Wat zijn draadloze verbindingen

Nagenoeg iedereen weet dat we een of andere verbinding nodig hebben om gebruik te kunnen maken van internet of te kunnen bellen. In dit artikel over draadloze verbindingen, en specifiek het toepassen van communicatie, probeer ik u daar een indruk van te geven.

De techniek

Draadloze verbindingen werken op basis van elektromagnetische straling. Hierin is de computer, tablet of smartphone niet uniek. Om ons heen bevinden zich constant allerlei vormen van straling. Dit kan bijvoorbeeld de Wifi verbinding zijn, de afstandsbediening van de tv, de microgolven van de magnetron, maar ook zonlicht, gamma- en röntgenstraling horen hierbij.

Nu is natuurlijk bekend dat gamma- en röntgenstraling ongezond is en alleen mogen worden toegepast in afgeschermde ruimtes. Daardoor zijn deze ongeschikt voor draadloze communicatie.

Ook infrarode straling (bijv. de afstandsbediening) is hiervoor ongeschikt aangezien deze alleen geschikt is voor direct zicht. Ofwel het komt niet verder dan het eerste het beste obstakel zoals een stoel, muur of lichaam(sdeel).

Voor communicatie zijn we daarom aangewezen op radiostraling, vandaar de naam radiocommunicatie.

Radiocommunicatie

Afbeelding radiogolf 1 Herz

Radiocommunicatie maakt gebruik van radiogolven. Dit zijn sinusvormige elektromagnetische trillingen waarvan de lengte van de trilling per seconde wordt uitgedrukt in het begrip Herz. Zo is 1 trilling (volledige sinusbeweging) in 1 seconde gelijk aan 1 Herz (1Hz) en zijn 1 miljoen trillingen per seconde gelijk aan 1 Megaherz (1Mhz).
Deze trillingen noemen we ook wel de frequentie. Die term zult u ongetwijfeld kennen, bijvoorbeeld omdat u uw radio afstemt op frequentie 101.4 Mhz (Sky Radio).

Het frequentiegebied is ontzettend groot. Van heel lage frequenties (lange en langzame radiogolven) tot heel hoge frequenties (heel korte en snelle radiogolven).

Om het inzichtelijk te maken hieronder een afbeelding van het Elektromagnetisch Spectrum waarin de frequentiegebieden en gebruikte toepassingen c.q. natuurverschijnselen zichtbaar worden gemaakt.

Toepassing

Nu hebben radiogolven op zichzelf voor ons geen directe betekenis. Het wordt pas interessant wanneer er informatie (beeld, geluid en/of data) aan de radiogolf (ook wel de draaggolf) wordt ‘geplakt’. Dit ‘plakken’ noemen we moduleren of modulatie. Zo kent u waarschijnlijk de afkorting AM (Amplitude Modulatie) en FM (Frequentie Modulatie). Er zijn meer varianten, maar daar zal ik u niet mee vermoeien.

Postduif

Om het enigszins tastbaar te maken kan de volgende vergelijking worden gemaakt. Vroeger maakte men gebruik van postduiven om informatie over te brengen. Er werd een kokertje met daarin het bericht aan de duif vastgemaakt om zo het bericht bij de gewenste ontvanger te laten bezorgen. Wanneer we nu in deze vergelijking de postduif vervangen door de radiogolf (de draaggolf) en het kokertje met het bericht vervangen door de informatie, dan wordt in essentie hetzelfde doel bereikt: een bericht (de informatie) versturen via een middel (de draaggolf).

Door deze techniek van modulatie is het dus mogelijk om informatie over te brengen. Anders gezegd, informatie (beeld, geluid en/of data) te sturen c.q. te ontvangen van een zender naar een ontvanger. Zo’n zender kan de GSM-mast, televisietoren of uw router thuis zijn.
Wanneer u via deze middelen informatie ontvangt op uw televisie, computer of telefoon bent u in dat geval de ontvanger. Omgekeerd bent u de zender wanneer u met uw computer of smartphone informatie verstuurt. In dat geval is uw computer of telefoon de zender en de GSM-mast of router de ontvanger. Welke verbindingsweg (kabel, straalverbinding, satelliet) het daarvoor (u ontvangt) of daarna (u zendt) volgt, is feitelijk niet interessant. Ook deze volgen dezelfde principes.

Frequentiegebieden

Wereldwijd, landelijk, regionaal en plaatselijk zijn afspraken gemaakt welke frequentiegebieden waarvoor gebruikt mogen worden. Zo zijn de meeste routers in te stellen op de WIFI frequenties 2,4 of 5 Gigaherz (Ghz) en maken smartphones gebruik van de 800, 900, 1800, 2100 of 2600 Mhz kanalen.

Dit verdelen van frequentiegebieden moet ook wel omdat alles en iedereen gebruik maakt van radiocommunicatie. Niet alleen uw computer of smartphone, maar ook de luchtvaart, politie, nuts-bedrijven, enz. Wanneer dit niet verdeeld zou worden, zouden de diverse kanalen elkaar verstoren en communicatie onmogelijk maken.

Radiosignalen worden dus gebruikt om apparatuur met elkaar te laten communiceren, bijvoorbeeld de telefoon met de GSM-mast of de computer met de router. De techniek van de apparaten zorgt ervoor dat ze elkaar begrijpen. Uw foto, tekst of spraak wordt door het apparaat omgezet naar een gemoduleerd signaal en als data-pakket verstuurd. Omgekeerd is het apparaat ook in staat om een data-pakket te ontvangen, te de-moduleren en u een zichtbare afbeelding, leesbare leestekens of verstaanbaar geluid te laten zien en/of horen.

Bereik

U heeft op de afbeelding gezien dat het frequentiegebied ontzettend groot is en u heeft gelezen dat een lage frequentie gelijk staat aan een grote afstand (bereik). Dit betekent gelijktijdig dat hoe hoger de frequentie, hoe korter het bereik. Praktisch betekent dit dat de GSM-mast gerust wat verder weg mag staan omdat het een lagere frequentie (= groter bereik) gebruikt dan de Wifi-verbinding thuis (hoge frequentie = kort bereik).

Demping draadloze verbinding

Daarnaast kan het het bereik van een signaal worden beïnvloedt door externe factoren. Het meest merkt u dat thuis met het bereik van uw Wifi. Het effectieve bereik hiervan is sterk afhankelijk van obstakels tussen de router en de ontvanger (computer, smartphone, enz.) Het materiaal van het obstakel maakt veel verschil uit. De bijgevoegde afbeelding geeft weer welk soort materiaal het draadloze signaal het sterkst afzwakt.

Verder wordt het bereik c.q. de zend- en ontvangstmogelijkheid mede bepaald door de locatie. Dit kunt u bijvoorbeeld meemaken in een stad. Signalen kunnen worden afgeschermd door gebouwen of worden weerkaatst. Daarnaast bestaan er nog een aantal factoren die meespelen waardoor u niet of juist wel een goede ontvangst heeft. Wanneer u geen goede ontvangst heeft, kan een paar meter verplaatsen al een groot verschil maken.

Reflectie draadloos signaal

Bandbreedte

Tenslotte, iets wat onlosmakelijk met een radiosignaal te maken heeft, is de bandbreedte van het signaal. Zoals genoemd kunnen we dus informatie plakken/toevoegen aan de draaggolf. Afhankelijk van de inhoud van deze informatie neemt deze ruimte in. U kunt zich voorstellen dat een spraaksignaal (alleen geluid) minder ruimte in zal nemen dan een videosignaal (beeld én geluid). Om die reden kunnen eenvoudig gemoduleerde signalen zoals morse of spraak uitstekend op lage frequenties worden toegepast, maar hebben meer gecompliceerde signalen zoals video of muziek (veel samenhangende geluiden) een hogere en dus snellere frequentie nodig.