About / Advertise
Är Mimo den sista stora möjligheten för radiotekniken att få in fler kanaler på ett givet frekvensband, eller finns det fler frihetsgrader än den rumsliga att ta till för att utnyttja spektrum effektivare? Ska man tro ingenjörshandböckerna är vi snart vid vägs ände, men fysiker i bland annat Uppsala har visat att det går att klämma in många gånger mer information än idag i ett givet frekvensband. Men då måste man använda även de komponenter i Maxwells ekvationer som man normalt approximerar bort. Det handlar om rotationen och rotationsmomentet hos radiovågorna.Outnyttjad storhet
Den grupp han leder har istället utnyttjat det faktum att radiostrålningen i sig, eller ”radiobeamerna” som han föredrar att kalla dem, inte bara har polarisation utan även polarisationsmoment vilka precis som amplituden och fasen kan överföra information.
– Det är inget som vi hittat på, det finns en mängd artiklar som publicerats i mycket erkända fysiktidskrifter som visat detta. Det vi bidragit med är att få det att fungera på lägre frekvenser med digital teknik.
Bo Thidé tar upp ett suddgummi från skrivbordet och börja snurra på det mellan tummen och pekfingret för att förklara principen med rotationstillstånd. Den enklaste formen av rotationstillstånd är att ”beamen” roterar åt höger eller vänster (den är cirkulärt polariserad).
– Men varje antenn kan inte bara skicka ut två tillstånd utan också ha rörelsemängdsmoment och banimpulsmoment. På samma sätt snurrar suddgummit jag håller i inte bara åt höger eller vänster. Det kan också snurra runt en yttre axel på samma sätt som jorden inte bara roterar kring jordaxeln utan också i en bana kring solen.
Mångdubblar kapaciteten i etern
Konsekvenserna av resonemanget innebär att det går att återanvända samma frekvensband hur många gånger som helst genom att variera rotationstillstånden hos ”beamen”.
– Det här öppnar en fantastisk möjlighet. Istället för att ha två polarisationstillstånd kan man teoretiskt ha två gånger ett stort tal. Det största man har genererat i ett labb är 10 000 men tittar man på radiokommunikation tror jag att man bör rikta in sig på fem, sex stycken, säger Bo Thidé.
Även om forskningen visat att rotationstillstånden existerar så återstår en del arbete innan tekniken går att använda i kommersiella radioprodukter.
– Vi håller på att verifiera tekniken genom att göra systematiska experiment men vi har ännu inte skickat en signal till andra sidan huset säger han och pekar ut genom fönstret.
Tittar på reflexerna
En hake i sammanhanget är nämligen att rörelsemängdsmomentet och banimpulsmomentet påverkas av turbulensen i luften, något som inte bara är av ondo. Fenomenet kan till exempel utnyttjas av både civila och militära radarsystem. Idag ser till exempel en väderradar inte rotationen i luftmassorna, en information som skulle kunna ge helt andra förutsättningar att ta fram bättre väderprognoser och förutspå orkaner.
Tekniken med att bestämma alla tre rotationsvinklarna och alla tre translationsriktningarna används också i ett projekt där IBM bidragit med sin vassaste programvara för att hitta mönster i enorma datamängder, en programvara som klarar att analysera 6 gigabyte per sekund, och som bara finns i tiotalet installationer runt om i världen. I projektet tittar man på solen för att tidigt kunna förutse när det kommer ett utbrott som kan störa radiokommunikationen på jorden. Dessa utbrott föregås av små utbrott som är omöjliga att se med dagens teknik.
Inom detta projekt som kallas Lois har man man utvecklat en digital mottagare för frekvensområdet 0–100 MHz.
Börjar med fri sikt
Vid SETI-institutet i USA är man intresserad av tekniken för att leta efter intelligent liv i rymden. Tanken är att utomjordiska varelser borde använda ett energieffektivare sätt att kommunicera än att bara styra amplituden och frekvensen hos radiosignalerna.
Om man istället funderar på möjligheten att utnyttja rotationstillståndet i radiokommunikation så ska forskargruppen i Uppsala börja med frisiktskommunikation, det vill säga i punkt-till-punktförbindelser som i radiolänk.
– Det finns ställen där man har ett begränsat frekvensutrymme, där man använt alla mimotekniker som är kända och frekvensutrymmet ändå inte räcker till. För såndana tillämpningar vill vi se om rotationsmoment och andra liknande topologiska frihetsgraderhåller går att utnyttja.
Forskargruppen håller på att sätta upp ett sådant experiment som förhoppningsvis ska vara klart när den nya byggda antennmätkammaren i källaren på Ångströmlabbet ska invigas senare i höst.
– Vi ska spela olika radioprogram på samma frekvens, säger Bo Thidé.
