и местности. На данное время Bluetooth 5.4 является максимально доработанным с множеством всяких возможностей. Так что даже не все устройства, работающее в версиях Bluetooth 5.0 — Bluetooth 5.4 могут реализовать все преимущества системы.
Так что если требуется узнать параметры реального интерфейса, то смотрят в характеристики самого устройства, а не в свойства поддерживаемого стандарта протокола. Ведь маркетологи на красивых упаковках электронных изделий любят рисовать большими буквами последние модели версий чего-либо, не вдаваясь в подробности, соответствуют ли оконечные характеристики прибора максимальным возможностям самого стандарта интерфейса. Как правильно выбрать, например, наушники можно прочитать здесь.
Реальные несоответствия касается, по большей части, радиуса дальности. Если Bluetooth 5.0 и выше, то не значит, что возможна связь на средние расстояния. Реальная характеристика всё-ровно будет зависеть от мощности передатчика. А вот пользователь со стандартом версии 4.1 вряд ли сможет связаться с bluetooth-клиентом на расстоянии дальше 50м. Также не сможет подключиться одновременно к уже сопряжённому каналу передачи, например, музыки или потокового видео. Такое возможно стало лишь в Bluetooth 5.2.
WiUSB — беспроволочный USB
Даже продавцы (в основном это касается китайцев) устройств с поддержкой беспроводного USB-интерфейса WiUSB называют их WiFi-адаптерами. Связано это, скорее всего, с похожим названием. Но это совсем иной формат, больше похожий на bluetooth, даже многие драйвера совместимы. Отличием является более широкий диапазон повышенной несущей частоты 3.1-10.6 ГГц.
Следует знать: на практике WiUSB-адаптер, подключенный к компьютеру или другому интерактивному аппарату может реализовать беспроводную дуплексную цифровую связь при скорости 110 Мбит/сек (13.73 Мб/сек), на расстоянии до 10м, со 127-и периферийными устройствами. А при дальности связи до 3м скорость может возрасти до теоретических 480 Мбит/сек (60 Мб/сек).
Продавцы WiUSB уверяют, что некоторые их WiUSB-модули могут даже реализовать беспроводную связь компьютера с монитором. Такие изделия ещё называют беспроводной сетевой картой. Даже некоторых дисплеи имеют такую встроенную функцию. Остаётся лишь подключить в порт USB предложенный адаптер и произвести согласование.
WiFi или "беспрекословная преданность"
Уже упоминаемый интерфейс WiFi обеспечивает обмен данными на средние или малые расстояния. Это самая распространённая форма связи между роутером и пользователями смартфонов и компьютерных аппаратов, также их между собою.
Высокая конфиденциальность связи достигается аутентификацией пользователей и шифрованием данных. Скорость передачи автоматически регулируется в зависимости от свойств радиоканала и условий протокола IEEE 802.11.
На практике скорость обусловлена устанавливаемым ограничением. Также формат передаваемого файла и уровень защиты двухсторонней связи может сильно влиять на скорость передачи данных. Как и другие интерфейсы, этот постоянно дорабатывался, что отражалось на скорости и качестве обмена данными. WiFi 2001 и 2003 годов имел предел скорости 11Мбит/с и 54Мбит/с соответственно, транслировался на частоте в пределах отметок, близких к 2,4 ГГц.
Действующие стандарты WiFi работают на частотах:
- 2,4 ГГц – занимает диапазон 2412-2472 МГц;
- 5 ГГц – то же 5160-5825 МГц;
- 6 ГГц – 5955 до 7115 МГц (только недавно разработанный Wi-Fi 7, 2023 года, к имеющимся диапазонам приобрёл дополнительную полосу с такими частотами).
Wi-Fi 5, 2014г имеет скорость 1Гбит/с, больше чем наполовину увеличив предел Wi-Fi 4, 2009г. Зато на порядок большая скорость у Wi-Fi 6, 2021г – 11Гб/с. А 40Гбит/с — предел быстроты обмена данными для стандарта Wi-Fi 7.
WiMax
На базе стандарта IEEE 802.16 построены интерфейсы WiMax. Первый имеет дальность уверенного приёма 2-5км, при скорости 32-134Мбит/с. Несущая частота находится в пределах 10-66ГГц, а полоса составляет 20, 25 или 28МГц. Второй IEEE 802.16-2004 задействует частоты в разбросе от 2ГГц до 11ГГц, ширина канала от 1,25МГц до 20МГц, скорость до 75Мбит/с, а радиус действия до 4-6км.
Используется WiMax как локальная сеть в пределах одного или нескольких зданий, больших территорий или целого города либо микрорайона. Впрочем, предел дальности может достигать даже 50 километров. Но данный интерфейс имеет ограниченное количество пользователей.
WiBro — мобильная беспроводная широкополосная связь
Доработанная версия рассмотренного ранее стандарта интерфейса отличается возможностью уверенной связи с объектом, движущимся на скорости до 120 км/ч. Остальные параметры WiBro такие же, как и в некоторых версиях WiMax. А дальность и скорость зависит от применённых аппаратов и местности. Впрочем, формат находится в стадии разработки, так что есть вероятность услышать что-то новое о его удивительных возможностях.
