Budowa routera
Współczesne moduły nadawczo-odbiorcze to wielozadaniowe układy scalone, w których implementuje się wszystkie niezbędne technologie i funkcje, które są potrzebne do wdrożenia kompletnego, bezprzewodowego podsystemu zgodnego ze specyfikacją 802.11ac. Są to zarówno funkcje radiowe, związane z modulacją i demodulacją sygnału, zarządzaniem pasmami radiowymi, kanałami, jak i sterujące, odpowiedzialne za nawiązywanie połączeń, sterowanie pakietami danych czy powtarzaniem transmisji. Co więcej, chip taki może zawierać kilka modułów nadawczo-odbiorczych, dzięki czemu upraszcza się konstrukcja routera.
Za przykład niech posłuży seria układów scalonych z rodziny Broadcom BCM4360x. Kości te zawierają trzy niezależne, dwuzakresowe moduły nadawczo-odbiorcze, mogące współpracować z antenami w konfiguracji 3x3. Oznacza to, że montując tylko jeden taki chip, otrzymamy od razu router klasy AC1200 – jeden moduł odpowiada w nim za transmisję w paśmie 5 GHz (867 Mb/s), a dwa obsługują pasmo 2,4 GHz (łącznie 300 Mb/s). Korzystając z trzech takich kości, firma D-Link zbudowała jeden z najszybszych obecnie routerów – D-Link DSL-5300 COBRA AC5300. Wszystkie trzy moduły nadawczo-odbiorcze z dwóch układów obsługują w nim pasmo 5 GHz, a jedna kość w całości steruje pasmem 2,4 GHz.
Ostatnim elementem routera jest procesor sieciowy (ang. network processor). To on odpowiada za kontakt z siecią przewodową (obsługuje wbudowany przełącznik sieci Ethernet), internetem, a także steruje wbudowanymi w router portami USB, pamięcią, diodami oraz wszelkimi usługami i wgranymi na stałe aplikacjami, w tym zintegrowanym serwerem WWW. Dzięki niemu można łatwo i szybko, za pomocą zwyklej przeglądarki internetowej, skonfigurować router, korzystając zarówno z połączenia przewodowego, jak i bezprzewodowego. Wszystkie informacje z modułów nadawczo-odbiorczych trafiają do procesora sieciowego. To on decyduje o tym, które dane mają być przez nie wysłane w eter i trafić do odpowiednich podłączonych do sieci Wi-Fi komputerów.
MIMO, czyli transmisja wieloantenowa
Technologia MIMO (Multipe Input Multiple Output) i jej nowsza odmiana MU-MIMO (Multi User MIMO) to system wykorzystujący możliwość jednoczesnego wysyłania i odbierania wielu strumieni danych (co odpowiada wielu wiązkom radiowym) pomiędzy parą komunikujących się ze sobą urządzeń bezprzewodowych. Technologia ta weszła do użytku w sieciach Wi-Fi w 2007 roku, wraz z pojawieniem się na rynku standardu IEEE 802.11n.
Router korzystający z technologii MIMO dzieli przekazywaną informację na kilka strumieni danych (ich liczba odpowiada liczbie wykorzystywanych do nadawania anten), które następnie są wysyłane za pomocą tychże anten pracujących na tym samym kanale. Urządzenie odbierające przechwytuje wszystkie składowe wiązki, a następnie na podstawie dodanych podczas nadawania odpowiednich sygnatur łączy ze sobą dane w całość.
Każda używana w technologii MIMO antena podłączona jest do innego, działającego równolegle nadajnika lub odbiornika i transmituje bądź odbiera sygnał o nieco przesuniętej względem siebie, ale mieszczącej się w szerokości kanału częstotliwości – w sieciach Wi-Fi wynosi ona 20 MHz. Innymi słowy, zamiast jednej transmisji na kanale o szerokości 20 MHz można, korzystając z dwóch anten, czyli systemu 2x2 (po dwie anteny odbiorcze i nadawcze), wyemitować dwa sygnały w pasmach o szerokości 10 MHz. Mając cztery anteny (system 4x4), można nadać cztery sygnały po 5 MHz każdy itd.
Wprowadzona wraz ze standardem 802.11ac technologia MU-MIMO wykorzystuje dodatkowo formowanie wiązki (ang. beamforming). Dzięki temu wiązki sygnałowe kierowane są bezpośrednio do bezprzewodowego odbiornika. W ten sposób z routerem może komunikować się jednocześnie kilka urządzeń, nie zakłócając siebie nawzajem.
Hedy Lamarr – hollywoodzka gwiazda, której zawdzięczamy Wi-Fi
Współczesne routery nie osiągałyby takiej prędkości transmisji danych, gdyby nie technologia FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum). Metoda ta w istotny sposób zmniejsza ryzyko zakłócenia sygnału radiowego, przez co pozwala właśnie na kilkukrotny wzrost prędkości przesyłania danych. Co ciekawe, podwaliny takiego połączenia opracowała pochodząca z Austrii hollywoodzka gwiazda filmu z lat 40. – Hedy Lamarr, a właściwie Hedwiga Kiesler.
W czasie II wojny światowej ze względu na swoje umiejętności, wiedzę i znajomości, które zdobyła jeszcze przed opuszczeniem Europy, pomagała w pracach związanych z programem bezpiecznego naprowadzania torped drogą radiową. Chodziło o to, aby przeciwnik nie mógł zakłócić łączności i przejąć sterowania nad poruszającym się w wodzie pociskiem.
Lamarr zaproponowała rozproszenie nadawanej drogą radiową informacji w taki sposób, aby jej fragmenty były nadawane na różnych, zmienianych co chwilę częstotliwościach. Dokładnie w ten sposób, w ramach wykorzystywanego przez router kanału o szerokości 20 MHz, przesyłana jest informacja w sieciach Wi-Fi. Z technologii FHSS korzysta także telefonia komórkowa.
