Ongekende datasnelheden met de 60 GHz-band

De 60 GHz-band is licentievrij. Waarom?
"In deze band is de absorptie van de radiosignalen door zuurstofmoleculen in de lucht zo hoog, dat communicatie over grotere afstanden dan twee kilometer niet mogelijk is. De Internationale Telecommunicatie Autoriteit (ITU, red.) heeft dit spectrum, dat overigens loopt van 57 tot 65 GHz, daarom vrijgegeven voor lokaal gebruik."

Hoe is het mogelijk dat hoge snelheden kunnen worden gehaald in deze band?
"We hebben de beschikking over 8 GHz bandbreedte, waardoor we simpelweg meer ruimte in het spectrum hebben om data te versturen. Bovendien maken we gebruik van slimme transmissietechnieken, waardoor we de capaciteit nog verder omhoog kunnen krijgen."

Wat is de maximumsnelheid van deze techniek?
"Dat is niet precies te zeggen. De maximum bruto doorvoersnelheid ligt rond de 2 Gbps in het radioverkeer. Voor de eigenlijke toepassingen zal dit lager komen te liggen, vanwege de benodigde overhead voor foutcorrecties et cetera. Het is moeilijk te zeggen wat voor snelheden uiteindelijk voor de gebruiker zullen overblijven, maar vele honderden megabits per seconde zijn zeker mogelijk."

Wat is de relatie tussen het WiComm-project en het onderzoek naar de 60 GHz-band?
"Binnen het WiComm-project worden radiochips ontwikkeld. De processen voor het vervaardigen van zulke chips maken het mogelijk steeds kleinere details te produceren. Dat is niet alleen fijn voor het aantal transistoren op zo'n uiterst kleine chip, er kunnen bovendien ook alsmaar hogere frequenties mee worden bereikt. Voor het standaard 0.18 micron-CMOS - 180 nm - is dat 50 GHz. Dit verdubbelt bij halvering van de kleinste chipdetails. Momenteel zitten we op 90 nm, waarmee dus frequenties tot zo'n 100 GHz mogelijk zijn. En het houdt niet op: de nieuwe generatie van 65 nm zal in 2007 in massaproductie gaan, gevolgd door 45 nm in, naar verwachting, 2009 en 32 nm in 2010."

Zijn er op dit moment alternatieve ontwikkelingen?
"Er wordt gewerkt aan een nieuwe loot aan de WiFi-stam. De 802.11-standaarden van de Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE, red.) die iedereen inmiddels kent als draadloos netwerk met een maximale doorvoer van 54 Mbps, zal binnen afzienbare tijd worden uitgebreid met de zogeheten MIMO-techniek. Deze werkt met meerdere verbindingen tegelijk - Multiple Input Multiple Output - waardoor de capaciteit kan stijgen tot enkele honderden Mbps bruto. In de winkel zullen die producten straks te herkennen zijn aan de aanduiding 802.11n, de door de IEEE vastgestelde classificatie.
Een andere mogelijke concurrent is de Ultra Wide Band-techniek. Deze werkt in een brede frequentieband, van 3 tot 10,5 GHz. Groot nadeel van deze techniek is dat de telecommunicatieautoriteiten het maximaal toegestane vermogen hebben beperkt, vanwege mogelijke storingen naar andere gebruikers in dit spectrum. WiFi volgens de IEEE 802.11a standaard zit bijvoorbeeld in dezelfde frequentieband."

Heeft de 60 GHz-band dan geen nadelen?
"Zeker wel. Het grootste probleem is dat 60 GHz-radiosignalen moeilijker door obstakels als binnenmuren gaan en moeilijker om obstakels heenbuigen. Dat beperkt de reikwijdte tot enkele meters, zoals bij Bluetooth. Maar dit nadeel is tegelijkertijd een voordeel, want hierdoor is het wel mogelijk dezelfde frequentie tegelijkertijd in naast elkaar gelegen ruimtes te gebruiken.
Door de hogere frequenties is het sowieso al moeilijker om een bit nog goed en betrouwbaar over te zenden, doordat de vermogensoverdracht van zend- naar ontvangstantenne minder is wanneer de antennes geen extra richtwerking hebben. In het WiComm-project wordt daarom gekeken naar de mogelijkheden van richtantennes. Deze kijken specifiek in de richting waaruit het vermogen komt en werken tevens als een filter voor storende signalen uit andere richtingen."

Welke toepassingen ziet u voor 60 GHz-technologie?
"Een aantrekkelijke toepassing is bijvoorbeeld draadloos HDTV. De verbinding tussen de dvd-speler en het plasmascherm aan de muur wordt dan gevormd door een WiComm-verbinding. De huidige interface, de HDMI-kabel en -connector zijn nog erg duur. Een vergelijkbare verbinding met aan beide kanten één enkele chip is vele malen goedkoper. De capaciteit is belangrijk; de informatie op een dvd kan in slechts enkele seconden worden overgezonden bij zulke snelheden. Een andere voor de hand liggende toepassing is draadloos Gigabit Ethernet."

Wat komt er na de 60 GHz-technologie? Kunnen er nog hogere snelheden worden bereikt?
"Een stap naar nog hogere snelheden is zeker denkbaar door toepassing van nog meer verfijnde antennetechnieken en transmissiemethoden. Ook de combinatie van 60 GHz met MIMO ligt voor de hand. Transmissiesnelheden in de orde van 10 Gbps liggen dan in het verschiet."

Radiokanaalmetingen en antenneonderzoek
Voor het WiComm-project doet dr. ir. Peter Smulders tweeledig onderzoek. Zijn team onderzoekt de eigenschappen van het 60 GHz-radiokanaal. Het precies in kaart brengen van de kanaalkarakteristieken is noodzakelijk om de transmissiemethoden optimaal aan te passen aan de hebbelijkheden en onhebbelijkheden van het radiokanaal.
Daarnaast wordt uitgezocht op welke wijze het verzenden en ontvangen van de datastroom het beste kan plaatsvinden. Dit komt neer op het ontwerpen van speciale signaalbewerkingsalgoritmen die ervoor moeten zorgen dat behalve de hoge transmissiesnelheid de betrouwbaarheid van de ontvangst ook goed is. Van belang is daarbij dat de complexiteit van die algoritmen, en daarmee de implementatiekosten, acceptabel zijn. Samengevat, is hèt doel van Smulders' team om een zo groot mogelijke doorvoercapaciteit in de 60 GHz-band te bewerkstelligen.