We gebruiken wifi zo vaak, dat we er niet bij stilstaan dat de technologie oorspronkelijk een ware innovatie was. Hoe ontvangt je laptop draadloos data?

Wie na een lange reis aankomt in zijn hotel is vaak slechts in één ding geïnteresseerd: het wifiwachtwoord. Eenmaal je dit paswoord hebt ingevoerd, kan je geruststellende berichten en enkele vroege vakantiefoto’s richting het thuisfront sturen. Deze data lijkt op magische wijze van je smartphone of laptop doorheen het universum te reizen richting je familie en vrienden. In je toestel zit echter apparatuur verborgen die ervoor zorgt dat je data op een bedraad netwerk kan belanden. Via een wereldwijd netwerk van kabels zal je bericht in je thuisland terechtkomen. Naar gelang het toestel waarmee je familie je bericht wilt bekijken, zal de data wederom de oversteek maken naar de draadloze wereld om uiteindelijk op zijn bestemming aan te komen.

Elektromagnetisme

Net zoals bij vele andere toepassingen wordt er bij een draadloos netwerk gebruik gemaakt van elektromagnetisme. Het elektromagnetisch spectrum bestaat uit straling van verschillende energieniveaus per foton, waaronder zichtbaar licht. Straling met een lager energieniveau heeft een grotere golflengte dan straling met een hoger energieniveau per foton. Deze variabele eigenschappen zorgen ervoor dat de verschillende stralingsniveaus verschillende toepassingen hebben.

elektromagnetisme
De verschillende types signalen in het elektromagnetisch spectrum worden voor verschillende toepassingen gebruikt.

Het type straling dat voor wifi wordt gebruikt, zijn radiogolven. Deze golven hebben een frequentie tussen 3 kHz en 300 GHz en een golflengte groter dan infrarood licht. Zoals de naam doet vermoeden, worden radiogolven eveneens veelvuldig ingezet bij radiocommunicatie, al wordt voor deze toepassing lagere frequenties gebruikt. Wifisignalen worden op 2,4 GHz of 5 GHz uitgestuurd.

Antennes

Om een wifinetwerk op te zetten dien je over minstens twee antennes te beschikken. Je router zal via zijn antenne radiosignalen in de 2,4 GHz- of 5 GHz-band uitsturen, terwijl een antenne, verstopt in je laptop, deze kan opvangen. Aan de zenderkant zullen radiogolven worden gecreëerd door elektrische stroom naar een antenne te laten lopen. De elektronen zullen lichtjes vibreren, waardoor radiogolven worden gecreëerd. Deze golven zullen in een rechte lijn doorheen de lucht bewegen aan de snelheid van licht. Bij de ontvanger gebeurt net het omgekeerde. De radiogolven zullen ervoor zorgen dat de elektronen op een antenne gaan vibreren, waarna elektrische stroom ontstaat. Deze stroom wordt omgevormd tot een binair signaal, waardoor je laptop het kan uitlezen.

Wifistandaarden

Het Institute of Electrical and Electronics Engineers heeft een standaard gemaakt waaraan bovenstaand proces moet voldoen, IEEE 802.11 genaamd. Tot deze standaard behoren verschillende variaties, gaande van 802.11b uit de vorige eeuw tot het recentere 802.11ac. In deze standaard worden de specificaties voor het implementeren van een draadloos lokaal netwerk beschreven. De basisversie van de standaard werd al in 1997 uitgerold en heeft over de jaren heen verschillende verbeteringen en aanpassingen ondergaan.

IEEE 802.11n is momenteel de meest gebruikte versie van de wifistandaard. Het werd in 2009 uitgerold en werkt zowel in de 2.4 GHz- als 5 GHz-band, alhoewel dit laatste optioneel is. 802.11n kan een maximumsnelheid halen van 450 Mbps en is de eerste versie van de wifistandaard die ‘multiple input multiple output’ (MIMO) ondersteunt. Bij deze techniek wordt gebruik gemaakt van verschillende antennes, waardoor verschillende signalen op hetzelfde moment ontvangen of uitgestuurd kunnen worden.

De meest recente versie van de wifistandaard is IEEE 802.11ac. Deze variatie werd eind 2013 gelanceerd en bevat bredere kanalen ten opzichte van 802.11n in de 5 GHz-band. De standaard heeft een maximumsnelheid van 1.300 Mbps en ondersteunt tot acht antennes. Dat is vier meer dan bij 802.11n.

Wifikaart

De wifikaart die zich in je laptop bevindt, zal functioneren volgens één van de standaarden van IEEE. Indien je laptop 802.11ac ondersteunt en je router slechts 802.11n zal je niet ten volle van de voordelen van de nieuwere standaard kunnen genieten. De wifikaart van je laptop zal zich dan namelijk moeten beperken tot de functies die vervat zitten in 802.11n.

Wireless-Cards-Side-by-Side
Er bestaan drie verschillende formaten van draadloze PCI-kaarten.

Ook qua vorm kunnen wifikaarten verschillen vertonen. Indien je nog gebruik maakt van een laptop van voor 2005, bevat je toestel hoogstwaarschijnlijk een mini-PCI (Peripheral Component Interconnect)-kaart. Deze kaart heeft 124 pinnen aan één zijde en is vierkant. Een mini-PCI-adapter ondersteunt doorgaans de oudere 802.11g- of 802.11b-standaard.

Na 2005 werden laptops steeds vaker voorzien van een PCI Express Mini-kaart. Dit stukje hardware bevat 54 pinnen, waardoor de kaart kleiner is dan een mini-PCI-adapter.  Er bestaan PCI Express Mini-kaarten die 802.11a, b, g, of n ondersteunen.

Sinds 2012 wordt er in alle laptops gebruik gemaakt van een PCI Express Micro-kaart. Deze adapter heeft slechts 52 pinnen en is ongeveer half zo groot als een PCI Express Mini-kaart. Je kan adapters van deze grootte terugvinden die 802.11a, b, g, n, of ac ondersteunen.

MIMO

Behalve de grootte en wifistandaard zijn er nog enkele specificaties die van kaart tot kaart kunnen verschillen. Eén hiervan is in hoeveel mate de PCI-adapter MIMO ondersteunt. Er bestaan MIMO-kaarten die slechts twee signalen kunnen uitsturen en ontvangen, terwijl anderen tot drie signalen tegelijkertijd kunnen verwerken. Indien een dergelijke netwerkkaart aan een snelheid van 300 Mbps een signaalstroom kan verwerken, zal dit voor een totale snelheid van 900 Mbps zorgen. Uiteraard dien je hiervoor wel te beschikken over een router die eveneens 3×3-MIMO ondersteunt.

Dankzij MIMO kan een router verschillende signalen tegelijk verwerken.
Dankzij MIMO kan een router verschillende signalen tegelijk verwerken.

Een ander punt waarop wifikaarten kunnen verschillen, is de ondersteuning van bluetooth. Tegenwoordig is zowat elke laptop voorzien van bluetooth, wat niet noodzakelijk wil zeggen dat je toestel een netwerkkaart heeft met bluetooth geïntegreerd. Sommige laptops hebben namelijk een moederbord met bluetoothintegratie. Dit verschil is voornamelijk van belang wanneer je je wifikaart wilt vervangen.

Diversiteit

Draadloze netwerkkaarten in een laptop zijn verbonden met twee of drie antennes. Bij oudere toestellen die geen MIMO ondersteunen, worden twee antennes gebruikt om een zo goed mogelijk wifisignaal te ontvangen. Bij deze techniek, ‘true diversity’ genaamd, worden twee antennes enkele centimeters uit elkaar geplaatst. Beide antennes ontvangen hetzelfde signaal van de router, maar bij de ene zal dit signaal iets sterker aankomen dan bij de andere. De wifikaart zal continu nakijken welke antenne het sterkste signaal oppikt en dit signaal gebruiken.

Tegenwoordig bestaan er steeds meer laptops die MIMO ondersteunen. Wifikaarten die 2×2-MIMO ondersteunen, zullen verbonden zijn aan twee antennes. Bij 3×3-MIMO zal je drie antennes kunnen terugvinden. Bij deze netwerkkaarten wordt er niet gewisseld tussen de antennes, maar worden ze tezamen gebruikt om meerdere signalen te kunnen ontvangen en verzenden.

Doordat de antennes zich op een verschillende locatie bevinden in je laptop, zullen ze elk een lichtjes verschillende versie van het wifisignaal ontvangen. Dit fenomeen wordt spatiale diversiteit genoemd en kan voor een beter resultaat zorgen. De netwerkkaart zal namelijk alle signalen algoritmisch met elkaar combineren om een betere versie te creëren.

Kaartupgrade

Wanneer je merkt dat je draadloze thuisnetwerk niet toereikend is om iedere kamer in je huis te bereiken, kan je twee dingen doen. In de eerste plaats kan je de zenderkant een upgrade geven. Je kan een betere router aanschaffen, of een access point toevoegen. Het is echter eveneens mogelijk aan de ontvangerskant te sleutelen. Indien je laptop al wat ouder is, zal hij namelijk een PCI-kaart bevatten die een oudere wifistandaard ondersteunt. In dergelijke gevallen heeft het geen zin om je router te upgraden.

In de eerste plaats kan je de PCI-kaart in je laptop vervangen door een nieuwer exemplaar. Hierbij dien je er op te letten dat je een kaart van dezelfde grootte aanschaft. Een mini-PCI-kaart zal immers niet passen in het slot voor een PCI Express Mini-kaart. Ook hou je best rekening met het aantal antennes die in je laptop vervat zitten. Indien dit er slechts twee zijn, heeft het geen zin om een kaart met drie antenne-aansluitingen aan te schaffen.

USB-adapters

Voor wie het niet gewend is om aan laptops te sleutelen, is het niet eenvoudig om een netwerkkaart correct te vervangen. Gelukkig bestaan er eveneens usb-adapters die je kan gebruiken. Deze steek je net als een usb-stick in een usb-poort, waarna je wifiontvangst drastisch zal verbeteren.

Kleine usb-adapters bevatten een kleine antenne.
Kleine usb-adapters bevatten een kleine antenne.

USB-adapters kan je in groepen indelen op basis van hun antenne. Bij sommige adapters wordt er gebruik gemaakt van een omnidirectionele antenne, terwijl anderen een directionele antenne bevatten. Een omnidirectionele antenne verwerkt signalen uit alle richtingen. Een directionele antenne is gefocust op slechts één richting, maar zijn signaal kan verder rijken. Wie zijn laptop thuis steeds op dezelfde plaats gebruikt, zal daarom het meeste hebben aan een directionele antenne die richting de router is gepositioneerd. Indien je je laptop overal mee naartoe neemt, is een omnidirectionele antenne beter.

Verder kunnen de antennes van usb-adapters ingedeeld worden in interne en externe exemplaren. Een dongle met een interne antenne is niet veel groter dan de usb-stekker zelf. Deze adapters zijn ideaal voor eenieder die maar een kleine verbetering in wifisignaal verwacht en zijn laptop overal mee naar toe neemt. Een usb-adapter met externe antenne zal dan weer een groot bereik hebben en is flexibeler. Met behulp van een usb-kabeltje kan de antenne in veel gevallen immers op de meest optimale positie worden geplaatst.

Mobiel internet

De voorgaande technieken zorgen telkens voor een draadloze wifiverbinding. Er bestaan echter eveneens andere manieren om je laptop met het internet te verbinden, zoals mobiel internet. In tegenstelling tot bij tablets en smartphones is mobiel internet-ondersteuning bij laptops eerder zeldzaam.

Een voorbeeld van een laptop die een LTE-module heeft, is de Thinkpad X1 Yoga van Lenovo. Indien je deze converteerbare laptop wil aankopen met geïntegreerd mobiel internet, dien je meer dan 2.000 euro neer te tellen. Om de laptop te verbinden met het internet moet je deze net als een tablet of smartphone voorzien van een SIM-kaart met een data-abonnement.

Mobiele router

Wie geen laptop heeft met geïntegreerde LTE-module kan eveneens van mobiel internet genieten. Net als bij wifi bestaan er immers usb-sticks die je laptop met het internet kunnen verbinden. Proximus biedt zo’n stick aan. De Vodafone Mobile Broadband K5150 USB Modem kost 115,69 euro en verzorgt een 4G-verbinding.

Met de juiste usb-stick kan je je laptop met mobiel internet verbinden.
Met de juiste usb-stick kan je je laptop met mobiel internet verbinden.

Ook bestaan er routers die mobiel internet omzetten naar wifisignalen. Zowel bij Proximus als bij Orange kan je een dergelijk toestel aanschaffen. De Vodafone Mobile Wi-Fi R216 4G-router kost je 115,69 euro, terwijl je aan de Flybox van Orange 129 euro kwijt bent. Orange voorziet een voordelig tarief van 15 euro per maand voor 15 GB bij zijn router. Het toestel ontvangt 4G-signalen en zet deze om naar wifi 802.11n. Je kan tot 30 toestellen tegelijk verbinden met de router, al zal je data-abonnement er op deze manier wel snel doorheen zijn.

Generaties

Ook voor mobiel internet bestaan verschillende standaarden. In voorgaande paragrafen is de term ‘4G’ meermaals gevallen, een term waarvan je hoogstwaarschijnlijk al hebt gehoord bij het aanschaffen van een smartphone of data-abonnement. De ‘G’ in 4G staat voor generatie. Wanneer men spreekt over 4G heeft men het dus over de vierde generatie van mobiel internet.

1G dateert al uit de jaren 80 en is een analoog systeem dat gebruik maakt van Advanced Mobile Phone System (AMPS). Enkel stemmen kunnen via het systeem worden verzonden en ontvangen. AMPS werkt op dezelfde manier als een radio en zendt signalen uit in de 800 MHz-band. Doordat deze band in 395 kanalen is opgesplitst, kunnen slechts 395 mensen tegelijkertijd via eenzelfde mast bellen.

Het digitale netwerk werd begin jaren 90 geïntroduceerd met de 2G-standaard. Het 2G-netwerk wordt Global System for Mobile Communication (GSM) genoemd en maakt gebruik van de 900 MHz-band. Deze band is opgesplitst in 124 kanalen, welke elk nog eens uit acht verschillende tijdslots bestaat. Hierdoor wordt het maximaal aantal gebruikers verhoogd. 2G was de eerste standaard die sms’en en mobiel internet ondersteunde.

De eerste 3G-netwerken werden in 1998 geïntroduceerd. Deze standaard is een stuk sneller dan 2G en vergt minder energie. Deze generatie heeft de toon gezet voor de draadloze technologie die we de dag van vandaag kennen. Browsen, e-mails bekijken, video’s downloaden en beelden delen, werden geïntroduceerd in 3G.

4G

De standaard die je momenteel kan terugvinden in nieuwe smartphones is 4G. Deze toestellen moeten een downloadsnelheid van minstens 100 Mbps hebben wanneer je onderweg bent met een auto en 1.000 Mbps bij stilstand. Toen deze eisen in 2008 werden opgelegd, bestonden er nog geen toestellen die hieraan konden voldoen. Om toch deze hoge snelheden te halen, werd LTE ontwikkeld.

Met LTE kunnen hogere downloadsnelheden worden gehaald.
Met LTE kunnen hogere downloadsnelheden worden gehaald.

LTE staat voor Long Term Evolution en bouwt verder op de technologie die bij 2G en 3G wordt gebruikt. Ondanks deze techniek bleken de eisen voor 4G nog steeds erg moeilijk te halen. Daarom wordt ieder toestel dat gebruikmaakt van LTE geclassificeerd als een 4G-apparaat. Fabrikanten hebben deze toegeving dankbaar aangenomen en promoten hun toestellen massaal als 4G-apparaten, al halen ze de hoge snelheden niet die oorspronkelijk werden opgelegd.

Door verder te bouwen op de LTE-standaard is LTE-Advanced ontstaan. LTE-Advanced maakt gebruik van dezelfde basistechnologie als LTE en is eveneens een 4G-technologie. Bij LTE-Advanced wordt het spectrum uit twee verschillende banden gecombineerd en wordt het radiosignaal beter verspreid met behulp van meerdere antennes. Dankzij deze twee technieken haalt LTE-Advanced snelheden van 3.000 Mbps.

Internet van de toekomst

Momenteel wordt er al volop gesproken over de vijfde generatie van mobiel internet, 5G. Waar je bij 4G LTE maximumsnelheden haalt van 1 Gbps, zal dat bij 5G worden opgetrokken tot 10 Gbps. Dat houdt in dat je een HD-film in enkele seconden tijd kan downloaden.

Grote telecombedrijven zijn bezig met het uitwerken van internationale standaarden rond 5G. De meeste van deze standaarden zijn nog niet vastgelegd, maar er wordt verwacht dat 5G compatibel zal zijn met vorige generaties van mobiel internet. Ook compatibiliteit tussen verschillende landen zou op het lijstje van de specialisten staan.

Verder wordt er verwacht dat 5G in de frequentieband tot 6 GHz zal werken. Dat is een pak hoger dan 4G, waarbij signalen tot 20 MHz worden uitgestuurd. De reden achter deze hogere frequenties is het feit dat deze banden niet of minder worden gebruikt en er op deze frequenties informatie aan een hogere snelheid kan worden uitgestuurd. Jammer genoeg kunnen signalen met een hogere frequentie wel minder ver reizen. MIMO zal dit probleem voor een stuk kunnen wegwerken.