Frekvencije u urbanom okruženju

Već dugo govorimo da je Wi-Fi komunikacija prevazišla frekvenciju 2.4 GHz, a opet ta „prastara“ frekvencija i dalje dominira. Da li su razlog samo stariji uređaji ili ona ipak ima svoje prednosti?

Zašto neki ostaju na 2.4 GHz iako mogu da pređu na 5? I da li nam ipak uskoro sledi velika tranzicija? Bežični Wi-Fi interfejs je u poslednjih petnaestak godina odigrao značajnu ulogu u razvoju mobilnosti i postao jedan od osnovnih načina povezivanja IT uređaja sa Internetom. U komunikaciji mobilnih telefona Wi-Fi igra značajnu, a u laptopima, tabletima i IoT uređajima osnovnu ulogu.

2.4… ili više

Wi-Fi komunikacija se može obavljati na različitim frekvencijama, ali se zbog svojih karakteristika i pristupačnosti najviše koristi opseg na 2,4 GHz. Frekvencije u tom opsegu su otporne na neke fizičke prepreke, za razliku od onih viših, gde je optička vidljivost između antena neophodna. Korišćenje tog opsega ne zahteva dozvolu regulatornog tela, pa ga za komunikaciju, osim Wi-Fi uređaja, koriste i neki modeli alarma, audio-video uređaja, DECT telefona, RF periferija za PC, Bluetooth, dečje igračke, mikrotalasne rerne…

Čak i kada bi se te frekvencije (2400-2483,5 MHz) koristile samo za Wi-Fi komunikaciju, povećanje broja uređaja (koje je neizbežno u urbanom okruženju) dovodi do zagušenja. Još jedna mana Wi-Fi komunikacije u opsegu na 2,4 GHz jeste organizacija kanala koji se preklapaju, pa jak signal s jednog utiče na okolne.

Peta generacija Wi-Fi interfejsa „zauzela“ je 5 GHz opseg, dok su za rad na 2,4 GHz ostale su specifikacije iz četvrte generacije (802.11n). Utisak da se Wi-Fi industrija okreće drugim frekvencijama i odustaje od zagušenih ne stoji kada se radi o proizvođačima Wi-Fi opreme za pametnu kuću. Većina novih modela pametnih prekidača i sijalica, kao i Arduino i ESP razvojnih modula, i dalje koriste 2.4 GHz opseg, a u primeni su i nezavisna rešenja koja unapređuju komunikaciju.

DJI O3 je primenjen na modelu FPV drona koji je prvenstveno namenjen za akciono dočaravanje iskustva brzog letenja iz prvog lica

Dron ne sme da čeka

Digitalni prenos video-signala je poboljšao kvalitet prikaza, ali je i doveo do kašnjenja, koje može da ima negativan učinak na neke delatnosti. Kašnjenje, recimo, slike s drona osobi koja upravlja otežava pravovremenu reakciju. Za FPV letenje dronovima iz prvog lica (First-person view) najpre su korišćeni analogni primopredajnici gde je dron emitovao signal s kamere, a pilot gledao prikaz na ekranu ili VR naočarama bez kašnjenja. Analogni sistemi imaju dve krupne mane: smetnje i malu rezoluciju.

U procesu minimalizacije kašnjenja kod digitalnog prikaza značajnu ulogu je odigrala kineska kompanija DJI, najveći proizvođač komercijalnih dronova, koja je razvila svoje sisteme prenosa podataka Li GHtbridge i OcuSync. Ova dva sistema koriste 2,4 i 5 GHz opsege uz poseban način „pakovanja“ podataka. Li GHtbridge zavisi od primenjenih hardverskih rešenja, pa ga je teško nadograđivati, za razliku od OcuSync-a koji je prvi put primenjen na modelu Mavic Pro.

Prva verzija OcuSync-a je koristila opseg na 2,4 GHz i omogućila je prenos u HD rezoluciji 720p na razdaljini do 7 km uz kašnjenje od svega 160 do 170 milisekundi. Bilo je moguće koristiti i rezoluciju od 1080p, ali na kratkoj razdaljini, pa se slabljenjem signala automatski prelazilo na 720p. Sistem je dozvoljavao korišćenje više kontrolera i naočara (Goggles) tokom leta, ukupno četiri.

OcuSync se razvijao, dodavane su različite mogućnosti poput korišćenja 5,8 GHz opsega i automatskog odabira opsega i kanala (u zavisnosti od zauzeća, što se menja kada dron ulazi u domet različitih pristupnih tački koje signalom utiču na vezu). S drugom verzijom 1080p prikaz je postao stabilniji, a DJI O3 sa 60 frejmova u sekundi i kašnjenjem od 68 ms nalazi primenu i kao primopredajno rešenje za kontrolu kamera i gimbala (nosača-stabilizatora za kamere) na snimanju na otvorenom prostoru. DJI O3 je primenjen na modelu FPV drona koji je prvenstveno namenjen za akciono dočaravanje iskustva brzog letenja iz prvog lica. Kod ovog modela primena naočara je najatraktivnija (120 frejmova u sekundi, u 810p rezoluciji, s kašnjenjem 28-40 ms), kao i upravljača sa žiroskopom koji se koristi jednom rukom. Poboljšanja prenosa su postizana pojačavanjem signala i dodavanjem DFS frekvencija, ali je u osnovi ostalo korišćenje Wi-Fi tehnologije uz OFDM kodiranje video-podataka i FHSS nasumično menjanje frekvencije preko koje se prenose podaci za kontrolu drona.

Štednja energije

Još jedan način korišćenja 2,4 GHz opsega u komunikaciji odoleva trendu uvođenja „novih“ frekvencija. Primopredajnik kompanije Nordic Semiconductor nRF24L01+ koristi se za komunikaciju između Arduino razvojnih modula, a glavni adut mu je mala potrošnja energije – 26 µA u stanju mirovanja i 13,5 mA prilikom komuniciranja. Radni napon modula je od 1,9 V do 3,6 V, a ostali pinovi se mogu povezati direktno, pošto su tolerantni na napon od pet volti.

Većina novih modela pametnih prekidača i sijalica, kao i Arduino i ESP razvojnih modula, i dalje koriste 2.4 GHz opseg

Širina kanala u opsegu 2400-2525 GHz je nešto manja od 1 MHz, što omogućava komunikaciju kroz 125 kanala, od kojih je svaki podeljen na šest paralelnih kanala koji se nazivaju cevi za podatke (data pipes). Svaka cev za podatke ima svoju jedinstvenu adresu koja se zove adresa cevovoda podataka. Samo jedna cev podataka može primiti paket u isto vreme.

Brzina prenosa je svega 250 kbps i 1 Mbps, ali se ona odabirom širine kanala od 2 MHz povećava na 2 Mbps. Iako naizgled male, takve brzine su sasvim dovoljne za protok informacija o stanju senzora ili prenos komande za uključivanje/isključivanje releja. Za prenos podataka se koristi GFSK modulacija koja se primenjuje i kod Bluetooth i DECT komunikacije. Po specifikacijama, domet nRF24L01+ je 100 metara u okruženju bez prepreka, a u praksi manje, pa je opcija upotreba verzije nRF24L01+ PA LNA. Ta verzija ima RFX2401C čip i SMA konektor za antenu, što će povećati domet u idealnim uslovima na 1000 metara.

Wi-Fi komunikacija u opsegu na 2,4 GHz je zastarela samo u situacijama kada je potrebna veća brzina komunikacije u urbanim sredinama

Wi-Fi komunikacija u opsegu na 2,4 GHz je zastarela samo u situacijama kada je potrebna veća brzina komunikacije u urbanim sredinama. Tada je rešenje korišćenje novih Wi-Fi 5 i Wi-Fi 6 rutera i viših frekvencija za brzi prenos podataka (gledanje video-materijala ili online igranje s manjim kašnjenjem). Novi modeli rutera imaju i podršku za zasebne pristupne tačke (SSID-ove) za uređaje koji koriste 2,4 GHz frekvencije i koje za manje intenzivnu komunikaciju i ne treba menjati.

Autor: Jovan Mirović