Hlavní navigace

WLAN může být rychlejší

Rita Pužmanová 21. 7. 2004

Příprava bezdrátové LAN, o propustnosti několikanásobně vyšší než u 802.11g, je v plném proudu. Návrhů se sešlo více než dost, předkladatelé se již stihli rozdělit do dvou táborů, ale jedno mají všichni společné: pro dosažení vyšší přenosové rychlosti chtějí využít principu více antén, MIMO. Kdy můžeme očekávat nějakou normu?

Už téměř před rokem jsme v článku Novinky v normalizaci WLAN avizovali, že IEEE začal pracovat na specifikaci rychlejší WLAN. Cílem projektu 802.11n, „Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: Enhancements for Higher Effective Throughput“, je modifikovat jak fyzickou vrstvu, tak podvrstvu MAC (Media Access Control) tak, aby se na ní docílilo propustnosti minimálně 100 Mbit/s.

Do konce června 2004 byl čas podat pracovní skupině TGn návrhy na řešení, splňující požadavky 802.11n. Sešlo se jich nakonec 61, z toho ovšem 39 návrhů není kompletních a bude se muset do září doplnit, pokud se jimi má pracovní skupina expertů dál zabývat. Počet technických návrhů je rekordní, což potvrzuje zájem o vývoj tímto směrem. Na jednu stranu to slibuje skutečnou plejádu technických možností, na straně druhé to ale již teď naznačuje urputný boj v normalizačním zákulisí o výslednou specifikaci. Pro srovnání: počet návrhů pro 802.11n je téměř dvojnásobný než v případě skupiny 802.15.3a (specifikující rychlou osobní síť na bázi UWB, UltraWideBand), která se již víc jak rok pokouší „zvolit“ z návrhů konečného kandidáta pro vlastní normu (viz např. též článek UltraWideBand podruhé aneb mocenské spory).

V současné době začíná proces zkoumání a eliminace návrhů tak, aby se vybralo co nejkvalitnější řešení, které by se mohlo stát normou. Mezi návrhy samozřejmě nechybí konkurenční řešení společností jako Atheros Communications Inc., Broadcom Corp., Intel Corp., Sony Corp. a Texas Instruments Inc.. A už teď se zdá, že účastníci normalizačního klání se rozdělili do dvou podobně silných táborů.

Možná řešení 802.11n

Airgo, jako pionýr technologie MIMO (Multiple-Input Multiple-Output), se spojil s dalšími společnostmi jako Broadcom, Conexant, Mitsubishi, Motorola, STMicroelectronics a Texas Instruments, a vzniklo tak konsorcium World Wide Spectrum Eficiency (WWiSE). MIMO-OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) vlastně využívá jinak nepříjemného principu více cest signálu pro zvýšení propustnosti. Tento přístup se používá ve většině návrhů pro 802.11n, které se pak ale liší v dalších detailech. Řešení WWiSE zřejmě bude používat 4×4 MIMO s prostorovým multiplexem 20 MHz kanálů.

Atheros, vedoucí druhý tábor, pracuje na řešení pro propustnost až 500 Mbit/s, založeném na technologii MIMO, a především na kanále o šířce 40 MHz (pro zpětnou slučitelnost se stávajícími WLAN by se ale přešlo na 20 MHz). Anténa 2×2 MIMO by díky dvěma vysílačům a dvěma přijímačům mohla podporovat rychlost 250 Mbit/s a volitelné řešení 4×4 MIMO pak zmíněných 500 Mbit/s. 40 MHz kanál preferuje podskupina 802.11n pod vedením Atheros, TGn Synch, sdružující dále např. Intel, Sony, Matsushitu, Nokii nebo Philips. Odpůrci TGn Synch ovšem zase tvrdí, že 40 MHz kanál sice zvýší propustnost, ale na úkor celkové kapacity systému a rušení. TGn diskutuje ovšem více různých řešení: prosté slučování kanálů, formování paprsku (beam forming) nebo obří (jumbo) pakety.

Návrh WWiSE jeho odpůrci označují jako nepřijatelný, protože prý nesplňuje požadavek IEEE na přístup k potřebným patentům typu RAND-Z (Reasonable And Non-Discriminatory-Zero Licensing), neboť předkladatelům jde pochopitelně o zdroj příjmů.

Podle belgické společnosti IMEC (Interuniversity Microelectronics Center) se může pro 802.11n využít kombinace SDM (Spatial Division Multiplexing), SDMA (Spatial Division Multiple Access) a STBC (Space-Time Block Coding). Jejich technologie je neutrální a mohou ji použít oba tábory jak pro flexibilní multiplexování 20 MHz kanálů, tak pro spektrálně výkonný jeden 40MHz kanál.

Obě skupiny pilně diskutují již teď mezi svými členy např. o koncentraci na kmitočtové pásmo: TGn se zřejmě soustředí jen na pásmo 5 GHz, zatímco WWISE zatím váhá, zda se zaměří na 5 GHz nebo 2,45 GHz.

Multiple In, Multiple Out: MIMO

Antény na bázi MIMO jsou tzv. chytré antény (smart). MIMO původně vyvinuli v Bell Labs v 70. letech a první systémy se už vyzkoušely ve firemních řešeních (např. pro prodloužení dosahu WLAN), ale teprve teď se začíná uvažovat o jejich využití i v otevřených bezdrátových technologiích.

MIMO pracuje na bázi vysílání několika signálů různými cestami, prostřednictvím více antén u vysílače a přijímače. Propustnost se pak úměrně zvyšuje s počtem antén. Teoreticky je tak možné přidáváním antén stále propustnost zvyšovat, prakticky se ale zatím uvažuje o čtyřech anténách pro vnitřní prostředí a menší dosah a 16 anténách pro metropolitní vysílání.

Algoritmy uplatněné v čipové sadě vysílače vysílají informace jednotlivými anténami. Signály se odrážejí od překážek a šíří se různými cestami, což v konvenčních systémech může vést k rušení a útlumu signálu (multipath distortion). V MIMO se však prostřednictvím více cest získává na propustnosti celého přenosového systému. Na straně přijímače jsou přijaté signály přijaty více anténami a zkombinovány prostřednictvím chytrých algoritmů: na základě matice manipulace specifikující zpracování signálu (podle cesty a příslušného útlumu) a detekce cesty, kterou signál přišel, se signály korelují (a současně se „vyruší“ rušení). MIMO systémy si také mohou pro větší spolehlivost vybrat ty antény, které zajistí nejčistší signál.

MIMO přísluší k nejnižší, tedy fyzické vrstvě přenosového systému, takže jej lze uplatnit prakticky pro jakýkoli bezdrátový přenosový protokol vyšší vrstvy. Buď se dá použít pro zvýšení přenosové kapacity díky paralelnímu vysílání (o což jde u 802.11n), nebo pro podporu více uživatelů či překonání větší vzdálenosti.

Airgo v loňském roce přišel s první plně MIMO implementací pro WLAN, kdy použil tři antény na vysílací straně a tři na příjmu. Letos chce firma přijít na trh s MIMO čipy pro WLAN karty. Čipy by měly v prvopočátcích zvednout náklady na WLAN kartu o 20 dolarů. Broadcom se také letos chystá přijít na trh se svým firemním řešením. Firemní řešení samozřejmě mohou mít problémy se vzájemnou spoluprácí produktů od jiných výrobců.

MIMO ale stále čeká na rozsáhlé ověření v praxi, v reálných podmínkách, zejména pro mobilní uzly, kde se vlastnosti přenosového kanálu často mění. Pro široké uplatnění je mimo jiné potřeba vyřešit záležitosti kolem energetické náročnosti a celkových nákladů. Tam, kde se díky MIMO sníží počet potřebných základnových stanic, se vyšší náklady na WLAN karty pokryjí. V ostatních případech je nejdříve třeba dosáhnout výrazného snížení nákladů. Zatím se tedy neočekává uplatnění MIMO v malých domácích nebo podnikových sítích, ale bude zajímavé ve větších sítích WLAN, potřebujících vyšší kapacitu.

MIMO má navíc konkurenci ve firemních řešeních, např. ArrayComm nasazuje svůj systém do základnových stanic mobilních sítí v Japonsku a Číně. Nicméně princip MIMO je již součástí normy 802.16d pro metropolitní přístupové sítě a zvažuje se také v 3GPP (Third Generation Partnership Project) do budoucích mobilních sítí.

Běh na krátkou trať

Buďme optimisti: Pokud vše půjde hladce a nedojde k redukci 61 současných návrhů na dva neslučitelné, podobně jako u 802.15.3a, otevřená specifikace 802.11n superrychlé WLAN by mohla být na světě do roku 2006. Firemní nabídka bude na trhu ovšem již v příštím roce.

Anketa

Kdy nebude MIMO ve WLAN "mimo", ale "in"?

Našli jste v článku chybu?

22. 7. 2004 16:35

Zdenek Pavlas (neregistrovaný)
Nojo, mate pravdu. Dukaz tvrzeni ze text, vyvedeny BOLDEM a uvnitr CERVENEHO ramecku, stava se neviditelnym :)

21. 7. 2004 19:28

Michal Krsek (neregistrovaný)
Jmeno je, krome prehledu clanku, take vedle nadpisu clanku v pravem sloupci :-)
DigiZone.cz: Mňam TV splnila slib a odešla z DVB-T

Mňam TV splnila slib a odešla z DVB-T

Měšec.cz: Kdy vám stát dá na stěhování 50 000 Kč?

Kdy vám stát dá na stěhování 50 000 Kč?

Vitalia.cz: To není kašel! Správná diagnóza zachrání život

To není kašel! Správná diagnóza zachrání život

Podnikatel.cz: Přehledná titulka, průvodci, responzivita

Přehledná titulka, průvodci, responzivita

Root.cz: Nová třída SD karet A1 s vysokým výkonem

Nová třída SD karet A1 s vysokým výkonem

Měšec.cz: Platby do zahraničí: pozor na tučné poplatky

Platby do zahraničí: pozor na tučné poplatky

Měšec.cz: Vklad na cizí účet je draze zpoplatněn (přehled)

Vklad na cizí účet je draze zpoplatněn (přehled)

Podnikatel.cz: Babiše přesvědčila 89letá podnikatelka?!

Babiše přesvědčila 89letá podnikatelka?!

Vitalia.cz: Tesco: Chudá rodina si koupí levné polské kuře

Tesco: Chudá rodina si koupí levné polské kuře

Podnikatel.cz: Přivýdělek u Airbnb nebo Uberu? Čekejte kontrolu

Přivýdělek u Airbnb nebo Uberu? Čekejte kontrolu

Vitalia.cz: Manželka je bio, ale na sex moc není

Manželka je bio, ale na sex moc není

Měšec.cz: Zdravotní a sociální pojištění 2017: Připlatíte

Zdravotní a sociální pojištění 2017: Připlatíte

Vitalia.cz: Naučí vás péct kváskový chléb bez lepku i s lepkem

Naučí vás péct kváskový chléb bez lepku i s lepkem

Lupa.cz: Google měl výpadek, nejel Gmail ani YouTube

Google měl výpadek, nejel Gmail ani YouTube

Podnikatel.cz: Na poslední chvíli šokuje vyjímkami v EET

Na poslední chvíli šokuje vyjímkami v EET

Vitalia.cz: Pravda o přibírání na zimu

Pravda o přibírání na zimu

Podnikatel.cz: Pozor, pojišťovny mění čísla účtů

Pozor, pojišťovny mění čísla účtů

DigiZone.cz: Milan Kruml: procházka TV historií

Milan Kruml: procházka TV historií

Lupa.cz: UX přestává pro firmy být magie

UX přestává pro firmy být magie

Vitalia.cz: Chtějí si léčit kvasinky. Lék je jen v Německu

Chtějí si léčit kvasinky. Lék je jen v Německu