Казалось бы, в эпоху, когда каждый человек носит в кармане несколько радиопередатчиков - смартфон с Wi-Fi, Bluetooth, 4G и 5G, - а вокруг работают умные часы, датчики умного дома, автомобили с V2X, спутники, дроны, телевизионные вышки, эфир должен был давно превратиться в хаотичный шум. и все же связь работает. Почему?
Многие полагают, что радиочастотный спектр - это ограниченный ресурс, которой однажды исчерпается. Но дело не в количестве герц, а в том, как мы их используем. Частоты - это не бензин в баке, который можно вылить до дна, а, скорее, дорога - её нельзя растянуть до бесконечности, но можно сделать многоуровневой, ввести светофоры, волосы движения и даже умные системы, которые перераспределяют поток в реальном времени.
Да, сегодня радио в привычном смысле - FM-приёмник в машине - уже не главный источник информации. Но радиоволны остаются основой для все беспроводной структуры. Мобильная связь, Wi-Fi, GPS, спутниковая навигация, авиационная и морская связь - все это работает за счет тонкого управления радиочастотами. В самых труднодоступных уголках планеты, где нет интернета, радиостанции спасают жизни. Геологи, туристы и спасатели до сих пор полагаются на коротковолновую связь - потому что она автономна, не требует инфраструктуры и способна передавать сигнал на тысячи километров.
Но вернемся к городу. Дело тут не в нехватке частот, а в их концентрации. Например, диапазон 3,4 - 3,8 Гц - идеальный для 5G: он сочетает хорошую пропускную способность и приемлемое покрытие. Однако в России этот спектр долгое время был занят устаревшими системами госструктур, которые использовали его неэффективно - занимали широкие полосы, передавали минимум информации. В Москве по данным 2023 года дефицит радиочастот для операторов достигал 50%.
Чтобы решить проблему, регуляторы идут двумя путями. Первый, технический: заменить узкополосные аналоговые системы на цифровые, которые передают в разы больше данных в той же полосе. Например, Федеральная комиссия по связи США однажды обязала пользователей диапазона 150-174 МГц уменьшить ширину канала с 25 до 12,5 кГц. Это удвоило количество доступных каналов без расширения спектра.
Второй путь, организационный: перераспределить частоты. Так, в России для 5G теперь выделяют полосу 4,4-4,99, а для 6G рассматривают диапазоны 7,1-7,25 и 14,8-15,3 ГГц. Ирония в том, что для 6G свободного спектра может оказаться даже больше, чем для 5G, потому что в новых диапазонах меньше "наследия" прошлых лет.
Но как вообще умещается так много сигналов без помех? Ответ в многоуровневых методах разделения ресурсов. Раньше достаточно было разделить частоты (FDMA), как это делали радиостанции: одна работает на 101,2 МГц, другая - 101,4, с промежутком в 200 кГц. Позже появились временные интервалы (TDMA) - как в старых GSM-сетях, где абоненты говорили по очереди. Затем - кодовое разделение (CDMA), где каждый сигнал подписывался уникальным кодом и мог передаваться одновременно с другими.
Сегодня все сложнее. Современные сети 4G и 5G используют OFDM - разбивают широкую полосу на сотни узких поднесущих, каждая из которых может передавать данные независимо. Это как разбить шоссе на сотни велодорожек, где каждый велосипедист едет по своему маршруту. К этому добавляется MIMO - множественные антенны, передающие разные части одного потока одновременно, и формируют узконаправленный луч прямо на ваш телефон, а не на весь квартал. Это резко снижает помехи и повышает емкость сети.
Кроме того, спектр стал динамическим. Раньше частоту выдавали навсегда. Сегодня - на время, по запросу, с адаптацией под обстановку. Технологии вроде Dynamic Spectrum Sharing (DSS) позволяют одной и той же частоте передавать одновременно и 4G и 5G-трафик, разделяя их по времени и коду. Системы вроде AFC (Automated Frequency Coordination) позволяют, например, Wi-Fi-роутеру работать в диапазоне радаров, но только если он не создает помех: роутер запрашивает в облачной базе данных, свободна ли частота в его координатах, и получает разрешение на передачу с ограничением по мощности.
Есть и более экзотические подходы. TV White Stripes - использование пустых телевизионных каналов. Если в вашем районе не транслируется не транслируется 34 канал, его может занять, скажем, сельский интернет-провайдер. Это регулируется централизованной картой, обновляемой в реальном времени.
Все это работает благодаря фундаментальному ограничению - пределу Шеннона. Он гласит: в любом канале с шумом есть максимальная скорость передачи данных, которую нельзя превысить, сколько бы вы ни улучшали модуляцию. Поэтому развитие идет в двух направлениях: во-первых, повышать спектральную эффективность - упаковывать больше битов в герц, используя сложные коды и антенные системы; во-вторых, осваивать новые диапазоны - от суб-гигагерцовых (для покрытия) до миллиметровых волн (для скорости).
И да, радиочастоты не кончаются. Потому что человечество научилось не просто "делить пирог", а делать пирог многоэтажным, а куски - взаимопроникающими. Эфир не перегружен - он умён. И пока инженеры продолжают придумывать новые способы его использовать, он будет служить основой для всех наших беспроводных технологий - от простого радиоприемника до глобальных спутниковых сетей.
Нужно оборудование?
Звоните: 8 (800) 777-23-97
Точных Вам измерений!