Передача информации с помощью электромагнитного излучения происходит двумя основными способами – оптическим (в видимой части спектра с включением соседних областей – УФ и ИК) и радио (в длинноволновой части спектра). Эти способы принципиально отличаются друг от друга и это связано не только с длиной волны используемого излучения.
Оптический способ
На нем основано зрение живых существ и вся техника фиксирования изображений, начиная с фотографии. Хотя обычно зрение и фотографию не относят к процессу передачи информации, фактически это есть основной по объему передаваемой информации способ передачи – из области пространства, в которой расположен наблюдаемый объект, в область восприятия – на сетчатку глаза или фотоматрицу камеры.
Для формирования изображения требуется источник освещения. Каждая точка поверхности оптической сцены излучает сферическую волну, отражая излучение источника. Таким образом, всё пространство оптической сцены заполнено излучением одного и того же спектра, распространяющимся во все стороны. В процессе распространения пересекающиеся волны не взаимодействуют (линейная оптика), но на любой поверхности (экране), куда они попадают, возникает интерференция. При монохромном источнике интерференционная картина явно видна (это используется в голографии), при немонохромном экран освещен равномерно (интерференция есть, но она неразличима из-за очень большого числа волн с разными длинами). Для получения изображения оптической сцены необходим объектив (в простейшем случае – выпуклая линза). Линза осуществляет пространственное разделение попадающих на нее волн таким образом, что в каждую точку экрана приходит волна только из одной точки оптической сцены. Поэтому никакой интерференции на экране не возникает. При монохромном освещении формируется одноцветное изображение, при немонохромном – многоцветное.
Особенности оптического способа:
параллельная передача
все каналы используют одни и те же частоты
отсутствует модуляция (кроме амплитудной), мультиплексирование, частотное разделение и любые преобразования несущей
отсутствие операций преобразования сигнала дает нулевое время обработки в канале и теоретически неограниченную скорость передачи. Всё изображение сколь угодно большой сложности формируется в приемнике за один период световой волны
передача в пределах прямой видимости
Радио способ
Развитие радио с момента его изобретения пошло как альтернатива проводной связи с сохранением принципа передачи информации из одной точки пространства в другую (радиотелеграф), а не как реализация в другой области спектра оптического способа передачи из пространства передатчика в плоскость приемника, когда всё сообщение передается одномоментно. Поэтому информация, передаваемая по радиоканалу, должна быть представлена в последовательной форме для передачи по последовательному каналу. Если в рассматриваемой области пространства используется только один радиоканал, то основной задачей является повышение скорости передачи информации, для решения которой разработано большое число методов модуляции. Если в этой области пространства необходимо организовать несколько каналов связи, возникает проблема их интерференции в приемной антенне. Основным способом решения этой проблемы является частотное разделение, возможности которого всегда ограничены шириной диапазона выделенного спектра. Для дальнейшего увеличения числа каналов в условиях дефицита частотного ресурса используется временное, фазовое и кодовое разделение каналов.
Сравнение оптического и радиоспособа
Задача:
Стадион, 2 трибуны. Нужно передать фото 1000 болельщиков с одной трибуны на другую.
Решения:
1. Радиоспособ: 1000 человек делают селфи и отправляют по мобильной сети напарникам на противоположную трибуну
2. Оптический способ: 1000 человек с противоположной трибуны фотоаппаратами с длиннофокусными объективами делают фото. Передача информации (изображения лица) происходит путем распространения света, отраженного лицом, до фотоаппарата.
Вопрос: каково время передачи информации каждым способом?
Ответ: время передачи радиоспособом зависит от возможностей мобильной сети и составит от десяти минут до бесконечности. Оптическим способом – мгновенно.
Третий способ — оптическое радио
Мое предложение: использовать оптический способ в радиоканале. Для этого к обычным радиопередатчику и радиоприемнику необходимо добавить радиолинзу. В радиолинзах нет ничего нового, их можно делать из полистирола, тефлона, полиэтилена, пенопласта и др. Но пока они используются для формирования узких лучей в радиолокаторах. Например, радиолокационная станция «НЕМАН-П», запуск – 1980 г. (Балхашский полигон). Приемная многолучевая антенна выполнена на основе двух радиолинз из неоднородного диэлектрика диаметром 7,5 м:
Пример возможного построения многоствольной радиорелейной линии (РРЛ), работающей на одной частоте:
Серийное оборудование РРЛ 38 ГГц, 9 передающих антенн диаметром 30 см собраны в массив 3х3. Аналогично собраны антенны приемников. Перед массивом приемников установлена сферическая радиолинза диаметром около 1 метра, поэтому излучение каждой антенны передатчика попадает только на одну антенну приемника, а интерференция отсутствует. В результате 9 стволов работают на одной частоте.
Другие возможные применения:
Каналы связи между стационарными узлами (базовые станции, киоски данных в сетях 6G)
-
Каналы передачи информации от мобильных телефонов к базовой станции. Все телефоны работают на одной частоте, на базовой станции стоит радиолинза в каждом секторе и обеспечивает передачу сигнала от каждого телефона только одной антенне матрицы приемников.
Ограничением оптического радио является необходимость прямой видимости, но это является условным недостатком. В широко используемых радиорелейных линиях, например, необходима не только прямая видимость, но и очень точная (до долей градуса) юстировка антенн. Человек получает основной объем информации с помощью зрения и не считает недостатком этого способа необходимость смотреть в том направлении, откуда получает информацию. Поэтому можно полагать, что с развитием высокоскоростных направленных способов передачи информации в сетях 6G (оптического радио) необходимость сохранения прямой видимости перестанет быть недостатком.
Комментарии (60)
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02Данные передаются из радиопередатчика в радиоприёмник любым видом модуляции как обычно. Отличие только в том, что волна передатчика фокусируется радиолинзой на антенне приёмника. Волна от другого передатчика фокусируется этой линзой на антенне другого приёмника. Первые радиолокаторы с радиолинзами появились в 60-х годах.
Maxlen79
21.11.2025 16:02То есть в капюшоне я по телефону не поговорю? И в туалете связь ловить не будет.
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02А вас не огорчает тот факт, что вы не видите, что творится сзади, а в капюшоне даже и по бокам? Каким образом сочетать разные технологии связи - нужно думать, для этого есть международные консорциумы, институты и т.д. Если у человека будет возможность иметь на телефоне обычную связь в обычном режиме и в 100 раз более быструю в режиме прямой видимости с базовой станцией (как сейчас телефон работает и в GSM, и в LTE), он не будет против повернутся к базовой станции.
Maxlen79
21.11.2025 16:02Я в закрытой комнате сижу. И БС меня не видит. Куда ни повернусь везде стены. Связи нет. Зачем такая связь?
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02Чем вас не устраивает связь в сети 5G? Но если вместо единиц гигабит/с вам нужны будут десятки и сотни гигабит, придется выйти в прямую видимость с БС. Никого же не возмущает, что если хочешь видеть, нужно открыть глаза и повернуть голову в нужную сторону.
Maxlen79
21.11.2025 16:02Это не ответ на мой вопрос. Снижение скорости это одно. В случае оптики там теряется сразу всё.
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02Это не единственный канал в телефоне. Никто же не отменил GSM при переходе к 3G, 4G и 5G. Это или дополнительный мобильный канал, или основной канал для стационарных пунктов, как РРЛ.
liutas4x4
21.11.2025 16:02Еще как отменил. Нет GSM в развитых странах. А в некоторых и CDMA больше нет.
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02В Люксембурге, может и нет GSM, а как обеспечить голосовую связь на больших расстояниях и в подвалах и лифтах? GSM работает на 39 км и хорошо пробивает и кирпичные, и бетонные стены, 3G демонтировали и отдали частоты в 4-5 G и дальность - единицы километров. От CDMA давно отказались
Maxlen79
21.11.2025 16:02Как выглядит в данном случае передатчик? Светодиод, лампочка или лазер?
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02Это обычный радиопередатчик и обычный радиоприемник. Просто перед приемником стоит пенопластовая радиолинза (это кажется смешным, но это правда, реально)
Maxlen79
21.11.2025 16:02Обычный радио - это уже не оптический. В чем новшество?
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02Оптическое радио - это множество радиоканалов на одной частоте. При тех же передатчиках и приемниках, но с антенными решетками и радиолинзами.
Maxlen79
21.11.2025 16:02Мне кажется, вы не понимаете о чем говорите.
Что такое оптика? Электромагнитная волна на частоте видимого спектра ещё не оптика.
Что значит много каналов на одной частоте? Как они друг другу не мешают при этом?
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02Я под оптикой имею в виду пространственное разделение каналов линзой. В линзовой оптике нет интерференции между каналами, а без линзы - интерференция делает невозможной передачу картинки. Снимите объектив с фотоаппарата - что он зафиксирует?
Maxlen79
21.11.2025 16:02В этом и проблема взаимопонимания. Вы используете общепринятые слова и выражения в своих личных значениях со своими определениями.
Значит вы не про видимый глазу свет говорите? А про электромагнитные волны определённой частоты? И линза ваша это антенна?
Потому что в общепринятых определениях свет это всё-таки ещё и фотоны.
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02Да, термина "оптическое радио" нет, пришлось его придумать. Я говорю, что в диапазонах электромагнитных волн длиной 1 микрон и 10 сантиметров используются разные принципы разделения каналов - в первом случае пространственный с помощью линзы, во втором - частотный с помощью покупки за бешеные деньги частотных разрешений. И поэтому предлагаю разделять радиоканалы не разносом частот, а установкой радиолинзы перед массивом приемников. А все передатчики (например, телефоны) работают на одной частоте. В случае с телефонами - только на передачу. Прием тоже можно будет сделать, когда произойдет переход в терагерцовый диапазон
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02Собираюсь провести эксперимент, используя пару SDR на частоте 2,5 ГГц и пенопластовую линзу. Рассчитываю форму и размер линзы. Рассматривал вариант водяной линзы, но не нашел линзу от старого телевизора
alcotel
21.11.2025 16:02Серийное оборудование РРЛ 38 ГГц, 9 передающих антенн диаметром 30 см собраны в массив 3х3. Аналогично собраны антенны приемников. Перед массивом приемников установлена сферическая радиолинза диаметром около 1 метра
Чтобы кратность увеличения изображения одной линзой была 1:1, линза должна стоять ровно посередине между приёмниками и передатчиками.
А теперь угадайте, что же делает линза с излучением? Просто сдвигает фазу. Посередине чуть побольше, по краям - поменьше. И расходящийся фронт волны превращается в сходящийся. Ровно то же самое делает фазированная антенная решётка. Только она не весит тонну.
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02В глазу хрусталик не стоит посередине, объектив фотоаппарата и телескопа - тоже.
Линза выполняет пространственное разделение - волны с разных направлений пространства фокусируются на разных точках глазного дна, фотоматрицы, антенной решётки. Для организации многоствольной РРЛ нужно несколько стандартных пролётов (два и более) и одна радиолинза из пенопласта. Для 38 ГГц достаточно метрового диаметра. Такой кусок пенопласта не весит тонну.
alcotel
21.11.2025 16:02Пенопласт на 99% состоит из воздуха с диэлектрической проницаемостью 1,00. Он мало что сделает с волной. Разве что немного рассеет, как капли дождя(((
Так глаз, фотоаппарат и телескоп не получают картинку в масштабе 1:1. Линза с фокусным расстоянием в 1 м уменьшит изображение передатчика, удалённого на 1 км в 1000 раз. И приёмные антенны придётся размещать с шагом в 0,3 мм, что на 1,5 порядка меньше длины волны этой РРЛ.
Дифракционный предел это называется. Он налагает ограничения на размер линзы, зеркала или антенны. Вот будет связь в терагерцовом диапазоне - тогда и линзу можно поставить. А пока проще те же фазовые сдвиги получить обработкой сигнала с того же числа антенн.
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02Радиолинзы: замедляющие и ускоряющие. Замедляющие – из полистирола, тефлона, полиэтилена, пенопласта и др. Показатель преломления n > 1. Ускоряющие – конструкция из кусков металла и воздушных промежутков между ними n < 1.
Я предлагаю только рассмотреть способ организации многоканальной радиосвязи на одной частоте. Конечно, это должен быть терагерцовый диапазон (6G) с сантиметровыми линзами и антенными решетками с миллиметровыми элементами. Дальность в 6G никто и не планирует делать километровую. Человек и глазами-то плохо видит на километр
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02Вся проблема - в дефиците частот. 2 года назад сети 5G работали уже в 100 странах мира и имели 1 миллиард абонентов. У нас 5G нет до сих пор. Почему? Нет частот. А для зрения частот всем хватает...
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02Для терагерцового диапазона, в котором собираются запускать сеть 6G к 2030 году, диаметр линзы будет сантиметровый
liutas4x4
21.11.2025 16:02Не понял про (2), стадион. Ну, сфоткали. А отослали как? Опять "мобильная связь?"
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02Задача - человеку на второй трибуне получить фото человека на первой. Если он его сфоткал, ничего посылать не надо, фото у него уже есть. Это пример скорости передачи огромного количество изображений в одном пространственном канале на одной частоте. Свет, несущий изображение, доходит с первой трибуны на вторую со скоростью света. Я предлагаю делать то же самое на радиочастотах
NightShad0w
21.11.2025 16:02А это не фазированная ли решетка на минималках? Продолжая пример с трибунами, при массовом фотографировании происходит же перенос общей картины трибуны параллельным способом. Чем-то похоже на фронт волны у фазированной антенны.
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02ФАР работает с одной волной (на одной частоте). Здесь нужна антенная решетка, но не фазированная, ее элементы - независимые антенны. Разделение каналов не фазовое, а пространственное - обеспечивается линзой. Каждый радиоканал, образованный передатчиком и элементом антенной решетки, подключенным к своему приемнику, работает совершенно независимо с любым видом модуляции. Да, кроме массива (решетки) антенн нужен массив приемников, но это дешевле частот (Минсвязи выставляет на аукцион диапазон частот для 5G за 24 МИЛЛИАРДА рублей)
alekseypro
21.11.2025 16:02Когда был ребенком в 90е, то втыкал в радиоточку ИК диод, а к наушникам подключал ИК фотодиод и на небольшом расстоянии, вот таким способом, получалось слушать "беспроводное" радио. Тихо конечно, но в ночной тишине, все было прекрасно слышно. Сейчас уже точно не помню, но подключал светодиод то ли через резистор, то ли через конденсатор (мало что понимал) так как горьким опытом спалил не один ИК диод, без ограничения :)
Но это ещё не всё. Т.к. радиоточки в моей комнате не было, я протянул 0.3 мм проволоку под плинтусом из родительской комнаты к своему абонентскому громкоговорителю, а вторым проводом стала батарея отопления в моей комнате. Так это и проработало до 2000 года :)
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02Да, если поставить линзу можно получить оптическое радио. Без линзы в комнате мог работать только один такой ИК канал. С линзой их может быть множество
Superzoos
21.11.2025 16:02Вроде слова умные есть в статье, но будто бред сумасшедшего прочитал. Слишком много фантастических домыслов и преувеличений. Хоть свет и радиоволны имеют общую природу, но вот так примитивно мешать одно с другим нельзя.
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02Этот бред обсуждался на солидной конференции и опубликован в серьёзном журнале. Готовится эксперимент
Superzoos
21.11.2025 16:02То, что он обсуждался и то, что готовится какой-то там эксперимент не является аргументом. Описанное в статье не выдерживает никакой критики.
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02Не выдерживает критики потому что ее нет. С чем вы не согласны? Радиолинзы используются в радиолокаторах больше 50 лет и гораздо более сложным способом - для формирования узкого лепестка. Я предлагаю начать использовать простейший вариант - фокусировать радиоизображение на антенной решетке
randomsimplenumber
21.11.2025 16:02Радиолинза размером с дом мало кого интересует. Можно прикинуть, на каких частотах работает свет, на каких радио, и как оно будет масштабироваться.
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02Вы удивитесь, но я прикинул перед тем, как писать. На частотах в диапазоне 5 ГГц, который сейчас выделяется для 5G, достаточно диаметра 1 метр. Это вполне можно поставить на базовой станции или в стволе РРЛ
randomsimplenumber
21.11.2025 16:02Если в фокусе линзы меньше 10 000 антенн (всего лишь матрица 100х100) - не стоит и начинать. Прикиньте размер матрицы для начала.
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02Я не разрабатываю аппаратуру для конкретного применения, я только предложил способ уменьшить потребность в частотах для сетей 6G в терагерцовом диапазоне, которые должны поддерживать работу более миллиона терминалов на квадратном километре
randomsimplenumber
21.11.2025 16:02Размер линзы должен быть зачительно больше длины волны. И линзой очень сложно управлять. И тут нам в помощь фазированная антенная решетка. Недавно изобрели, лет 50 как.
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02При длине волны 3 мм хватит диаметра линзы 10 см. Линзой управлять не надо, ее дело создавать радиоизображение на матрице элементарных антенн (кстати, линза дает усиление, поэтому можно обойтись малыми лепестками). И количество одновременно работающих каналов ограничивается только числом элементов матрицы, а в ФАР каждый момент времени работает один канал. А фокусировку волны линзой изобрели лет 500 назад. Остается сложный момент - как сохранить непрерывность связи при перемещении передатчика в пространстве. Это приводит к перемещению его изображения на другой элемент матрицы. Но здесь надо думать
randomsimplenumber
21.11.2025 16:02В школу, срочно в школу ;)
Телескоп видели? А радиотелескоп? Линзами управлять все равно нужно. Но зеркалами дешевле.
Ну да, если у вас есть 10 000 независимых приемников (не только антенн), размещенных друг от друга на расстоянии значительно большем чем длина волны (прикидываем размер матрицы и размер линзы).. Можно конечно. Но оооочень дорого.
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02Про школу правильно. Вы не поняли смысл. Повторяю: аналогично тому, как на фотоматрице в фотоаппарате формируется изображение волнами длиной чуть меньше микрона, предлагается формировать радиоизображение волнами в 1000 раз длиннее. Размер элемента антенной решетки может быть 0,5 мм (по классике - полуволновой вибратор, а может быть и четвертьволновой, и меньше). Волноводы от элементов антенн идут к массиву приемников, которые могут быть размещены как угодно. Если это два стационарных узла (аналог РРЛ) все антенны и линзы юстированы и жестко закреплены. Если это базовая станция, линза установлена неподвижно перед антенной решеткой, направленной в заданный сектор. Телефоны могут находиться в любой точке сектора и даже перемещаться. Линза и антенная решетка неподвижны!
randomsimplenumber
21.11.2025 16:02Вы не поняли. Промасштабируйте фотоаппарат в 1000 раз. Где то так.
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02Зачем? Масштабируется только антенная решётка, но не 100 мегапикселей, 100*100 достаточно
randomsimplenumber
21.11.2025 16:02Расстояние между приемниками - значительно больше длины волны. Раз в 10 хотя бы. Иначе из за интерферренции ничего не разобрать. Какой получится размер матрицы? Какого размера нужна линза?
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02Все зависит от длины волны. Я не даю готовых аппаратных решений, я изложил способ. Попов при демонстрации радио вообще принимал грозовые разряды, а не интернет-трафик. Нужно было закрыть его работу?
randomsimplenumber
21.11.2025 16:02Ну так у грозоотметчика Попова с интернет- траффиком ничего общего нет, и не планировалось никогда ;)
У радистов есть свои формулы и теория, почему они так не делают, а делают иначе. Но на лекции для колхозников - просто сопоставьте длину волны света и радиоволны и промасштабируйте фотоаппарат. И про обьектив не забудьте, желательно длиннофокусный. Оптика - сложное.
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02У радистов исторически не изжит подход - создание последовательного канала точка-точка. Только сейчас начинают появляться работы про излучающие и принимающие поверхности (ссылка ниже). Оптический подход гораздо проще - нужно всего лишь для выбранной длины волны рассчитать диаметр и толщину линзы и установить ее на правильном расстоянии от антенной решетки, шаг которой тоже выбран с учетом длины волны. Еще раз напоминаю, что 45 лет уже работает радар с радиолинзами - гораздо более сложный вариант с линзами Люнеберга, формирующими управляемый узкий луч на относительно низких частотах, поэтому линзы имеют большой диаметр. Я никому ничего не навязываю, просто уверен, что через несколько лет это будет реализовано. Кем - не знаю. Попов тоже не знал про Маркони, и про то, что он получит патент на радио.
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02Есть еще один вариант реализации оптического радио – не линзовый, а голографический прием. В плоскости приема фиксируется интерференционная картина волнового фронта, созданного массивом передатчиков (голограмма). По этой голограмме восстанавливается радиоизображение массива передатчиков в плоскости массива приемников таким образом, что радиоизображение каждого передатчика совпадает с положением соответствующего приемника. В результате создается множество каналов, работающих на одной частоте (или с одинаковым диапазоном частот) без межканальной интерференции.
Но это другая история для другой аудитории
ALT0105 Автор
21.11.2025 16:02Я не стал говорить про гораздо более сложные варианты, например, голографические MIMO-поверхности для сетей 6G. Журнал IEEE тоже бред публикует?
Maxlen79
Мне кажется, или это какой-то бред? Как вы видите процесс передачи данных? На одном конце работает телевизор, на другом камера? Какие данные вы собираетесь передавать и как работает передатчик? Это картинки или лучи лазера? Вас не смущает среда передачи данных? Даже РРЛ не идеально работает при плохой погоде.
ALT0105 Автор
Оптическое радио будет иметь смысл в сетях 6G, радиус действия которых будет не больше сотен метров (а то и десятков). Есть линза или нет, это никак не влияет на затухание в среде передачи
randomsimplenumber
Мне кажется, что чувак давно мертв, а из его аккаунта пишет Терминатор. Ждет, когда в каменты зайдет Джон Коннор, чтобы вычислить его по IP.
ALT0105 Автор
А какая разница, кто пишет? Выставлена идея для обсуждения, по ней есть мнение?
randomsimplenumber
Нейроидею предлагаю обсуждать нейрокомментаторам ;)
ALT0105 Автор
Хорошее предложение, я двумя руками за. Только как объяснить, например, студентам, чтобы они не приносили дипломы, написанные нейросетью. А если нейросеть предложит способ лечения неизлечимой болезни, тоже обсуждать не надо? Только в данном случае я - живой и пишу свои мысли
randomsimplenumber
Радисты в чатик не заходят, а с программистами можно чего угодно обсуждать ;)