Как работает Wi-Fi и как тяжело жить цифровым устройствам в аналоговом мире

Иллюстрация: Максим Чатский

Выключатель света живет в цифровом мире, у него только два состояния: включен и выключен, нельзя наполовину включить свет. А кран в умывальнике аналоговый, воду можно открыть наполовину.

Компьютеры работают с цифровыми данными: с набором ноликов и единичек. Но мы живем в аналоговом мире. Отличие аналога от цифры, если сильно упростить, в том, что аналоговые значения могут меняться плавно, а цифровые — только скачками.

Радиоволны тоже имеют аналоговую природу, и для того, чтобы передавать с их помощью данные между компьютерами, надо научиться запаковывать в них данные в цифровом формате.

Для этого используют цифровую модуляцию: это когда на передатчике в равные промежутки времени меняют какую-то характеристику волны в зависимости от того, передаем мы 0 или 1. На приемнике мы сравниваем эталонную волну с тем, что пришло, и по этим данным восстанавливаем исходное сообщение.

Такими характеристиками могут быть:

• — Длина волны (в звуковых волнах это тон).
• — Амплитуда (громкость).
• — Фаза волны (опережение или отставание волны по времени).

Тот же принцип работает и с интернетом по телефонной линии, только волны передаются не по радио, а по проводам. Кто-то, может, застал компьютер ZX Spectrum, который читал программы с аудиокассет, данные запаковывались при помощи модуляции в аудиоволну. Этот звук забыть нельзя.

В разных стандартах беспроводной передачи данных, Wi-Fi, Bluetooth, Wi-Max, GSM, используются разные комбинации этих характеристик. Для увеличения скорости передачи используются сложные алгоритмы модуляции, которые упаковывают в волну как можно больше данных.

При помощи радиоволн можно одновременно передавать несколько независимых потоков данных. Волны накладываются друг на друга, но мы можем фильтровать радиоэфир и доставать из него волны нужной нам частоты. Для каждого канала будет своя частота, и они не будут мешать друг другу.