Uvrstitev tehnologij za brezžični prenos na grafikon, glede na hitrost prenosa podatkov in doseg!

Brezžično osebno omrežje WPAN (Wireless Personal Area Network) že zdaj oblikujemo z uporabo tehnologije bluetooth. Dosedanje različice te tehnologije so bile oblikovane okoli osnovnega cilja: hitre in enostavne izmenjave datotek med mobilnimi napravami. Zmogljivosti bluetootha tudi opisujejo omrežja WPAN in ga ločijo od na pogled zelo podobnega termina, omrežja WLAN (Wireless Local Area Network). Opisno bi lahko dejali, da so tehnologije za omrežje WLAN namenjene oblikovanju računalniškega omrežja in imajo temu primerno večji doseg in bolj »izpiljene« varnostne mehanizme, tehnologije za WPAN pa imajo manjši doseg (10 ali manj metrov) ter za delovanje potrebujejo manj energije (moči).

Ločljivost videaHitrost prenosa
320 x 2408 Mb/s
352 x 48016 Mb/s
720 x 48040 Mb/s
1280 x 72056 Mb/s
1920 x 108880 Mb/s
2048 x 1024200 Mb/s
Zahtevane hitrosti prenosa pri kodeku H.264 (4 : 2 : 2 in 4 : 4 : 4) in 30 kadrov na sekundo!

Brezžični prenos videa je zelo specifična naloga, saj ne gre zgolj za dovolj visoke hitrosti prenosa podatkov, temveč tudi za zahtevo, da je hitrost stalna in se v času prenosa bistveno ne spreminja – predvsem ne sme pasti – ne glede na razmere v prostoru. Vsi, ki ste kdaj gledali film, naložen na disku namiznega računalnika, na prenosniku prek domačega omrežja WLAN, veste, o čem govorimo. O prekinjanju predvajanja ali celo padanju povezave! Podobno se dogaja tudi, ko video iz računalnika prenašate na domači televizor prek na primer medijskega predvajalnika, priključenega na brezžično omrežje WLAN. Težave, ki se pojavljajo, nazorno kažejo, da obstoječe tehnologije brezžičnega prenosa niso bile razvite za nalogo prenosa videa. Ne tiste za WLAN kot tudi ne za WPAN, razen nekaj specializiranih brezžičnih usmerjevalnikov, ki pa so temu primerno dražji.

Pred novimi tehnologijami sta postavljeni predvsem dve tehnični zahtevi: nizka poraba energije in uporaba frekvenčnega področja nad 6 GHz. Nizka poraba energije je povezana z daljšo avtonomijo delovanja mobilnih naprav, ki so odvisne od energije, shranjene v baterijah. V tej luči je zelo pomembna tudi hitrost prenosa podatkov. Če imamo na primer dva komunikacijska sistema, ki za delovanje porabita enako energije, vendar eden omogoča hitrost 20 Mb/s, drugi pa 200 Mb/s, bo počasnejši sistem za prenos datoteke »porabil« več časa (natančneje, 10-krat več) kot hitrejši, zato bo tudi njegova poraba energije višja. Druga zahteva pa je bolj praktične narave. Večina radijskih tehnologij uporablja frekvenčno področje pod 6 GHz, zato se nove, ki bodo delovale na področju nad to mejo, in stare tehnologije ne bodo medsebojno motile.


Kriva je preprosta enačba
Claude Shannon in Robert Hartley iz Bellovega laboratorija sta že pred leti oblikovala matematično enačbo, ki opisuje prenos podatkov prek komunikacijskega kanala.

C = B * log2 (1 + S/N)

Kjer je C največja možna hitrost prenosa izražena v bitih na sekundo, B pasovna širina kanala v hercih, S moč signala v vatih in N moč šuma (motenj), tudi izražena v vatih. Pri večini tehnologij prenosa podatkov, ožičenih ali brezžičnih, je pasovna širina fiksno določena in je ni mogoče spreminjati. Višje hitrosti prenosa je mogoče dosegati zgolj s povečanjem moči oddajnika ali z uporabo simbolnih shem. Iz enačbe je tudi vidno, da hitrost linearno (premočrtno) narašča z večanjem pasovne širine. Širši kot je kanal, po domače povedano, hitreje se podatki pretakajo sem ter tja. V tem je tudi trik, ki ga uporablja tehnologija UWB.

NA KRATKO TEHNOLOGIJI UWB
Signali UWB so elektromagnetni valovi, ki istočasno in trenutno zasedejo pasovno širino, večjo od 25 % centralne operativne frekvence, ali absolutno pasovno širino 1,5 GHz ali več. UWB, poznan tudi kot impulzna radijska tehnologija oziroma radijska tehnologija brez nosilca, je brezžična komunikacijska tehnologija, ki je edinstvena prav v tem, da doseže radijsko komunikacijo tudi brez uporabe radijskega nosilca. Namesto tega uporablja modulirane impulze energije, ki trajajo manj kot 1 pikosekundo (10-12 s), pri čemer se energija impulza razprostira čez zelo širok, lahko rečemo skoraj ves frekvenčni prostor. S filtriranjem, pa tudi časovnim krmiljenjem trajanja impulza, lahko nato določimo, po kolikšnem frekvenčnem pasu naj se energija impulza razprostre.

Recimo, da oddamo impulz, ki traja 200 ps. To pomeni (Fourierjeva transformacija), da se energija takšnega impulza razprostre po frekvenčnem pasu od 0 (DC) do 10 GHz. Seveda to ni popoln pravokotni impulz, ker svoje doda tudi antena, ki je pri UWB-ju zelo pomembna, je pa vseeno energija dovolj enakomerno porazdeljena po frekvenčnem pasu. Sprejemnik nato zazna prisotnost energije impulza v času, in ne glede na določeno frekvenco. To pomeni, da se impulzu priredi vrednost 1 ali 0 glede na to, kje v času je umeščen, hkrati pa to pomeni tudi, da motnja na določeni frekvenci, pa naj bo to radijska (od kakšne druge naprave, ki oddaja na tisti frekvenci) ali pa fizična (recimo železobeton ne prepušča vseh frekvenc enako dobro), ne bo imela prav nobenega učinka na pravilnost sprejema UWB-signala , če bo le več kot 50 % gostote spektralne energije impulza dospelo do sprejemnika. Najlepše pri vsem tem pa je, da je porazdeljena energija impulza na katerikoli frekvenci manjša od nivoja šuma, kar pomeni, da lahko UWB-signali obstajajo skupaj z običajnimi radijskimi tehnikami, ki uporabljajo RF-nosilce , pri čemer ne pride do opaznejše interference, saj se UWB-signal na navadnih napravah kaže le kot manjši šum.

Prototipni izdelki tehnologije TransferJet

DVA IN ŠE EN VMESNIK?

UWB je le osnova, torej le radijski del tehnologij, ki jih bomo srečevali v vsakodnevnem življenju. Še največ podatkov je znano o brezžičnem vmesniku USB (WUSB), o katerem smo podrobneje pisali v novembrski številki mojega mikra (www.mojmikro.si). Nekaj izdelkov je že na trgu, še več pa jih pričakujemo v tem letu!

Bluetooth 3
Še vedno bolj poznan pod kodnim imenom Seattle. Optimisti so napovedovali, da bo na trgu že lani, pa iz tega ni bilo nič. Ker podrobnih podatkov še ni, lahko govorimo le o ciljnih zmogljivostih. Pri manjših razdaljah (ne več kot meter) naj bi bila hitrost 480 Mb/s in bi nato glede na razdaljo padala, vendar bi bila na desetih metrih še vedno najmanj 100 Mb/s. Kot zanimivost: prototipne naprave tehnologije UWB (www.wimedia.com), to podjetje pa se omenja v povezavi z bluetoothom, dosegajo hitrosti do 377 Mb/s – v nadzorovanih razmerah. Bluetooth 3 naj bi deloval v frekvenčnem območju med 6 do 9 GHz (obstoječe različice 2,4 GHz), kljub vsemu pa naj bi bil nov vmesnik za nazaj združljiv z obstoječimi različicami. Kar pomeni, da bodo naprave vsebovale dva »radijska« čipa ali pa bosta obe združena v en sam. Bistveno je to, da boste stare naprave bluetooth lahko povezali na nov vmesnik, in nasprotno, nove naprave na star vmesnik.

Sony TransferJet

Kako različni so lahko pogledi na omrežje WPAN, kaže Sonyjev predlog tehnologije, imenovane TransferJet, ki namesto električnih valov za nosilec podatkov uporablja indukcijsko polje (poraba energije je -70dBm/MHz). Zato tudi drastično nižji doseg, par centimetrov (3,1 cm). Napravi, ki bi ju radi medsebojno povezali, naj bi le postavili eno poleg druge oziroma, bolje rečeno, eno na drugo oziroma na površino z ustreznim vmesnikom. Fotoaparat ali kamero na televizor, mobilni telefon na prenosni računalnik in podobno. Zadeva deluje pri frekvenci 4,5 GHz in ima teoretično (nazivno) hitrost prenosa do 560 Mb/ ter efektivno 375 Mb/s. Uporabnik bo lahko »registriral« svoje naprave, na primer vse, ki jih ima doma, ter tako omogočil, da bo brezžična povezava možna le med njimi, ne pa tudi med njegovim televizorjem in sosedovim fotoaparatom, ki ga je ta slučajno prinesel s sabo na obisk. Tehnologija tudi ne zahteva običajno zapletenih namestitev (priključitev), ki smo jih vajeni, ko želimo prek obstoječih brezžičnih tehnologij med seboj povezati več naprav.

Spet se ponavlja »klasičen« trend v računalniški in industriji zabavne elektronike. Namesto da bi podjetja stopila skupaj in »oblikovala« eno samo univerzalno rešitev, ki bi zadostila vsem zahtevam, se oblikujejo grozdi okoli večjih podjetij, ki vsaka predlaga svojo rešitev. Te pa med seboj niso združljive. Razlog temu je v licenčninah oziroma denarju, ki ga bodo lastnikom rešitve plačevali vsi,ki bodo »tehnologijo« vgrajevali v svoje izdelke.

TehnologijaDosegHitrostStroškiPoraba
WPAN (zahteve)<10 m > 100 Mb/snizki1 mW za Mb/s
802.11g > 50 m20-10 Mb/snizki15-20 mW za Mb/s
802.11n > 50 m > 100 Mb/svisoki6-8 mW za Mb/s
UWB <10 m > 100 Mb/snizki1,5 – 2 mW za Mb/s (trenutno) 1 mW za Mb/s (ciljano)
Koliko tehnologije zadostujejo zahtevam za omrežje WPAN

Objavljeno: Moj mikro, Marec 2008 | Marjan Kodelja