Radijo ryšys, kitaip tariant, informacijos perdavimas radijo bangomis, yra viena iš svarbiausių šiuolaikinio pasaulio technologijų. Jis apima ne tik tradicinį garsinį transliavimą, bet ir sparčiai besivystantį mobilųjį ryšį bei bevieles duomenų perdavimo sistemas. Nuo pat pirmojo radijo signalo perdavimo beveik prieš šimtą trisdešimt metų, šios technologijos nuėjo ilgą kelią, transformuodamos mūsų bendravimo, informacijos gavimo ir net pramogų būdus. Šiandien radijo bangos yra neatsiejama kasdienybės dalis, leidžianti mums palaikyti ryšį su artimaisiais, dirbti nuotoliniu būdu, mėgautis aukštos kokybės vaizdo turiniu ir naudoti daugybę kitų inovatyvių paslaugų.
Radijo Ryšio Pagrindai ir Istorinė Raida
Radijo ryšio sistema iš esmės susideda iš dviejų pagrindinių dalių: siunčiamųjų ir priimamųjų įtaisų. Siunčiamąjį įrenginį sudaro radijo siųstuvas ir siunčiamoji antena, o priimamąjį - priimamoji antena ir radijo imtuvas. Radijo siųstuvas generuoja radijo dažnio (nuo 3 kHz iki 300 GHz) virpesius, kurie vėliau moduliuojami perduodama informacija. Šie moduliuoti virpesiai, patekę į siunčiamąją anteną, sužadina atitinkamai moduliuotas radijo bangas, kurios sklinda erdvėje. Priimamojoje antenoje šios bangos sukelia elektrinius virpesius, kuriuos radijo imtuvas sustiprina ir detektuoja, atkurdamas pradinį informacijos signalą.
Bevielio ryšio idėja nagrinėjama nuo XIX amžiaus. 1895 metais Aleksandras Popovas sukūrė pirmuosius radijo ryšio įtaisus, o 1897 metais užmezgė radijo ryšį tarp laivų, nutolusių vienas nuo kito per 5 kilometrus. Tais pačiais metais Guglielmo Marconi patentavo pirmuosius bevielio ryšio įrenginius, o 1899 metais jam pavyko užmegzti radijo ryšį per Lamanšo sąsiaurį tarp Prancūzijos ir Didžiosios Britanijos, o 1901 metais - tarp Amerikos ir Europos.
Pradžioje naudoti kibirkštiniai, elektrinio lanko ir elektromechaniniai siųstuvai. Nuo XX amžiaus antrojo dešimtmečio iki vidurio paplito siųstuvai su elektroninėmis lempomis, o vėliau - tranzistoriai ir kiti puslaidininkiniai prietaisai. Iki 1920 metų radijo ryšiui dažniausiai naudotos ilgosios bangos. Tačiau radijo mėgėjams pastebėjus, kad trumposios radijo bangos, daug kartų atsispindėjusios nuo aukštutinių atmosferos sluoksnių, gali sklisti labai toli, nuo 1922 metų jos tapo pagrindine tolimojo radijo ryšio priemone. XX amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje pradėtos naudoti metrinės, o penktajame - decimetrinės ir centimetrinės bangos. Nuo XX amžiaus šeštojo dešimtmečio pradžios tolimajam radijo ryšiui palaikyti naudojamos radiorelinės, vėliau skaitmeninės ryšio linijos ir ryšių palydovai.
Trečioji Kartos (3G) Bevielio Ryšio Sistemos ir Jų Tobulinimas
Revoliucinis žingsnis bevielio ryšio technologijoje prasidėjo su trečiosios kartos (3G) sistemomis. Nors ankstesnės kartos tinklai daugiausia buvo skirti balsui perduoti, 3G sistemos nuo pat pradžių buvo projektuojamos taip, kad galėtų efektyviai perduoti ir duomenis, ir balsą. Tai leido atverti duris didelės spartos interneto paslaugoms mobiliesiems įrenginiams. 3G nėra vienas konkretus standartas ar technologija, greičiau tai terminas, apibendrinantis įvairias koncepcijas, siūlančias didelės spartos internetines paslaugas korinio ryšio sistemoms.
Daugeliu atvejų 3G sistemos yra dabartinių sistemų atnaujintos ir pagerintos versijos. Europoje ir Azijoje GSM sistema, kurią daugelį metų naudojo šie žemynai, pradėta keisti į W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access - plačiajuostė kolektyvinė kodinio atskyrimo prieiga). Šiaurės Amerikoje CDMA (Code Division Multiple Access - kolektyvinė kodinio atskyrimo prieiga) tinklai, tokie kaip „Sprint“ ar „GTE“, taip pat pereina prie W-CDMA technologijos.
Plėstojo Spektro Technologijos: CDMA ir W-CDMA
W-CDMA ir CDMA technologijos naudoja principą, vadinamą plėstojo spektro (spread spectrum) technologija. Skirtingai nuo senesnių korinio ryšio technologijų, tokių kaip GSM ar TDMA, kurios radijo bangų spektrą dalija į siauras dažnių juostas, CDMA priskiria kiekvienam telefono pokalbiui unikalų kodą. Tai leidžia vienu metu dideliu radijo dažnių ruožu dalintis tarp daugelio signalų. Kiekvienas telefonas, naudodamas savo unikalų kodą, gali atskirti ir priimti jam skirtą signalą.
Nors plėstojo spektro sistemos turi savų trūkumų, pavyzdžiui, papildomos informacijos, reikalingos signalams atskirti, sąskaita jos naudoja daugiau dažnių juostos nei patys signalai, jos yra itin atsparios triukšmams ir bandymams sutrukdyti ar pasiklausyti ryšio seansus. Tai užtikrina didesnį saugumą ir patikimumą.
Naujovės ir Kritika: „Gudriosios Antenos“ ir UWB
Nors W-CDMA ir CDMA yra plačiai diegiamos, egzistuoja ir kitos, kritikuojamos technologijos. Vienas iš garsiausių kritikų yra Martin Cooper, laikomas korinio telefono išradėju. Jis teigia, kad dėl papildomo duomenų srauto 3G tinkluose bus pasiekta tik kiek daugiau nei 14 Mb/s, o vidutinis vartotojas geriausiu atveju galės tikėtis 64 kb/s. Cooperis mano, kad 3G yra tik nedidelis žingsnis link tikro didelės spartos ir nebrangių bevielių telekomunikacijų.
Jis dirba „ArrayComm“ įmonėje, kuri kuria „gudrias antenas“. Šios antenos, pasitelkiant skaitmeninius signalų procesorius (DSP), gali nukreipti radijo signalus tiesiog į atskirus vartotojus, netgi sekdamos judantį vartotoją. Tai leidžia geriau išnaudoti bazinių stočių antenų matricas ir nesibaiminant skirti tuos pačius dažnius netoli esantiems skirtingiems vartotojams, nes perdavimai vienas kitam netrukdys. Tačiau šios sistemos turi ir trūkumą - didelė duomenų perdavimo sparta pasiekiama mažesnio mobilumo sąskaita, nes jos kol kas nesusitvarko su greitai važiuojančiais automobiliais.
Kita revoliucinė koncepcija, vystoma Larry Fullertono, yra UWB (Ultra Wide Band - itin plati juosta) technologija. UWB atsisako nešlio bangos ir naudoja tik signalą, kurį sudaro itin trumpi (trumpesni nei nanosekundė) elektromagnetinės energijos impulsai. UWB naudoja visą spektrą, o ne mažą jo dalį, todėl jo signalai daugeliui radijo imtuvų atrodo kaip atsitiktinis triukšmas, kurį galima lengvai filtruoti. Šiuo metu UWB potencialūs taikymai apima asmenines radaro sistemas automobiliuose ar vaizdo kameras, galinčias matyti pro sienas. Tačiau mažos siųstuvo galios dėl poreikio netrukdyti kitiems prietaisams riboja ryšio nuotolį iki kelių metrų. Todėl pradžioje UWB bus naudojamas tik pastatų viduje veikiančiuose vietiniuose tinkluose, panašiai kaip Bluetooth.
Sutankinimas ir W-OFDM: Naujos Galimybės Didesnei Spartai
Dar viena technologija, nagrinėjama nuo 1950 m., yra sutankinimas (multiplexing), leidžiantis tuo pačiu kanalu perduoti daugiau nei vieną signalą. Ši technika plačiai naudojama skaidulinėje optikoje. Korinio ryšio sistemose sutankinimas iki šiol buvo mažiau naudojamas dėl spartos skaitmeninių signalų procesorių trūkumo. Tačiau situacija keičiasi.
Viena iš tokių technologijų yra W-OFDM (Wideband Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Anot kompanijos „Wi-LAN“ prezidento Hatimo Zaghloulo, W-OFDM leis perduoti duomenis labai didele sparta siauru radijo bangų spektro ruožu (apie 10 MHz pločio). Nors tai gali atrodyti neefektyvu, palyginti su vieno 10 Mb/s kanalo skyrimu, spartūs signalai lengviau degraduoja dėl triukšmo ar daugialypių kelių efekto (kai signalai atspindi nuo pastatų). Lėti signalai, priešingai, gali būti pažeisti elektrostatikos reiškinių. „Wi-LAN“ sugebėjo pasiekti 32 Mb/s spartą ir net perduoti vaizdo signalų srautą į 100 km/h greičiu lekiantį automobilį. Tikimasi, kad ateityje su patobulintais signalų procesoriais bus galima pasiekti 155 Mb/s pralaidą. W-OFDM trūkumas yra tai, kad reikės gerokai perdaryti dabartinius korinio ryšio tinklus.
5G: Penktosios Kartos Ryšys ir Jo Ypatumai
Šiuo metu plačiai diskutuojama apie 5G - penktosios kartos mobiliojo ryšio technologiją. RRT (Ryšių reguliavimo tarnyba) pateikia išaiškinimus dėl šios technologijos, atremdama visuomenėje kylančias abejones ir dezinformaciją. 5G yra 3G ir 4G ryšio tąsa, pagrįsta tais pačiais radijo bangų sklidimo principais. Nėra jokių skirtumų tarp 3G, 4G ir 5G technologijų elektromagnetinio lauko poveikio. 5G technologija užtikrina didesnę duomenų perdavimo spartą, mažesnę signalo perdavimo delsą ir galimybes aptarnauti daugiau naudotojų vienu metu.
Numatoma, kad 5G (ir būsimi 6G) tinklai, ypač veikiantys aukštesnėse radijo dažnių juostose, naudos daug mažesnės galios stotis su išmaniosiomis antenomis, kurios užtikrins daug geresnę aprėptį ir didesnę ryšio spartą. Svarbus vaidmuo numatomas ir mažos aprėpties stotims, panašioms į „WiFi“ įrenginius.
Pastebėtina, kad jokio ryšio tarp 5G ir COVID-19 viruso nėra. Pasaulio sveikatos organizacija (PSO) patvirtina, kad virusai negali keliauti radijo bangomis ar mobiliaisiais tinklais. Dabartiniai moksliniai įrodymai nepatvirtina, kad žemo lygio elektromagnetiniai laukai, tokie kaip sklindantys iš radijo ir televizijos stočių ar mobiliųjų bazių stočių, galėtų sukelti kokias nors pasekmes žmogaus sveikatai. ES nustatytos griežtos elektromagnetinių laukų ribos, atitinkančios Tarptautinės apsaugos nuo nejonizuojančiosios spinduliuotės komisijos (ICNIRP) gaires.
Iššūkiai ir Ateities Perspektyvos
Viena iš svarbiausių kliūčių kelyje link didelės spartos bevielio ryšio yra ne tiek techninė, kiek ekonominė. Ryšio operatoriai turi spręsti, kokius resursus skirti savo sistemų plėtrai ir kaip bus sprendžiamas turimo juostos pločio pasidalijimas tarp daugelio vartotojų. 3G ateitis priklauso nuo operatorių pasirinkimo.
Martin Cooper teigia, kad bevieliame ryšyje vis dar dominuoja sena monopolininkų tinklo filosofija: vienas matmuo tinka visiems. Vietoj to turėtų atsirasti skirtingiems tikslams skirtingų tinklų įvairovė: visą šalį aprėpiantys balso ryšio tinklai, duomenų perdavimo tinklai, koegzistuojantys su vietiniais duomenų perdavimo tinklais, o pigūs mažos spartos tinklai - su spartesniu ir brangesniu ryšiu.
Kiti svarbūs aspektai apima mobiliojo ryšio kartotuvų naudojimą, ryšį pasienio zonoje, radijo ryšio slopinimo įrangą ir aviamodelių valdymo bei vaizdo transliavimo poreikius. Tinkamas radijo dažnių valdymas ir reguliavimas yra būtinas siekiant užtikrinti efektyvų ir saugų bevielio ryšio sistemos funkcionavimą.