GSM frequency bands or frequency ranges are the cellular frequencies designated by the ITU for the operation of GSM mobile phones and other mobile devices.
Frequency bands[edit]
| GSM band | ƒ (MHz) | Uplink (MHz) (mobile to base) | Downlink (MHz) (base to mobile) | Channel numbers | Equivalent LTE band | Regional deployments |
|---|---|---|---|---|---|---|
| T-GSM-380[a] | 380 | 380.2 – 389.8 | 390.2 – 399.8 | dynamic | None | None |
| T-GSM-410[a] | 410 | 410.2 – 419.8 | 420.2 – 429.8 | dynamic | 87/88 | None |
| GSM-450 | 450 | 450.6 – 457.6 | 460.6 – 467.6 | 259–293 | 31/72/73 | None |
| GSM-480 | 480 | 479.0 – 486.0 | 489.0 – 496.0 | 306–340 | None | None |
| GSM-710 | 710 | 698.2 – 716.2 | 728.2 – 746.2 | dynamic | 12 | None |
| GSM-750 | 750 | 777.2 – 792.2 | 747.2 – 762.2 | 438–511 | None | None |
| T-GSM-810[a] | 810 | 806.2 – 821.2 | 851.2 – 866.2 | dynamic | 27 | None |
| GSM-850 | 850 | 824.2 – 848.8 | 869.2 – 893.8 | 128–251 | 5 | CALA,[b] NAR[c] |
| P-GSM-900[d] | 900 | 890.0 – 915.0 | 935.0 – 960.0 | 1–124 | 8 (subset) | None deprecated |
| E-GSM-900[e] | 900 | 880.0 – 915.0 | 925.0 – 960.0 | 0–124, 975–1023 | 8 | APAC,[f] EMEA[g] |
| R-GSM-900[h] | 900 | 876.0 – 915.0 | 921.0 – 960.0 | 0–124, 955–1023 | ? | APAC,[f] EMEA[g] used for GSM-R |
| T-GSM-900[a] | 900 | 870.4 – 876.0 | 915.4 – 921.0 | dynamic | None | None |
| DCS-1800[i] | 1800 | 1710.2 – 1784.8 | 1805.2 – 1879.8 | 512–885 | 3 | APAC,[f] EMEA[g] |
| PCS-1900[j] | 1900 | 1850.2 – 1909.8 | 1930.2 – 1989.8 | 512–810 | 2 | CALA,[b] NAR[c] |
- ^ a b c d T-GSM is Trunking-GSM.
- ^ a b CALA: Canada, US, Caribbean, and Latin America
- ^ a b NAR: North American Region
- ^ P-GSM is the standard or primary GSM-900 band
- ^ E-GSM is the extended GSM-900 band: a superset of the standard GSM-900 band.
- ^ a b c APAC: Asia-Pacific
- ^ a b c EMEA: Europe, the Middle East and Africa
- ^ R-GSM, or GSM-R, is the Railways GSM-900 band, which also includes the standard and extended GSM-900 bands.
- ^ DCS: Digital Cellular System
- ^ PCS: Personal Communications Service
GSM frequency usage around the world[edit]
A dual-band 900/1800 device is required to be compatible with most networks apart from deployments in ITU Region 2.
GSM-900, EGSM/EGSM-900 and GSM-1800[edit]
GSM-900 and GSM-1800 are used in most parts of the world (ITU-Regions 1 and 3): Africa, Europe, Middle East, Asia (apart from Japan and South Korea where GSM has never been introduced) and Oceania.
In common GSM-900 is most widely used. Fewer operators use GSM-1800. Mobile Communication Services on Aircraft (MCA) uses GSM-1800.[1]
In some countries GSM-1800 is also referred to as «Digital Cellular System» (DCS).
GSM-850 and GSM-1900[edit]
GSM-1900 and GSM-850 are used in most of North, South and Central America (ITU-Region 2).
In North America, GSM operates on the primary mobile communication bands 850 MHz and 1900 MHz. In Canada, GSM-1900 is the primary band used in urban areas with 850 as a backup, and GSM-850 being the primary rural band. In the United States, regulatory requirements determine which area can use which band.
The term Cellular is sometimes used to describe GSM services in the 850 MHz band, because the original analog cellular mobile communication system was allocated in this spectrum. Further GSM-850 is also sometimes called GSM-800 because this frequency range was known as the «800 MHz band» (for simplification) when it was first allocated for AMPS in the United States in 1983. In North America GSM-1900 is also referred to as Personal Communications Service (PCS) like any other cellular system operating on the «1900 MHz band».
Frequency mixing between GSM 900/1800 and GSM 850/1900[edit]
Some countries in Central and South America have allocated spectrum in the 900 MHz and 1800 MHz bands for GSM in addition to the common GSM deployments at 850 MHz and 1900 MHz for ITU-Region 2 (Americas). The result therefore is a mixture of usage in the Americas that requires travelers to confirm that the devices they have are compatible with the bands of the network at their destination. Frequency compatibility problems can be avoided through the use of multi-band (tri-band or, especially, quad-band) device.
The following countries are mixing GSM 900/1800 and GSM 850/1900 bands:[2]
| Region | Country/Territory | GSM-850 | GSM-1900 | GSM-900 | GSM-1800 |
|---|---|---|---|---|---|
| Caribbean | Antigua and Barbuda |  | | |  |
| Aruba, Bonaire and Curacao | | | | | |
| Barbados | | | | | |
| British Virgin Islands | | | | | |
| Cayman Islands | | | | | |
| Dominica | | | | | |
| Dominican Republic | | | | | |
| Grenada | | | | | |
| Haiti | | | | | |
| Jamaica | | | | | |
| Saint Kitts and Nevis | | | | | |
| Saint Lucia | | | | | |
| Saint Vincent and the Grenadines | | | | | |
| Turks and Caicos Islands | | | | | |
| Central America | Costa Rica | | | | |
| El Salvador | | | | | |
| Guatemala | | | | | |
| South America | Brazil | | | | |
| Uruguay | | | | | |
| Venezuela | | | | |
GSM-450[edit]
Another less common GSM version is GSM-450.[3] It uses the same band as, and can co-exist with, old analog NMT systems. NMT is a first generation (1G) mobile system which was primarily used in Nordic countries, Benelux, Alpine Countries, Eastern Europe and Russia prior to the introduction of GSM. The GSM Association claims one of its around 680 operator-members has a license to operate a GSM 450 network in Tanzania. However, currently all active public operators in Tanzania use GSM 900/1800 MHz. There are no publicly advertised handsets for GSM-450 available.
Very few NMT-450 networks remain in operation. Overall, where the 450 MHz NMT band has been licensed, the original analogue network has been closed, and sometimes replaced by CDMA. Some of the CDMA networks have since upgraded from CDMA to LTE (LTE band 31).
Multi-band and multi-mode phones[edit]
Today, most telephones support multiple bands as used in different countries to facilitate roaming. These are typically referred to as multi-band phones. Dual-band phones can cover GSM networks in pairs such as 900 and 1800 MHz frequencies (Europe, Asia, Australia and Brazil) or 850 and 1900 (North America and Brazil). European tri-band phones typically cover the 900, 1800 and 1900 bands giving good coverage in Europe and allowing limited use in North America, while North American tri-band phones utilize 850, 1800 and 1900 for widespread North American service but limited worldwide use. A new addition has been the quad-band phone, also known as a World Phone,[4] supporting at least all four major GSM bands, allowing for global use (excluding non-GSM countries such as Japan, South Korea and as well countries where 2G system was shut down to release frequencies and spectrum for LTE networks like Australia (since 2017), Singapore and Taiwan (since 2018).
There are also multi-mode phones which can operate on GSM as well as on other mobile phone systems using other technical standards or proprietary technologies. Often these phones use multiple frequency bands as well. For example, one version of the Nokia 6340i GAIT phone sold in North America can operate on GSM-1900, GSM-850 and legacy TDMA-1900, TDMA-800, and AMPS-800, making it both multi-mode and multi-band. As a more recent example the Apple iPhone 5 and iPhone 4S support quad-band GSM at 850/900/1800/1900 MHz, quad-band UMTS/HSDPA/HSUPA at 850/900/1900/2100 MHz, and dual-band CDMA EV-DO Rev. An at 800/1900 MHz, for a total of ‘six’ different frequencies (though at most four in a single mode). This allows the same handset to be sold for AT&T Mobility, Verizon, and Sprint in the U.S. as well as a broad range of GSM carriers worldwide such as Vodafone, Orange and T-Mobile (Excluding-US), many of whom offer official unlocking.
See also[edit]
- 3GPP
- Cellular frequencies
- Global Positioning System
- Roaming
- UMTS frequency bands
- LTE frequency bands
- 5G NR frequency bands
- CDMA frequency bands
- 2008 United States wireless spectrum auction
References[edit]
- ^ EUROPA — PRESS RELEASES — Press release — Commission Decisions on Mobile Communication Services on Aircraft — Frequently Asked Questions. Europa.eu. Retrieved on 2013-09-18.
- ^ «GSM Bands information by country». WorldTimeZone.com. 2016-01-16. Retrieved 2016-02-06.
- ^ neon lite, Nokia Eye 450 MHz GSM technology
- ^ «International Cell Phones». Cellhire. Retrieved 3 September 2013.
External links[edit]
- LDpost.com – History of GSM and More GSM history, technology, bands, multi-band phones
- 3GPP Specification detail TS 05.05 Specification 3GPP TS 05.05 Radio Transmission and Reception
- 3GPP Specification detail TS 45.005 Specification 3GPP TS 45.005 Radio Transmission and Reception
- 3GPP Specifications for group: R4 – Frequencies info for UMTS (TS 25.101/102/104/105)
GSM frequency bands or frequency ranges are the cellular frequencies designated by the ITU for the operation of GSM mobile phones and other mobile devices.
Frequency bands[edit]
| GSM band | ƒ (MHz) | Uplink (MHz) (mobile to base) | Downlink (MHz) (base to mobile) | Channel numbers | Equivalent LTE band | Regional deployments |
|---|---|---|---|---|---|---|
| T-GSM-380[a] | 380 | 380.2 – 389.8 | 390.2 – 399.8 | dynamic | None | None |
| T-GSM-410[a] | 410 | 410.2 – 419.8 | 420.2 – 429.8 | dynamic | 87/88 | None |
| GSM-450 | 450 | 450.6 – 457.6 | 460.6 – 467.6 | 259–293 | 31/72/73 | None |
| GSM-480 | 480 | 479.0 – 486.0 | 489.0 – 496.0 | 306–340 | None | None |
| GSM-710 | 710 | 698.2 – 716.2 | 728.2 – 746.2 | dynamic | 12 | None |
| GSM-750 | 750 | 777.2 – 792.2 | 747.2 – 762.2 | 438–511 | None | None |
| T-GSM-810[a] | 810 | 806.2 – 821.2 | 851.2 – 866.2 | dynamic | 27 | None |
| GSM-850 | 850 | 824.2 – 848.8 | 869.2 – 893.8 | 128–251 | 5 | CALA,[b] NAR[c] |
| P-GSM-900[d] | 900 | 890.0 – 915.0 | 935.0 – 960.0 | 1–124 | 8 (subset) | None deprecated |
| E-GSM-900[e] | 900 | 880.0 – 915.0 | 925.0 – 960.0 | 0–124, 975–1023 | 8 | APAC,[f] EMEA[g] |
| R-GSM-900[h] | 900 | 876.0 – 915.0 | 921.0 – 960.0 | 0–124, 955–1023 | ? | APAC,[f] EMEA[g] used for GSM-R |
| T-GSM-900[a] | 900 | 870.4 – 876.0 | 915.4 – 921.0 | dynamic | None | None |
| DCS-1800[i] | 1800 | 1710.2 – 1784.8 | 1805.2 – 1879.8 | 512–885 | 3 | APAC,[f] EMEA[g] |
| PCS-1900[j] | 1900 | 1850.2 – 1909.8 | 1930.2 – 1989.8 | 512–810 | 2 | CALA,[b] NAR[c] |
- ^ a b c d T-GSM is Trunking-GSM.
- ^ a b CALA: Canada, US, Caribbean, and Latin America
- ^ a b NAR: North American Region
- ^ P-GSM is the standard or primary GSM-900 band
- ^ E-GSM is the extended GSM-900 band: a superset of the standard GSM-900 band.
- ^ a b c APAC: Asia-Pacific
- ^ a b c EMEA: Europe, the Middle East and Africa
- ^ R-GSM, or GSM-R, is the Railways GSM-900 band, which also includes the standard and extended GSM-900 bands.
- ^ DCS: Digital Cellular System
- ^ PCS: Personal Communications Service
GSM frequency usage around the world[edit]
A dual-band 900/1800 device is required to be compatible with most networks apart from deployments in ITU Region 2.
GSM-900, EGSM/EGSM-900 and GSM-1800[edit]
GSM-900 and GSM-1800 are used in most parts of the world (ITU-Regions 1 and 3): Africa, Europe, Middle East, Asia (apart from Japan and South Korea where GSM has never been introduced) and Oceania.
In common GSM-900 is most widely used. Fewer operators use GSM-1800. Mobile Communication Services on Aircraft (MCA) uses GSM-1800.[1]
In some countries GSM-1800 is also referred to as «Digital Cellular System» (DCS).
GSM-850 and GSM-1900[edit]
GSM-1900 and GSM-850 are used in most of North, South and Central America (ITU-Region 2).
In North America, GSM operates on the primary mobile communication bands 850 MHz and 1900 MHz. In Canada, GSM-1900 is the primary band used in urban areas with 850 as a backup, and GSM-850 being the primary rural band. In the United States, regulatory requirements determine which area can use which band.
The term Cellular is sometimes used to describe GSM services in the 850 MHz band, because the original analog cellular mobile communication system was allocated in this spectrum. Further GSM-850 is also sometimes called GSM-800 because this frequency range was known as the «800 MHz band» (for simplification) when it was first allocated for AMPS in the United States in 1983. In North America GSM-1900 is also referred to as Personal Communications Service (PCS) like any other cellular system operating on the «1900 MHz band».
Frequency mixing between GSM 900/1800 and GSM 850/1900[edit]
Some countries in Central and South America have allocated spectrum in the 900 MHz and 1800 MHz bands for GSM in addition to the common GSM deployments at 850 MHz and 1900 MHz for ITU-Region 2 (Americas). The result therefore is a mixture of usage in the Americas that requires travelers to confirm that the devices they have are compatible with the bands of the network at their destination. Frequency compatibility problems can be avoided through the use of multi-band (tri-band or, especially, quad-band) device.
The following countries are mixing GSM 900/1800 and GSM 850/1900 bands:[2]
| Region | Country/Territory | GSM-850 | GSM-1900 | GSM-900 | GSM-1800 |
|---|---|---|---|---|---|
| Caribbean | Antigua and Barbuda | | | | |
| Aruba, Bonaire and Curacao | | | | | |
| Barbados | | | | | |
| British Virgin Islands | | | | | |
| Cayman Islands | | | | | |
| Dominica | | | | | |
| Dominican Republic | | | | | |
| Grenada | | | | | |
| Haiti | | | | | |
| Jamaica | | | | | |
| Saint Kitts and Nevis | | | | | |
| Saint Lucia | | | | | |
| Saint Vincent and the Grenadines | | | | | |
| Turks and Caicos Islands | | | | | |
| Central America | Costa Rica | | | | |
| El Salvador | | | | | |
| Guatemala | | | | | |
| South America | Brazil | | | | |
| Uruguay | | | | | |
| Venezuela | | | | |
GSM-450[edit]
Another less common GSM version is GSM-450.[3] It uses the same band as, and can co-exist with, old analog NMT systems. NMT is a first generation (1G) mobile system which was primarily used in Nordic countries, Benelux, Alpine Countries, Eastern Europe and Russia prior to the introduction of GSM. The GSM Association claims one of its around 680 operator-members has a license to operate a GSM 450 network in Tanzania. However, currently all active public operators in Tanzania use GSM 900/1800 MHz. There are no publicly advertised handsets for GSM-450 available.
Very few NMT-450 networks remain in operation. Overall, where the 450 MHz NMT band has been licensed, the original analogue network has been closed, and sometimes replaced by CDMA. Some of the CDMA networks have since upgraded from CDMA to LTE (LTE band 31).
Multi-band and multi-mode phones[edit]
Today, most telephones support multiple bands as used in different countries to facilitate roaming. These are typically referred to as multi-band phones. Dual-band phones can cover GSM networks in pairs such as 900 and 1800 MHz frequencies (Europe, Asia, Australia and Brazil) or 850 and 1900 (North America and Brazil). European tri-band phones typically cover the 900, 1800 and 1900 bands giving good coverage in Europe and allowing limited use in North America, while North American tri-band phones utilize 850, 1800 and 1900 for widespread North American service but limited worldwide use. A new addition has been the quad-band phone, also known as a World Phone,[4] supporting at least all four major GSM bands, allowing for global use (excluding non-GSM countries such as Japan, South Korea and as well countries where 2G system was shut down to release frequencies and spectrum for LTE networks like Australia (since 2017), Singapore and Taiwan (since 2018).
There are also multi-mode phones which can operate on GSM as well as on other mobile phone systems using other technical standards or proprietary technologies. Often these phones use multiple frequency bands as well. For example, one version of the Nokia 6340i GAIT phone sold in North America can operate on GSM-1900, GSM-850 and legacy TDMA-1900, TDMA-800, and AMPS-800, making it both multi-mode and multi-band. As a more recent example the Apple iPhone 5 and iPhone 4S support quad-band GSM at 850/900/1800/1900 MHz, quad-band UMTS/HSDPA/HSUPA at 850/900/1900/2100 MHz, and dual-band CDMA EV-DO Rev. An at 800/1900 MHz, for a total of ‘six’ different frequencies (though at most four in a single mode). This allows the same handset to be sold for AT&T Mobility, Verizon, and Sprint in the U.S. as well as a broad range of GSM carriers worldwide such as Vodafone, Orange and T-Mobile (Excluding-US), many of whom offer official unlocking.
See also[edit]
- 3GPP
- Cellular frequencies
- Global Positioning System
- Roaming
- UMTS frequency bands
- LTE frequency bands
- 5G NR frequency bands
- CDMA frequency bands
- 2008 United States wireless spectrum auction
References[edit]
- ^ EUROPA — PRESS RELEASES — Press release — Commission Decisions on Mobile Communication Services on Aircraft — Frequently Asked Questions. Europa.eu. Retrieved on 2013-09-18.
- ^ «GSM Bands information by country». WorldTimeZone.com. 2016-01-16. Retrieved 2016-02-06.
- ^ neon lite, Nokia Eye 450 MHz GSM technology
- ^ «International Cell Phones». Cellhire. Retrieved 3 September 2013.
External links[edit]
- LDpost.com – History of GSM and More GSM history, technology, bands, multi-band phones
- 3GPP Specification detail TS 05.05 Specification 3GPP TS 05.05 Radio Transmission and Reception
- 3GPP Specification detail TS 45.005 Specification 3GPP TS 45.005 Radio Transmission and Reception
- 3GPP Specifications for group: R4 – Frequencies info for UMTS (TS 25.101/102/104/105)
Оценка этой статьи по мнению читателей:
В этой небольшой серии из трех статей, мы попробуем разобраться с очень важной темой, которая касается каждого современного человека. Ведь все мы буквально погружены в океан электромагнитного излучения, порой даже не осознавая, что это такое и как оно влияет на нас.
Безусловно, в интернете предостаточно статей, которые рассказывают об электромагнитных волнах, их длине и частоте, об ионизирующем излучении и прочих сложных терминах. Но для многих людей всё это остается загадкой — чем-то далеким от той реальности, которую можно потрогать, увидеть или хотя бы осознать.
Например, многие знают, что видимый свет — это поток фотонов или «светящихся шариков», переносящих энергию в пространстве. Но тогда радиоволны или тепло — это тоже фотоны/шарики?
Как вы представляете себе энергию? Может это некий светящийся сгусток материи или небольшая порция электричества, вроде микроскопической молнии? Но ведь брошенный камень тоже обладает энергией, а в нем нет никакого электричества или светящегося вещества.
Что происходит, когда смартфон или фитнес-браслет создает электромагнитную волну, которая затем отдает эту энергию нашему телу? Ведь все эти устройства непрерывно что-то излучают. И куда же девается эта энергия?
Цель этого небольшого цикла статей — ответить на все поставленные выше вопросы. Но ответить не цифрами или сложными терминами, а дать интуитивное понимание, чтобы электромагнитное излучение и энергия показались такими же обыденными вещами, как огонь или вода.
В процессе чтения этих статей вы непосредственно почувствуете, что значит потратить 1 джоуль энергии или сколько это 1 ватт. Ведь именно в ваттах измеряется мощность радиоизлучения от Wi-Fi, смартфонов или Bluetooth-наушников.
Но прежде, чем мы разберемся с энергией, которую излучает различная техника (во второй части), и поймем влияние этой энергии на организм (в третьей части), нужно осознать, что такое излучение вообще.
Именно о природе электромагнитных волн и пойдет речь в первой статье!
Что такое электромагнитное поле? Или о логических противоречиях
Очевидно, электромагнитные поля — это набор электрических и магнитных полей. Но при попытке ответить на вопрос о том, что же такое электромагнитное поле, из чего оно состоит и почему работает так, как работает, мы сталкиваемся с логическим противоречием.
Если вы пытались в этом разобраться, то, скорее всего, тоже каждый раз разочаровывались в ответах, потому что, задавая такие вопросы, вы нарушаете законы логики.
Из чего состоит воздух? Очевидно, из молекул. Почему воздух нагревается? Потому что молекулы находятся в непрерывном движении и если они ускоряются, то при столкновении с нашей кожей ударяются в нее сильнее, передавая часть энергии движения нашим молекулам. И мы чувствуем тепло.
Это простые вопросы и на них есть простые ответы, так как ни воздух, ни молекулы не являются фундаментальными понятиями, а значит, их природу можно объяснить.
Фундаментальное понятие — это то, из чего состоит всё остальное, то, что невозможно разложить на составляющие части, невозможно разделить, как мы делим молекулы на атомы, атомы — на электроны и ядра, а ядра — на протоны и нейтроны.
Представьте машинку, собранную из деталек конструктора. Для ребенка одна деталька и будет фундаментальным понятием. Ведь он даже не представляет, что детальку можно «разобрать» на более мелкие «детальки» — атомы.
Так вот, в современной науке, какой бы продвинутой и фантастической она ни казалась нам, электрические и магнитные поля являются фундаментальными понятиями. Поэтому ни одна статья не сможет дать вам тот ответ, на который вы рассчитываете.
Тем не менее, кое-что мы понять можем!
Что такое электрическое поле?
Всё вещество в нашей вселенной в основном состоит из трех частиц: электронов, протонов и нейтронов. Это и есть «неделимые» детальки конструктора. А раз неделимые, значит, элементарные.
Из этих трех частиц только две (электроны и протоны) обладают неким интересным свойством под названием электрический заряд. Например, у частиц есть какая-то масса, «размер» и другие параметры, включая тот самый «заряд».
Если вы при слове «заряд» подумали об электрическом токе, то снова сделали логическую ошибку. Ток — это движение зарядов в пространстве. Соответственно, называя заряд током, мы ходим по кругу: заряд — это ток, а ток — это заряд. Нонсенс.
Дело в том, что электрон и протон не просто так парят в пространстве, они изменяют его! Эти частицы создают вокруг себя некую форму материи, которую мы и назвали электрическим полем.
Его невозможно потрогать, невозможно увидеть, но все частицы, обладающие зарядом, испытывают его влияние на себе.
Электрический заряд — это и есть способность частицы создавать вокруг себя материю под названием «электрическое поле», а также способность реагировать на электрические поля, созданные другими частицами.
Если мы представим протоны и электроны как шарики, то электрическим полем будут линии, выходящие из этих шариков (или входящих в них). Это непростые линии, они могут толкать или притягивать другие частички, обладающие зарядом:
Эти линии никогда не пересекаются. Если поместить рядом два протона, из которых исходят линии (электрическое поле), то линии согнутся и будут пытаться выпрямиться, словно прутья. В результате две частички отлетят друг от друга:
Но если мы поместим протон, из которого выходят линии, и электрон, в который линии входят, они «склеятся» друг с другом:
Когда люди заметили подобное поведение, то решили как-то обозвать два типа таких зарядов. Можно было называть их исходящими и входящими зарядами или липкими и колючими. Но Бенджамин Франклин (тот, что изображен на стодолларовой купюре) назвал их положительными и отрицательными зарядами.
Итак, электрическое поле — это некая таинственная материя, которую создают вокруг себя все частицы, обладающие таким свойством, как электрический заряд.
Конечно, в реальности электрическое поле не состоит из физических линий, но именно так проще всего представлять эту материю. К примеру, вокруг частиц с положительным электрическим зарядом линии направлены от частицы и это направление показывает, в какую сторону будут отталкиваться другие положительные заряды:
Чем ближе к протону — тем больше линий, то есть, выше плотность их размещения и, соответственно, электрическое поле будет более сильным. Чем дальше от протона — тем реже встречаются линии, и тем слабее поле, то есть, оно толкает другие заряды с меньшей силой. Это даже интуитивно понятно, так как один согнутый «прутик» толкнет частичку гораздо слабее, чем сотня таких же натянутых «прутьев», сделанных из неизвестной науке материи.
Важно понимать, что «прутики» не толкают непосредственно частички, они на них вообще никак не влияют. Эти «прутики» взаимодействуют только с другими «прутьями» или линиями электрических полей, созданных другими заряженными частицами.
Поэтому, если у частицы нет заряда (например, у нейтрона), тогда она никак не будет реагировать на электрические поля в пространстве и сама не будет создавать вокруг себя этой материи.
То же касается и многих атомов, у которых одинаковое количество разноименных зарядов (протонов и электронов). Такие атомы электрически нейтральны, так как одни заряды компенсируют другие. Это становится более наглядным, если называть заряды положительными и отрицательными, ведь +1 и -1 в сумме дают 0.
Из какого именно вещества состоит электрическое поле и как оно выглядит — это бессмысленные вопросы. Поле не может состоять из вещества по определению. Ведь наша вселенная состоит из материи, которая в свою очередь делится на вещество и поле:
Поэтому не нужно думать об электрическом поле, как о каком-то веществе, вроде электронов, атомов или жидкости. Это отдельная форма существования материи. Если в веществе может быть пустота (вакуум), то в поле не может быть пустот, так как поле не состоит из отдельных частиц.
Представьте, что всё пространство во вселенной, включая вакуум, заполнено какой-то неизвестно науке средой. Это не электрическое поле, а просто что-то, что заполняет всё вокруг. В таком случае элементарная частица, обладающая электрическим зарядом, будет деформировать эту среду. И вот эта деформация/изменение пространства и есть электрическое поле.
Что такое магнитное поле?
Раз элементарные частицы, обладающие электрическим зарядом, создают вокруг себя электрическое поле, то, должно быть, существуют элементарные частицы, обладающие магнитным зарядом и вот они-то и создают вокруг себя магнитное поле?
Хотя в этом и есть логика, но это не так. Не существует такого свойства частиц, как «магнитный заряд» и ни одна частица не обладает магнитным полем. Откуда же оно берется?
Прежде всего, магнитное поле — это еще один реально существующий вид материи, который может появляться из «ниоткуда» и исчезать в «никуда». Это примерно такое же изменение пространства, как и электрическое поле, но с небольшими отличиями.
Возьмем, к примеру, электрон. Это частица, имеющая электрический заряд. А раз так, она всегда создает вокруг себя электрическое поле и больше ничего. Но стоит электрону сдвинуться с места, то есть, начать движение и вокруг этого электрона, помимо постоянного электрического поля, тут же начнет появляться магнитное поле:
Как только электрон остановится, магнитное поле исчезнет. В отличие от электрического поля, магнитное поле не исходит от частицы, а окружает ее. Также линии магнитного поля замкнуты, а не направлены во все стороны (действие их силы показано стрелкой на картинке выше).
Когда электрон или другая заряженная частица пролетает, магнитное поле не исчезает мгновенно, а как бы тянется небольшим шлейфом впереди и позади электрона, причем поле тем сильнее, чем ближе оно к частице:
Если электрическое поле с силой действует на частицы с электрическим зарядом, то магнитное поле действует на эти же частицы, если они находятся в движении.
К примеру, мы можем взять два провода и пустить по ним ток, чтобы внутри по проводам поползли элементарные заряженные частицы (электроны). Как только они начнут свое движение, вокруг проводов появятся магнитные поля. То есть, два провода в буквальном смысле слова станут двумя магнитами.
Если электроны в двух проводах будут ползти в одну сторону, магнитные поля будут притягивать друг друга, словно вы прикладываете два магнита разными полюсами. Если же ток в двух проводах будет течь в разные стороны, «провода-магниты» будут отталкиваться:
Заметьте, что электрические поля электронов не имеют никакого отношения к этому отталкиванию или притяжению. Это проявляются магнитные поля.
Что заставляет электроны ползти по проводам? Верно — электрическое поле! Так как на одном конце провода собралось очень много отрицательно заряженных частичек, а на втором — положительно заряженных, то именно электрическое поле и притягивает отрицательные заряды (электроны) к положительным, заставляя их ползти по проводу:
Это и есть электромагнитные поля.
Но причем здесь излучение? Ведь электрическое и магнитное поле существуют только вокруг частичек, не так ли?
Что такое электромагнитное излучение? Или о том, как работает телефон
Снова наша логика подсказывает очень простой ответ. Если электромагнитное поле существует только вокруг элементарных частиц с зарядом (электронов и протонов), то электромагнитное излучение — это, наверное, полет электронов или протонов.
Наверное, во время звонка смартфон выбрасывает в пространство припасенные в аккумуляторе электроны, которые затем разлетаются во все стороны и создают при полете вокруг себя электромагнитные поля. Верно?
Может это звучит и логично, но в корне ошибочно. Всё куда интереснее и сложнее.
Дело в том, что наша вселенная устроена так, что изменяющееся электрическое поле порождает изменяющееся магнитное поле, а изменяющееся магнитное поле порождает изменяющееся электрическое поле.
Чтобы понять этот набор слов, давайте рассмотрим простой пример.
Вернемся к проводу, на одном конце которого собралось много положительно заряженных частиц, а на другом — с отрицательным зарядом. Так как линии электрического поля всегда выходят из положительных зарядов и входят в отрицательные, то наше электрическое поле упрощенно выглядит так:
Естественно, такое поле оказывает влияние на все электроны в проводе и заставляет их двигаться по направлению к положительно заряженным частицам. Но когда все отрицательные частицы переходят вниз, то теперь внизу собрался отрицательный заряд, а вверху — положительный. И теперь электрическое поле изменило свое направление и выглядит так:
Это и есть изменяющееся электрическое поле. Оно постоянно меняет свое направление (направление силовых линий) и силу.
Ну а что с магнитным полем?
Когда электрическое поле заставляет двигаться заряженные частички, вокруг этого движения возникает магнитное поле. Причем, когда все электроны находятся на одном из концов провода, магнитное поле исчезает, ведь движение электронов останавливается. А когда электроны начинают двигаться в противоположную сторону, магнитное поле снова увеличивается до максимума:
Так как направление движения электронов каждый раз меняется, то меняется не только сила магнитного поля, связанная с движением электронов, но и направление его линий:
Это и есть изменяющееся во времени магнитное поле!
Получается, у нас есть изменяющееся электрическое поле, которое порождает изменяющееся магнитное поле. А как мы помним, изменяющееся магнитное поле снова порождает изменяющееся электрическое поле. И тут происходит настоящая цепная реакция, словно падение костяшек домино:
Даже если в этот момент убрать провод и любые частицы, это уже не остановит волну порождений одного поля другим. Такая волна будет нестись в пространстве со скоростью света, по пути влияя на все остальные заряженные частицы.
К слову, именно это изменение электрического поля и показывают на графиках в виде волн:
Когда электроны начинают движение и собираются на одном конце провода, электрическое поле на графике направляется вверх и его сила увеличивается. Затем электроны начинают двигаться в обратном направлении и сила электрического поля на графике начинает снижаться до тех пор, пока электроны не соберутся на противоположной стороне провода.
Теперь график снова показывает максимальную силу электрического поля, но уже направленную в другую сторону:
Иногда график рисуется более корректно, так как к нему добавляется еще магнитное поле, которое колеблется перпендикулярно относительно электрического поля:
Итак, мы видим, что электромагнитная волна не связана с полетом электронов или протонов. При помощи электронов мы лишь создаем в одной точке пространства изменяющееся электрическое поле и оно порождает цепную реакцию под названием электромагнитное излучение.
Никакое вещество не переносится в пространстве, идет просто возмущение/колебание пространства или условной среды, заполняющей всё пространство.
Именно это делают смартфоны, Bluetooth-наушники или фитнес-браслеты. Внутри этих устройств есть антенны — небольшие кусочки провода, по которым электроны бегают то в одну сторону, то в другую. Из-за этого создается переменное электрическое поле, которое создает переменное магнитное поле и запускается уже рассмотренная нами реакция.
А теперь представьте, что такая волна доходит до другого устройства. Кусок провода (антенна) внутри него начинает испытывать воздействие электрического поля. Вначале оно имеет максимальную силу и направлено вниз. Естественно, все электроны испытывают на себе это влияние и под действием силы начинают двигаться в одну сторону.
Затем электрическое поле угасает и движение останавливается, после чего разворачивается в другую сторону и все электроны снова начинают движение в противоположную сторону. А движение электронов — это ток. В итоге, в проводе возникает электричество или сигнал!
Для провода и электронов нет разницы, подключили ли мы батарейку (источник электрического поля) или это электрическое поле пришло в виде волны, главное, что все электроны начинают испытывать на себе движущую силу.
Именно так мы и можем передавать энергию на расстоянии, просто посылая колебания электрического поля.
У электромагнитной волны есть несколько свойств. Например, скорость распространения волны составляет 300 тыс. километров в секунду (в вакууме). Длина волны — это расстояние между ее последовательными пиками:
То есть, это время, за которое электрическое поле меняет свое направление.
Также у волны есть частота, которая говорит нам о том, как часто сменяется направление движения электронов в проводе (или направление электрического поля).
Если направление электрического поля меняется 50 раз в секунду, значит, мы имеем электромагнитную волну с частотой 50 Гц, а если направление тока меняется 2.4 миллиарда раз в секунду, электромагнитная волна имеет частоту 2.4 ГГц. Именно на такой частоте работает Bluetooth, Wi-Fi и микроволновка.
И именно от частоты зависит энергия волны. Одни волны могут буквально разрушать всё на своем пути, включая ДНК человека. Другие волны могут растягивать молекулы, а третьи — поворачивать их внутри нашего тела.
Но что такое энергия? Почему энергия зависит от длины волны (от того расстояния, которое нужно преодолеть электронам в антенне)? Откуда берется эта энергия и куда девается? Обо всем этом мы поговорим во второй части.
Алексей, глав. ред. Deep-Review
P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на наш научно-популярный сайт о мобильных технологиях, чтобы не пропустить самое интересное!
пользованием канального кодирования и перемежения с последующим «расширением» передаваемых сигналов с помощью составных ШПС, сформированных на основе 64 видов последовательностей Уолша и псевдослучайными последовательностями с количеством элементов 215 и 242.
Безопасность связи обеспечивается также применением процедур аутентификации и шифрования сообщений.
Процедура аутентификации в стандарте IS-95 соответствует процедуре аутентификации стандарта D-AMPS (IS-54B).
В подвижной станции хранится один ключ и один набор общих секретных данных, которые используются при работе как в режиме с частотным разделением каналов, так и в режиме CDMA (IS-95). Подвижная станция может передавать «цифровую подпись» для аутентификации, состоящую из 18 бит. Эта информация передается в начале сообщения (в ответе подвижной станции на запрос сети при поиске станции), добавляется к регистрационному сообщению или пакету данных, передаваемых по каналу доступа. Предусматривается возможность обновления общих секретных данных в подвижной станции.
Шифрование сообщений, передаваемых по каналу связи (ТСН), осуществляется также с использованием процедур стандарта IS-54B.
6.2.17.Перспективы CDMA
Всилу целого ряда преимуществ системы связи с шумоподобными сигналами имеют хорошие перспективы. Достаточно сказать, что разрабатываемые в настоящее время перспективные стандарты в подавляющем большинстве основаны на этой технологии. О них кратко было сказано в разделе 4.
7. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН В МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ
Путь радиоволны от передатчика к приемнику в системах мобильной связи крайне разнообразен: от прямой видимости до сильно закрытого препятствиями, домами, деревьями пути. В отличие от проводной связи, где параметры постоянны, в беспроводной связи радиоканалы имеют существенно случайные параметры, часто сложно анализируемые. Моделирование радиолинии — наиболее сложная задача проектирования радиосистем. Оно в основном выполняется статистически с использованием данных экспериментов, выполненных порой именно для такой же или аналогичной системы.
Механизм распространения радиоволн в системах связи различен, но в основном может быть представлен отражением, дифракцией и рассеянием. Большинство сотовых систем работают в городах, где нет прямой видимости антенн
91
передатчика и приемника, а наличие высоких зданий вызывает большие дифракционные потери. Благодаря многократным переотражениям от различных объектов, радиоволны проходят различный путь. Интерференция этих волн вызывает сильное изменение уровня сигнала от положения абонента.
Моделирование распространения радиоволн основано на предсказании среднего уровня принимаемого сигнала на заданном расстоянии от излучателя, а также в определении разброса его значений в зависимости от конкретной ситуации на трассе. Расчет радиолинии позволяет определить зону обслуживания передатчика. Моделирование среднего уровня сигнала в зависимости от расстояния между передатчиком и приемником называется крупномасштабным моделированием, поскольку позволяет определить сигнал на большом удалении (несколько сотен и тысяч метров). С другой стороны, модели характеризуют быстроменяющиеся значения уровня принимаемого сигнала на малых смещениях (несколько длин волн) или за короткое время (секунды) — они называются мелкомасштабными моделями.
При перемещении мобильного приемника на малые расстояния принимаемый сигнал может меняться очень сильно. Это происходит из-за того, что принимаемый сигнал представляет собой сумму многих волн, приходящих с различных направлений, проходящих разное расстояние и имеющих различную амплитуду и фазу. Суммарный сигнал подчиняется закону Релея. В зависимости от трассы радиоканала мелкомасштабная девиация может меняться на 3-4 порядка, т.е. уровень сигнала может меняться на 30-40 дБ (рис.7.1). Если мобильный приемник будет достаточно далеко, средний уровень сигнала убывает. Ниже будет рассматриваться крупномасштабная зависимость сигнала на входе приемника.
Мелкомасштабная зависи- 
мость
Крупномасштабнаязави-
симость
1 М
d
Рис. 7.1. Изменение напряженности поля в зависимости от расстояния до передающей антенны с учетом влияния случайных факторов на частоте 1800 МГц
92
7.1. Распространение радиоволн в свободном пространстве
Модель распространения волн в свободном пространстве используется для расчета принятого сигнала в условиях, когда передающая и приемная антенны находятся на открытой незатененной препятствиями радиолинии. Эта модель применяется для анализа радиоканалов связи через спутники и для наземных радиолиний, работающих в диапазоне сверхвысоких частот.
Мощность, принятая приемной антенной с усилением Gr, которая излучается антенной передатчика мощностью Pt c коэффициентом усиления Gt на длине волны λ на расстоянии d на открытом неограниченном пространстве, рассчитывается по формуле
| P G | G | λ2 | ||||
| Pr = | t t | r | . | (7.1) | ||
| (4π)2d2 | ||||||
Коэффициент усиления антенны определяется следующим образом:
где Аэ – эффективная площадь поверхности антенны, м2.
Длина волны связана с несущей частотой соотношением
| λ = | c | , | (7.3) | |
| f | ||||
где с – скорость света.
Принимаемая антенной мощность в соответствии с (7.1) убывает с ростом расстояния d со скоростью 20 дБ на декаду, т.е. пропорционально множителю
1 . d 2
Потери передачи в радиоканале (отношение принятой и излученной мощностей)
| P | t | G | t | G | r | λ | 2 | ||||||
| L = 10lg | = −10lg | , дБ. | (7.4) | ||||||||||
| Pr | (4π)2 d 2 | ||||||||||||
Для изотропных антенн (коэффициент усиления каждой из них G=1)
| P | t | λ | 2 | ||||||
| L = 10 lg | = −10 lg | , дБ. | (7.5) | ||||||
| Pr | (4 π)2 d 2 | ||||||||
| 93 |
Данная формула позволяет определить ослабление сигнала в радиоканале без учета направленных свойств передающей и приемной антенн в свободном пространстве.
Предыдущие выражения верны только для дальней зоны (или зоны Фраунгофера). Граница дальней зоны определяется условием:
| df | = | 2D | 2 | , | (7.6а) |
| λ | |||||
где D – наибольший размер антенны.
Дополнительным условием дальней зоны должно быть выполнение соотношений:
| df >> D , | (7.6б) |
| df >> λ. | (7.6в) |
На больших расстояниях при расчете напряженности поля в точке приема иногда используют значение принимаемой мощности на некотором фиксированном расстоянии d0 — Pr (d0 ). Тогда на ином расстоянии d:
| Pr (d)=Pr (d0 ) d0 | 2 | , d ≥ d0 ≥ d | f | . | (7.7) |
| d |
Т.к. изменение уровня принимаемой мощности от расстояния очень велико, используют отсчет мощности в дБмВт (дБ по отношению к 1 милливатту) и дБВт (дБ по отношению к 1 ватту):
| Pr (d) [дБмВт] | P (d | 0 | ) | d | , d ≥ d0 | ≥ df , | ||||||||
| =10lg | r | +20lg | 0 | (7.8) | ||||||||||
| 1 мВт | d | |||||||||||||
| где Pr (d 0 ) подставляется в Вт. | P | (d | ) | |||||||||||
| [дБВт]= | r | 0 | d | 0 | ||||||||||
| Pr (d) | 10lg | + 20lg | . | |||||||||||
| 1 Вт | ||||||||||||||
| d |
Опорное расстояние d0 обычно выбирается равным 100 м или 1 км для связи вне зданий. Для радиоканалов внутри зданий типичное значение опорного расстояния d 0 = 1 м.
Упражнение 2
Найти границу дальней зоны антенны с максимальным размером D=1 м, работающей на частоте 900 МГц. Выбрать приемлемое значение опорного расстояния d0.
94
Иногда в расчетах используется параметр – эффективная излучаемая мощность ( Pэф), который показывает, во сколько раз плотность потока мощности в
точке расположения приемной антенны при излучении мощности Pt будет больше при использовании антенны с коэффициентом усиления Gt по сравнению с изотропной антенной. Выражение
показывает максимальную излучаемую мощность в направлении максимального излучения.
Плотность потока мощности на расстоянии d от передающей антенны:
| П | d | = | Pэф | = | PtGt | = | 1 | E | 2 | = | 1 | E | 2 | , | Вт | , | (7.10) | |||||||
| 4πd2 | 4πd2 | 2 120π | 2 377 | м2 | ||||||||||||||||||||
где 377 Ом – характеристическое сопротивление свободного пространства, Е – амплитуда электрического поля на расстоянии d, В/м.
Принимаемая мощность (мощность, перехватываемая приемной антенной из падающей плоской волны при ориентации на источник)
| 1 | E | 2 | P G | G | λ2 | |||||||||||||||
| P (d)=П | d | A | э | = | A | э | = | t | t | r | , Вт, | (7.11) | ||||||||
| 2 120π | (4π)2d | 2 | ||||||||||||||||||
| r |
где AЭ – эффективная площадь поверхности приемной антенны, м2.
Упражнение 3
Передатчик излучает мощность 50 Вт: а) выразить излучаемую мощность в дБВт; б) выразить излучаемую мощность в дБмВт;
в) при условии, что излучается мощность 50 Вт антенной с единичным усилением и несущей частотой 900 МГц, вычислить принимаемую мощность в дБмВт в свободном пространстве на расстоянии 100 м. Коэффициент усиления приемной антенны равен 1; г) какова мощность на выходе приемной антенны при использовании
данных предыдущего пункта на расстоянии 10 км от передающей антенны? Коэффициент усиления приемной антенны равен 1.
95
Эквивалентная схема приемной антенны, включенной на вход приемника, показана на рис.7.2. При условии согласования входного сопротивления антенны и приемника ( R a = R пр) напряжение на входе последнего будет равно по-
ловине ЭДС антенны. Действующее напряжение U связано с принятой мощностью выражением
| P (d)== | U2 | . | (7.12) | |
| Ra 2 | ||||
| r |
Ra
U Rпр
Va
Рис. 7.2. Эквивалентная схема приемной антенны, включенной на вход приемника
Действующее напряжение на входе приемника определяется по формуле
| U= | 1 P (d)R | a , В. | |
| 2 r | (7.13) |
Упражнение 4
Приемник расположен на расстоянии 10 км от 50-ваттного передатчика, несущая частота f = 900 МГц. Считать, что обе антенны расположены в свободном пространстве и имеют коэффициенты усиления
Gr = 1, Gt = 2. Найти:
а) мощность на выходе приемной антенны Рr ;
б) амплитуду электрического поля вблизи приемной антенны; в) напряжение сигнала, приложенное на входе приемника, если вы-
ходное сопротивление антенны 50 Ом и она согласована с приемником.
96
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #