Per i loro sistemi periferici per Pc, i maggiori Oem del settore del personal computer e i maggiori produttori di periferiche per il canale retail stanno orientandosi verso soluzioni wireless proprietarie a 2.4 GHz. Tali soluzioni offrono numerosi vantaggi. Primo, la frequenza a 2.4 GHz è una banda riservata a livello internazionale per gli studi Industriali, Scientifici e Medicali (banda "ISM"). I prodotti dotati di tecnologie wireless a 2.4 GHz non richiedono il pagamento di licenze. Alcune tecnologie wireless proprietarie a 2.4 GHz consentono a più dispositivi - per esempio mouse wireless, tastiere, tool di presentazione e telecomandi - di comunicare con un dispositivo ricevente centralizzato distante anche più di 10 metri. Oltre a questo, le tecnologie wireless proprietarie a 2.4 GHz sono relativamente economiche e consumano meno energia rispetto alle soluzioni basate su Bluetooth, tecnologia anch'essa attiva nella banda dei 2.4 GHz.
Lo standard 802.11n, una interferenza killer
Nonostante i numerosi vantaggi associati alle soluzioni wireless proprietarie a 2.4 GHz, lo spettro dei 2.4 GHz è attualmente condiviso da numerose applicazioni funzionanti su frequenze sovrapposte. Per i produttori, scegliere per le loro applicazioni periferiche per Pc una soluzione proprietaria a 2.4 GHz capace di coesistere e di funzionare correttamente con altri apparati elettronici operanti nella banda dei 2.4 GHz, rappresenta una vera sfida. Oltre ai segnali di interferenza RF provenienti dai dispositivi basati su Bluetooth, dalle reti Wi-Fi, dai telefoni cordless, dai forni a microonde e da altre sorgenti, si sta manifestando un'interferenza "killer" generata da un nuovo standard di networking: lo standard 802.11n.
Oggi i prodotti elettronici consumer 802.11 precedenti allo standard "n" operano tranquillamente nella banda di frequenza dei 2.4 GHz. Lo standard 802.11n prevede una velocità dati massima teorica di 540 Mbit al secondo (200 Mbit/s typ) e un range arriva a 50 metri. Per raggiungere throughput così elevati il segnale 802.11n deve occupare una banda molto più larga (40 MHz): parallelamente la copertura di un range di trasmissione più ampio richiede più potenza RF. L'approccio utilizzato per raggiungere questo livello di velocità dati prevede l'impiego di più antenne, sia lato trasmissione sia lato ricezione. Tutto il sistema è descritto dal termine "multiple-input-multiple-output" (MIMO). Come suggerisce il nome, un sistema MIMO contempla l'invio nell'etere di più segnali che vengono catturati da più antenne. Il sistema implica un maggior impatto a causa delle interferenze indotte sugli apparati elettronici consumer circostanti. Tale impatto deriva da due grosse problematiche di progetto. La prima è la banda più larga utilizza, la quale causa degli effetti collaterali che riducono il rapporto tra segnale e rumore (Signal to Noise Ratio - SNR). La seconda - denominata co-locazione - è legata al fatto che una banda più larga implica la disponibilità di un numero ridotto di canali "puliti" per gli altri dispositivi attivi nello stesso spettro di frequenza dei 2.4 GHz. Per realizzare un buon prodotto radio a 2.4 GHz e per assicurare ai sistemi periferici un link RF affidabile sarà necessario indirizzare entrambi gli aspetti,.
L'importanza delle capacità della radio
Per superare il primo problema, il dispositivo periferico a 2.4 GHz deve semplicemente lavorare in una zona lontana dalla fonte di interferenza. Talvolta questo non è possibile in quanto l'apparato wireless ricevente è connesso all'host Usb, il quale tipicamente è posto in prossimità del trasmettitore 802.11n di un desktop o di un notebook. Ridurre la potenza della rete 802.11n è una soluzione alternativa ma il throughput risulterebbe ridotto, inficiando gli obiettivi che spingono ad utilizzare la tecnologia 802.11n. Per questo, il dispositivo periferico deve utilizzare una radio capace di trasmettere a una potenza superiore a 0 dB e di ricevere con un livello di sensibilità nettamente maggiore. Queste capacità devono essere integrate nell'hardware della sezione radio. Oltre a ciò, la radio deve anche in grado essere di ritentare la trasmissione automaticamente e rapidamente nel caso il primo tentativo fallisse.
La problematica della co-locazione deriva da una combinazione tra il fatto che il segnale 802.11n occupa una banda più ampia - riducendo il numero di canali disponibili nello spettro ISM - e il fatto che i "canali disponibili" sono molto più rumorosi a causa della riduzione del SNR indotta dagli effetti di banda laterale. In questo caso, è necessario un robusto e agile protocollo wireless capace di gestire e processare i dati trasmessi e ricevuti basandosi sulle prestazioni hardware della sezione radio.
L'agilità di un protocollo è legata all'abilità di determinare in modo intelligente la forza del segnale d'interferenza e di saltare a un canale meno rumoroso per evitare gli effetti dell'interferenza stessa. Questo, anche prima di iniziare la trasmissione dati. L'operazione può essere eseguita se la radio dispone di un blocco funzionale quale un RSSI (Received Signal Strength Indicator). Oltre a questo, nel caso in cui si manifestasse una nuova interferenza durante un periodo di trasmissione dati, il ricevitore e il trasmettitore devono essere in grado di sincronizzare la scelta di altro canale e passare su di esso senza interrompere la continuità del link RF. Tutti questi processi dovrebbero essere trasparenti per l'utente finale. La Fig. 1 illustra l'agilità del protocollo wireless offerto con la famiglia di radio-system-on-a-chip programmabili PRoC LP di Cypress Semiconductor. Il protocollo individua e trasferisce la trasmissione dei dati sui canali puliti quando rileva dei segnali di interferenza Wi-Fi.
Codifica e decodifica dei dati
La robustezza del protocollo deriva dalla metodologia utilizzata per la codifica e la decodifica dei dati. Un modo per codificare i dati è di utilizzare la tecnica DSSS (Dynamic Sequence Spread Spectrum). Con questo metodo, ciascun bit di dati presente in un byte viene codificato con più bit utilizzando un codice Pseudo Noise (PN code). Certi codici - denominati Multiplicative Codes - hanno delle proprietà che garantiscono una correlazione minima, cioè sono meno suscettibili alle interferenze provocate dalle trasmissioni sovrapposte nello stesso canale. Velocità dati più alte possono essere raggiunti con codici PN più corti (per esempio 32 bit), mentre con codici PN più lunghi (per esempio 64 bit) è possibile conseguire range più ampi. Il numero di canali disponibili e i codici PN danno vita una mole tale di permutazioni che è possibile fare lavorare centinaia di radio all'interno del medesimo spazio di lavoro. Nel caso di un ambiente 802.11n, anche se non vi è sovrapposizione con i canali utilizzati dai dispositivi periferici a 2.4 GHz, si manifesta sempre una certa rumorosità dovuta alla riduzione dell'SNR: in questo caso la codifica con codice PN migliora notevolmente la robustezza del link RF. La Fig. 2 illustra come un codice PN a 64 bit possa essere sfruttato per codificare 1 byte di dati utilizzando la tecnica DSSS.
Una radio a 2.4 GHz con potenza di uscita e livello di sensibilità più elevati combinata con un robusto e agile protocollo permette di incrementare le possibilità di sopravvivenza di un dispositivo wireless 2.4 GHz in un ambiente 802.11n. Quando si punta alle applicazioni wireless HID, sono importanti altre considerazioni oltre al protocollo, per esempio le tecniche di binding/pairing, il criptaggio dei dati, i carichi radio, i consumi e il riconoscimento in ricezione. I Program Manager che scelgono una soluzione che indirizza tutte le considerazioni progettuali riportate sopra, saranno in grado di realizzare dei prodotti periferici wireless 2.4 GHz capaci di soddisfare gli utilizzatori.
