Home » Netværk » Fremtiden for Wi-Fi
Fremtiden for Wi-Fi

Fremtiden for Wi-Fi

Share

Vi sejler ud på de trådløse bølger i jagten på hurtige bondede kanaler og skatkister fulde af QAM

Nu skal vi igen forholde os til en håbløst indviklet række af standarder i vores jagt efter mere viden. Vi vil endda påstå, at det er sjovt. I dette nummer vil vi se på trådløse netværk. Ikke det luksuriøse protokolniveau – det er alt for nydeligt – men på hardware- og signaleringsniveauerne. På skruer og møtrikker, der sætter routere og adaptere i stand til at kommunikere med hinanden ved kolossale hastigheder.

I forgangne tider blev man bjergtaget af at få 2.400 bit data i sekundet via en fastnettelefon. Man kunne bogstavelig talt se bytes af data dukke op på skærmen, mens sekunderne slæbte sig af sted. I dag er encifrede megabytes pr. sekund simpelthen ikke gode nok til vores trådløse forbindelser. Derfor vil vi dykke ned i den trådløse 802.11-standard og forklare grundreglerne for, hvordan digitale data kan blive sendt over radiofrekvenser med forskellige modulationer, og hvordan hver ny udvikling af standarden har indført nye udvidelser og dermed større gennemløb.

Vi vil også vise, hvordan et kendskab til alle disse esoteriske detaljer kan gøre det muligt for dig at få mere ud af dine egne netværk.
Vi begynder bogstavelig talt med “a” og slutter med “ax”. Vi skal se, hvordan internationale standarder har hjulpet med til at udvikle et samlet verdensomspændende system, hvordan ikke-konforme løsninger underminerede deres eget marked, og hvordan smarte enheder prioriterer driftssikkerhed frem for rå hastighed.

Der er naturligvis nogle kryptiske fysiske detaljer, men også en masse sund fornuft. Lad os derfor se, hvordan trådløs gik fra den usikre 1 Mb/sek.-inderbane til det afsindige gennemløb på 9.600 Mb/sek.

Trådløse netværk har været en sand revolution i teknologiens verden. Da man fjernede behovet for enhver form for ledninger i netværkene, kom der gang i forbrugernes forbindelser, og det samme gjaldt erhvervslivet. Der fremkom sandelig også nye kategorier af enheder, herunder “Insecure-net Of Things” – nej, det er ikke nogen joke – og mange andre. Nogle af os oldsager har været i branchen længe nok til at kunne huske koaksialbaserede 10Base2-netværk, og vi springer helt over de første 802.11-forsøg (1 Mb/sek.) på trådløs netværksdrift.

Se også:  Mesh + kabel = endnu bedre Wi-Fi-dækning

Hvad er det, der har gjort det muligt at sætte de samme radiobølger, som vi kendte i slutningen af 1990’erne, og som døjede med 1 Mb/sek., til at transportere 9.600 Mb/sek. i 2018? For at finde svaret på det spørgsmål er vi nødt til at gå tilbage til rødderne, finde regnestokken frem og kaste os over noget klassisk telekommunikations-teori.

Vi ved altså, hvor vi begynder: Alt det, vi taler om her, finder sted på en sinusbølge. En bølge har en bølgelængde, der beskriver, hvor lang tid det tager at gentage hver bølge: Den begynder på et nulpunkt, går op til én, går tilbage til nul og videre til minus én – og så vender den tilbage til nulpunktet. Den har en amplitude, der beskriver, hvor stort toppunktet er, ligesom et volumenniveau. Den sidste værdi er en “fase”, der beskriver, hvor bølgen begynder – på toppen af bølgen, på bunden, midtvejs eller et sted midtimellem.

Tog bølgen land?

Det er vist på tide at finde en ekstra farve til ax.

Vi har kun berørt bølgelængder flygtigt, fordi dette emne kan virke distraherende, når det gælder de centrale elementer ved overførsel af trådløse data. De bølgelængder, der bliver brugt til offentlig trådløs trafik, er blevet standardiseret til 2,4 GHz- og 5 GHz-båndene. Man kan betragte dem som de “kabler”, der bliver brugt til at overføre data.

2,4 GHz-bølgelængden har været vigtig, fordi den er en altafgørende bølgelængde, som i det meste af verden er en åben, ulicenseret frekvens. Hvorfor er det vigtigt? 802.11a-standarden blev udbredt i USA, og den blev brugt på en 5 GHz-bølgelængde. Da den var i stand til at overføre dobbelt så mange data som 2,4 GHz, var der stærke kræfter, som i slutningen af 1999 ønskede at gøre 5 GHz til standardbølgelængden.

Problemet på det tidspunkt var, at bortset fra i USA og Japan krævede 5 GHz som regel en licens, og i nogle områder var den forbeholdt militæret. Begge faktorer forsinkede frigivelsen og øgede markant udgifterne. Det ændrede sig i 2003, da frekvensen efter stigende krav til 2,4 GHz-frekvensen blev frigivet i Europa. På det tidspunkt var det imidlertid for sent for 802.11a, fordi markedet var blevet oversvømmet af langt billigere og mere brugervenligt 802.11b/g-udstyr.

Se også:  FRITZ! Powerline 1260EW set [TEST]: Fin forlænger til dit Wi-Fi

Et andet problematisk aspekt er, at 5 GHz-frekvensen nemmere bliver absorberet af vægge, og det beskærer markant rækkevidden og fjerner de fleste hastighedsfordele. Sandheden er, at når det gælder radiobølger, er det ikke hastigheden, der tæller; det vigtige er det, man gør med dem. Men fordelene ved 5 GHz skal nok vende tilbage til os.

Den specifikke bølgelængde for selve Wi-Fi er en ud af to (læs flere detaljer i tekstboksen på næste side), og det korte svar er 2,4 GHz eller 5 GHz. Disse tal er delt op i underfrekvenser, såkaldte kanaler. Hvis man vil undgå interferens fra andre transmittere i nærheden, skal man være på separate kanaler.

Antallet af tilgængelige kanaler afhænger af, hvor i verden man befinder sig. Der er dog en tendens til, at 2,4 GHz har langt færre – med et maksimum på 14. Problemet er, at de er allokeret på en sådan måde, at de overlapper frekvensbånd, og den praktiske konsekvens er, at der typisk kun er fire frekvens-distinkte kanaler. I USA er der kun tre.

Ved 5 GHz er kanalsituationen typisk bedre, navnlig i USA – her har man uden videre adgang til ni åbne kanaler. I modsætning til 2,4 GHz er de alle frekvens-distinkte. Hertil kommer yderligere 12 kanaler, der er licenseret Dynamic Frequency Selection. Nogle radarer (der ofte bliver brugt til vejrstationer) fungerer på 5 GHz-båndet, og de har højeste prioritet. Når en router bliver tændt, scanner den disse kanaler, og hvis den finder en radar, der arbejder, bruger den ikke denne kanal. Hvis routeren på noget tidspunkt møder en fungerende kanal, holder den op med at bruge denne kanal indenfor ti sekunder og lader den være i 30 sekunder, før routeren scanner igen.

Alle de kanaler, som er tilgængelige ved 5 GHz i USA. Pokkers radar.

Antallet af potentielt tilgængelige kanaler er altså langt højere (21), selvom sagerne bliver mere komplekse, når flere kanaler bliver slået sammen. Vi går mere i dybden med kanaler, når vi kommer til MIMO, fordi de bliver vigtige i forbindelse med flere streams.

Vi nærmer os et kendskab til nogle af de grundlæggende elementer ved et trådløst signal. Det næste vigtige aspekt, vi skal have styr på, er: Hvordan ved routeren og enhederne, hvornår de skal afsende og modtage data? Det vil vi ikke gå i dybden med her, men Wi-Fi bruger en protokol ved navn Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, også kaldet CSMA/CA. Det er et halv-dupleks-system, idet begge ender kun kan modtage eller afsende, ikke begge dele. Det er et robust system, der bruger “acknowledge” (ACK), og det kan sende signaler med fikserede datapakker og obligatoriske venteperioder.

Slutresultatet betyder, at man kan sende og modtage data i støjende omgivelser, hvor uforbundne enheder prøver at sende på den samme bølgelængde og den samme kanal. Enhederne kan stadig få forbindelse, e-mails bliver stadig sendt og modtaget, og ingen falder døde om.

Brugen af to antenner med beamforming (spatial filtrering) kan flytte konstruktive områder med interferens og fordoble transmitterings-kraften.

Nu er vi nået frem til et punkt, hvor vi kan spørge: Hvordan bliver dataene påført radiosignalet? Det antager en form for modulation – et system, hvor bølgeformen bliver ændret på en måde, således at data kan blive modtaget i den anden ende.

Man har brugt forskellige former for modulation, før man lagde sig fast på branchestandarden QAM, hvor de forskellige muligheder alle afbalancerer hastighed i forhold til robusthed i støjende omgivelser. Hvis vi går tilbage i historien, brugte den oprindelige 802.11 og 802.11b den meget langsomme Barker 11-bit-chipsekvens til at modulere ethvert signal, mens direct-sequence spread spectrum (DSSS) blev brugt til at multiplekse selve signalet og undgå interferens. Derved bliver de oprindelige data polstret med pseudo-randomiserede “støj”-data, hvilket giver et meget robust om end meget langsomt signal (1 eller 2 Mb/sek.).

En stor fordel ved den oprindelige 802.11a-standard var, at den brugte QAM. Det gjorde den imidlertid også mere kompleks og bekostelig, det hæmmede implementering, og det forsinkede optagelsen. Det banede vejen for, at 802.11b kunne tage føringen, men den oprindelige standard var teknisk set overlegen. Noget lignende gjaldt som bekendt Betamax. Fik vi nævnt, at QAM står for Quadrature Amplitude Modulation? Lær det udenad; det er glimrende bordkonversation.

Ovenfor kan du se et billede af en traditionelt tegnet sinusbølge med nogle nummererede punkter på. Ved siden af den er der et polært koordinatsystem (cirkelformet), der viser den samme sinusbølge. Det viser bølgelængdens fulde cyklus 360 grader rundt.

Lad os sende nogle data. Vi siger, at hvis man modtager en bølgeform, der er 0-180°, så er den et 0, men hvis den bliver ændret til 180-360°, så er den et 1. Nu har vi lige opfundet nøglen til binær fasemodulation; skift fasen 180°, og man ændrer værdien. På et polært system kan man se, at det giver en særdeles stor fejlmargen, hvilket gør systemet meget robust. Det er det grundlæggende modulationsprincip for 802.11a/g/n/ac.

Ved 2,4 GHz overlapper 5 MHz-kanalerne og giver kun tre 20 MHz-kanaler og én på 40 MHz i USA.

Det indlysende næste skridt er at spørge, hvorfor vi ikke skal kode et tal for hver 90 grader i en fasemodulation. Det er kvadratur-fasemodulation, og det giver mulighed for at kode to bit og dobbelt så mange data i den samme mængde bølgelængde, men man halverer fejlmargenen.

Det er her, QAM kommer ind i billedet. Som du sikkert har regnet ud, modulerer den ikke kun fasen, men også bølgens amplitude. Hvis man nu har fire bit data pr. fjerdedel, har vi nu mulighed for at kode fire bit pr. bølgelængde-ramme, men nu med en fejlmargen, som er en fjerdedel så stor. Det kalder man 16-QAM, og hvis du synes, at det er imponerende, kan du tænke på, at 802.11a understøttede 64-QAM tilbage i 1999, og 802.11ac understøtter 256-QAM.

Men på dette niveau bliver fejlmargenen endnu mindre. QAM is a sliding system— når støjen i signalet stiger, falder routeren tilbage fra 256-QAM til 64-QAM og derefter til 16-QAM, 4-QAM (QPSK), og til sidst ender vi med BPSK, hvilket reducerer dataraten, men øger nøjagtigheden undervejs.

Binær og quad-fasemodulation er robust, men langsom.

TAGS
QAM
trådløs netværk
Wi-Fi

DEL DENNE
Share

Seneste Tech test
Seneste konkurrencer

Mest populære
Populære
Nyeste
Tags

Find os på de sociale medier

Modtag dagligt IT-nyhedsbrev

Få gratis tech-nyheder i din mail-indbakke alle hverdage. Læs mere om IT-UPDATE her

Find os på FaceBook

Alt om DATA

Lautrupsgade 7,
DK-2100 København Ø
Telefon: 33 91 28 33
redaktion@altomdata.dk

Datatid TechLife

Lautrupsgade 7,
DK-2100 København Ø
Telefon: 33 91 28 33
redaktion@datatid.dk

Audio Media A/S

CVR nr. 16315648,
Lautrupsgade 7,
DK-2100 København Ø
Telefon: 33 91 28 33
info@audio.dk
Annoncesalg / Prislister:
Lars Bo Jensen: lbj@audio.dk Telefon: 40 80 44 53
Annoncer: Medieinformation


Alt om DATA, Datatid TechLife  © 2019
Privatlivspolitik og cookie information - Audio Media A/S