Draadloze technologie stuit op muren

Richtantennes krijgen voorname rol bij verhogen bandbreedte

Draadloos netwerken is tegenwoordig een gegeven, maar er zijn hobbels.

Draadloos netwerken is tegenwoordig een gegeven, maar er zijn hobbels.

Muren vormen een van de grootste problemen bij het opvoeren van de bandbreedte van draadloze netwerken. Een nieuw onderzoeksinstituut in Eindhoven gaat proberen deze barrière te slechten en zoekt en passant ook naar mogelijkheden voor energiebesparing.

De nabije draadloze toekomst laat zich al enigszins uittekenen. Er zijn ruwweg drie lijnen, die corresponderen met de afstand waarover de communicatie moet plaatsvinden. Voor de korte afstand wordt Bluetooth doorontwikkeld, al zijn er ook enkele concurrenten. Die zijn echter met name ontworpen voor zeer laag energieverbruik, meestal om netwerken van sensoren met elkaar te verbinden.

Voor afstanden tot enkele tientallen meters kan Wi-Fi nog wel enkele jaren mee. Voor de langere afstand gaat het tussen WiMAX, afkomstig uit de computerwereld, en nieuwe generaties mobiele telefonie. Casema begon vorig jaar een WiMAX-proef in Brabant, terwijl Worldmax Amsterdam tot testterrein uitriep. Klanten van KPN kunnen sinds februari van dit jaar snel uploaden via hun mobieltje dankzij HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access). Snel downloaden was al langer beschikbaar.

De ontwikkeling voor de verdere toekomst laat zich raden. "Computers en mobieltjes kunnen steeds sneller rekenen en steeds meer data opslaan. Dus willen mensen ook sneller en meer data transporteren", zegt prof.dr.ir. Peter Baltus. Hij is hoogleraar aan de TU Eindhoven en directeur van het onlangs opgerichte Centre for Wireless Technology aan die universiteit (zie kader Centre for Wireless Technology). "Draadloze technologie wordt de komende tien jaar de bottleneck voor datatransport, als we geen doorbraak bereiken."

Richten

Nieuwe soorten antennes zijn nodig om hogere snelheden te halen, op langere afstanden of juist door muren heen.

Nieuwe soorten antennes zijn nodig om hogere snelheden te halen, op langere afstanden of juist door muren heen.

"Er zijn nu al capaciteitsproblemen", vertelt Baltus. "De bandbreedtes onder vijf gigahertz zitten zo vol dat interferentie een serieus probleem is. Ook vanwege de gewenste hogere datasnelheden moet je naar hogere frequenties toe. Wij bestuderen momenteel de zestig GHz band. Alleen kom je daarmee niet meer door muren heen, tenzij je het vermogen fors opvoert. Dan wil je echter niet meer in dezelfde ruimte zitten als de apparatuur."

De brute force methode om dat probleem aan te pakken is iedere ruimte in huis of op kantoor voorzien van een antenne. Dat is in nieuwbouw een optie, maar in bestaande gebouwen is het lastiger. Kantoren hebben vaak al een netwerk, waarop de antennes kunnen worden aangesloten, maar particulieren hebben het niet zo op gaatjes boren. Dat is juist een van de redenen waarom nu al zoveel draadloze netwerken gebruikt worden, terwijl de datasnelheid achterblijft bij wat de adsl-lijn biedt.

De andere optie is om toch te proberen het signaal door de muur te krijgen. Daarvoor zijn verschillende oplossingen denkbaar. De huidige generatie antennes is multidirectioneel: het signaal waaiert alle kanten uit. Als je hem richt, kun je met hetzelfde vermogen verder komen. Daar komt bij dat antennes kleiner kunnen zijn naarmate de frequentie van het signaal hoger wordt. Tot op heden wordt dit gegeven gebruikt om steeds kleinere apparaten te maken, maar je zou ook kunnen besluiten de antenne even groot te houden en de winst te gebruiken om hogere, gerichte vermogens uit te zenden.

In dat scenario krijgt iedere kamer een router annex repeater, die zorgt dat het signaal door de muren heen naar de juiste ruimte wordt gebracht. De antenne moet daarvoor wel stuurbaar zijn en het vergt de nodige slimme regeltechniek om ervoor te zorgen dat ze op het juiste moment in de goede richting zendt en luistert.

Nijpend

Simpele muren vereisen complexe oplossingen voor draadloos verkeer op hoge snelheden.

Simpele muren vereisen complexe oplossingen voor draadloos verkeer op hoge snelheden.

Baltus kent nog genoeg andere technische uitdagingen die zijn instituut de komende jaren bezighouden om datatransport met hoge snelheid mogelijk te maken: "We zullen ook verschillende signalen door één antenne moeten sturen en verschillende typen antennes tot één geheel combineren. Bij zestig GHz moet je bovendien de antenne integreren op de signaalverwerkingschip. Anders wordt het erg lastig om alle datapakketjes op een nette manier tussen chip en antenne te versturen. Zeker als één zo'n chip honderd geïntegreerde antennes moet aansturen."

Met zoveel antennes ligt uiteraard weer interferentie op de loer. Om de signalen uit elkaar te houden, helpt richten wel weer. Baltus' onderzoeksgroep probeert deze ideeën overigens ook uit op Wi-Fi, omdat interferentie daar immers een nijpend probleem aan het worden is. "Dat het kan, staat buiten kijf. Maar de vraag is of het ook kan zonder dat de hardware te duur wordt."

Hoge snelheden met richtantennes liggen over een jaar of vijf in het verschiet, zo voorspelt de roadmap die voor draadloze systemen is opgesteld (zie het kader Route naar supersnel draadloos). Voor de periode daarna zijn weer nieuwe technieken nodig. Een van de mogelijkheden is optisch door de lucht, dat wil zeggen met een infrarood laser van het ene punt naar het andere. Hiermee valt een hoge capaciteit te halen over afstanden van vele kilometers, maar het nadeel is dat je goed moet mikken en dat er niets tussen zender en ontvanger mag komen. Bovendien is  bij buitengebruik het weer van invloed. Er zijn al wel systemen leverbaar, maar de mogelijkheden voor verbetering zijn nog legio. Lucent geldt als de pionier op dit terrein.