tietoliikenne

Kenties et tiedä, mutta tarvitset pian useamman antennin

To, 01/05/2017 - 09:38 By Toimitus
Antenni ja pulu

Tuore tutkimus auttaa tekemään parempia, nopeampia ja edullisempia moniantennisysteemeitä. Siitä on paljon iloa meille kaikille, vaikka äkkiseltään ei tule sitä ajatelleeksi.

Käytät tietämättäsi koko ajan hyvin erilaisia antenneja. Matkapuhelimessa on montakin sellaista, ja vaikka taskussasi ei olisi kännykkää, nautit lähes koko ajan palveluita, jotka puolestaan käyttävät paljonkin tiedonsiirtoa – joka puolestaan käyttää antenneja.

Tulevaisuudessa antenneja käytetään vieläkin enemmän, koska jokainen langatonta tiedonvälitystä käyttävä laite vaatii antennin – kenties jopa useamman. 

Mitä enemmän antenneja on ja mitä suurempaa tiedonsiirtonopeutta halutaan käyttää, sitä hankalammaksi tällaisen antennisekamelskan hallitseminen on. Onneksi Tampereen teknillisen yliopiston tutkija, diplomi-insinööri Aki Hakkarainen on pohtinut asiaa väitöstyössään.

Tarkalleen ottaen hän on kehittänyt uusia menetelmiä moniantennilaitteiden tarjoamien tiedonsiirtonopeuksien kasvattamiseen kustannustehokkaasti. 

Digitalisaation ja esineiden internetin myötä tarve antenneille kasvaa räjähdysmäisesti lähitulevaisuudessa. Jotta kasvu olisi mahdollista, antennien määrää on lisättävä esimerkiksi matkapuhelinverkkojen tukiasemissa ja langattoman lähiverkon laitteissa. 

Moniantennijärjestelmät pystyvät tarjoamaan huomattavasti suurempia tiedonsiirtonopeuksia, mutta suurempi määrä antenneja ja niihin liittyvää elektroniikkaa tuovat kuitenkin mukanaan lisävaatimuksia.

"Elektronisten komponenttien halutaan olevan mahdollisimman halpoja", toteaa Aki Hakkarainen ja jatkaa: "Halvalla saa kuitenkaan harvoin hyvää: vastaanotettujen signaalien laatu voi heikkolaatuisten komponenttien vuoksi heiketä merkittävästi. Tämän seurauksena moniantennilaitteista ei saadakaan irti odotettua hyötyä kokonaisuudessaan."

Hakkarainen tutki väitöstyössään, miten elektroniikassa vääjäämättä esiintyvät epätäydellisyydet vääristävät signaaleja moniantennijärjestelmissä. Saavutettujen mallien avulla hän kehitti menetelmiä signaalilaadun parantamiseksi digitaalisella signaalinkäsittelyllä.

"Laitevalmistajien kannalta on erittäin edullista, että tarvittava signaalilaatu ja tiedonsiirtonopeus pystytäänkin takaamaan digitaalisesti. Tällöin pienet epätäydellisyydet käytettävässä elektroniikassa eivät haittaa. Kun uudet menetelmät pystytään vielä sujuvasti sulauttamaan osaksi nykyäänkin laitteissa tehtävää laskentaa, niin tämän ratkaisun hyödyt ovat selvästi haittoja suuremmat."

Tulokset auttavat osaltaan toteuttamaan uusia moniantennijärjestelmiä, jotka mahdollistavat yhä vaativampien sovellusten käyttöönottoa.

"Esimerkiksi automatisoidut tehtaat, itse ajavat autot ja virtuaalitodellisuussovellukset asettavat erittäin suuria vaatimuksia tiedonsiirtonopeuksille ja käyttäjämäärille", sanoo Hakkarainen. 

"On selvää, ettei tällaisia palveluita voida toteuttaa langattomasti ja kustannustehokkaasti ilman luotettavasti toimivia moniantennijärjestelmiä."

Väitöskirjaan voi tutustua osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-15-3877-3

Juttu perustuu TTY:n tiedotteeseen. Otsikkokuva: Flickr / Peter Roberts

Pieni piirros, mutta vallankumous tietoliikenteessä

Ke, 04/20/2016 - 11:09 By Jari Mäkinen
Piirros Randy Gilesin muistikirjasta

Päivän kuva tulee vuoden 2008 Millennium-palkintokandidaatin Randy Gilesin muistikirjasta. Piirroksessa on periaate laitteesta, jota sinäkin käytät nyt tätä juttua netin kautta lukiessasi: valokuituituvahvistin.

Päivän kuvaGiles kehitti valokuituvahvistimen periaatteen Bell-yhtiön laboratoriossa vuonna 1985 yhdessä Emmanuel Desurviren kanssa.

Aivan ensimmäisenä ajatuksen uudenlaisista, harvinaisilla maametalleilla seostetuista optista kuiduista esitti Southamptonin yliopiston tutkija David Payne, mutta Bell Labs tutki asiaa jo tuolloin. Esimerkiksi erbiumilla kyllästetty kuitu saattoi toimia ikään kuin valovahvistimina, ja siitä saatettiin kehittää laite, jonka avulla viimeinkin voitaisiin tehdä hyvin pitkiä valokaapeleita; niissä hiipuvaa valoa voitaisiin vahvistaa tasaisin välimatkoin erbium-vahvistimin.

Millennium-palkinnon nettisivu kirjoittaa Gilesistä ja hänen osuudestaan keksinnössä:

Randy Giles, Bellin laboratorioiden laservelho, oli aina ollut kiinnostunut kaikenlaisten optisten laitteiden valmistamisesta. Hän liittyi Desurviren ryhmään vuonna 1986 ja luotsasi laservahvistimen kehittämisestä teollisen kehityshankeen. “Suurin ero Southamptonin yliopistossa tehdyn tutkimuksen ja Bellin laboratorioissa tehdyn tutkimuksen välillä on se, että me olemme teollisuuslaboratorio. Joten hankimme välittömästi tarvittavat työvälineet ja resurssit, jotta pystyimme selvittämään keksinnön merkitystä televiestinnälle. Jokainen tuntui kärsimättömänä odottavan, voitaisiinko todellista tietoa todella vahvistaa hyvälaatuisena ja häiriöttömänä”, Giles kertoo.

Nykyaikaiset valokuituverkot eivät olisi mahdollisia ilman valovahvistimia; tietoliikenne ja internet puolestaan luottavat nykyisin yhä lisääntyvissä määrin valokuituun. Lisäksi optisilla vahvistimilla on käyttöä myös teollisuudessa, missä käytetään suuritehoisia lasereita merkitsemiseen ja työstöön. Myös lääketieteellisissä leikkauksissa käytettävät laserit hyötyvät näistä vahvistimista. Myös laseraseita kehittävät sotilaat ovat tekniikasta hyvin kiinnostuneita.

Ja keksinnön käytännön soveltaminen alkoi tästä, Randy Gilesin muistikirjan kuvasta.

Kuva on otettu Bell-laboratorioiden Crawford Hillin tutkimuslaitoksessa New Jerseyssä, missä Giles työskentelee edelleen optiikan ja optotroniikan parissa – tosin toimien nykyisin myös Bell Labsin Soulin toimipisteen johtajana etänä.

Jutussa on Millennium-palkinnon lisäksi toinenkin yhteys Suomeen: Bell Labs on nykyisin Nokian omistuksessa Alcatelin Nokiaan sulauttamisen kautta.

OneWeb toteutuu: 600 satelliittia luo maailmanlaajuisen internetverkon

Ti, 06/16/2015 - 01:03 By Jari Mäkinen

Tämä on maailman suurin satelliittitilaus ikinä. OneWeb, brittiläinen uusi internet-palveluyhtiö tilasi maanantaina Le Bourget’n ilmailu- ja avaruusnäyttelyssä 900 satelliittia Airbus Defence and Space -yhtiöltä. 

Satelliiteista noin 600 (tarkka luku täsmentyy myöhemmin) lähetetään kiertämään Maata ja loput pidetään toistaiseksi varalla säilössä.

OneWeb on huima suunnitelma, jonka takana on yhdysvaltalainen yrittäjä Greg Wyler. Hän aloitti rakentamaan pari vuotta sitten O3B-satelliittijärjestelmää, joka koostuu 12 edullisesta satelliitista, jotka tuovat internetin ja muita tietoliikennepalveluita maapallon alueille, missä laajakaistaisia nettiyhteyksiä ei ole juurikaan tarjolla. Tällaisia ovat esimerkiksi keskisen Amerikan maat, missä O3B on tullut hyvin kuuluisaksi.

OneWeb vie tätä samaa ajatusta pitemmälle ja luo koko maapallon kattavan laajakaistaverkon, mihin käyttäjät pääsevät käsiksi pienillä, kannettavilla päätelaitteilla käytännössä mistä päin maapalloa tahansa. Tämä on mullistavaa: ei roaming-maksuja, ei eri maiden omia nettimuodollisuuksia, vaan oma pääte tuo käyttäjälle netin missä vain, milloin vain.

Wylerin ajatuksena on lähettää nuo noin 600 satelliittia kiertämään Maata 20 eri kiertoradalla jotakuinkin 1200 kilometrin korkeudessa siten, että ne kattavat koko asutun maapallon. Koska satelliitteja on kullakin radalla noin 30, on useampi satelliitti käytännössä koko ajan näkyvissä mistä vain.

Satelliitit ovat noin 150 kg massaltaan ja kooltaan vajaan metrin kanttiinsa olevia laatikoita, joista sojottaa sivuille aurinkopaneelit. 

Yhdestä satelliiteista käyttäjien kanssa jaettava netti olisi nopeudeltaan vähintään kahdeksan gigatavua sekunnissa, ja yhdelle käyttäjälle OneWeb lupaa vähintään 50 MB sekunnissa. Tämä vaatii kehitteillä olevan 36 x 16 -senttisen tasoantennin käyttämistä.

Satelliitit olisivat myös yhteydessä toisiinsa avaruudessa ja muodostaisivat itse asiassa oman, nopean verkon keskenään, joka olisi sitten yhteydessä maanpäällisiin servereihin. Päätelaitteina voisivat olla tietokoneiden lisäksi puhelimet ja muut tietoyhteyttä käyttävät laitteet.

OneWeb kertoo tuovansa noin 10 teratavua sekunnissa lisää kapasiteettia maapallon nettiverkostoon, mikä vastaa noin puolta prosenttia koko maapallon vuodelle 2016 arvioidusta nettiliikenteestä.

Valtava urakka - ja kallis

900 satelliitin rakentaminen on varsin suuri hanke, vaikka satelliitit eivät ole suuria ja mutkikkaita. Käytännössä Airbus DS tulee valmistamaan niitä neljä kappaletta vuorokaudessa. Ensimmäiset kymmenen, jotka ovat koesatelliitteja, tehdään yhtiön tiloissa Toulousessa, mutta loput valmistettaneen Yhdysvalloissa, mihin hanketta varten tehdään varta vasten tehdas.

Yhdelle satelliitille lasketaan hinnaksi alle puoli miljoonaa euroa. Koko hanke maksaa kaikkinensa vähintään 1,4 miljardia euroa, ja koska Airbus on mukana projektissa “strategisena partnerina”, laittanee se itse myös rahaa likoon. 

Historia ei ole kovin ruusuinen avaruuden uusille tietoliikenneyhtiöille, sillä esimerkiksi Iridium ja GlobalStar joutuivat pahoihin taloudellisiin vaikeuksiin verkostoaan rakennettaessa, ja nytkin OneWebin täytyy löytää hankkeelleen lisää rahoitusta, jotta se toteutuisi.

Kaikki kuitenkin vaikuttaa nyt lupaavalta, sillä yhtiö on voinut ottaa oppia edeltäjiltään. Toimiva O3B ja Airbusin mukanaolo tekevät jo sinällään hankkeesta lupaavan.

Lisäksi on todennäköistä, että Richard Bransonin Virgin Group tulee mukaan hankkeeseen jossain määrin, sillä Bransonin Virgin Galactic tulee todennäköisesti lähettämään satelliitit avaruuteen kehitteillä olevalla kevyellä kantoraketillaan. LauncerOne -raketti käyttäisi SpaceShip2 -avaruusturismialuksia varten tehtyä lentokonetta hyväkseen siten, että lentokone veisi raketin korkealle ilmakehässä, mistä raketti lähtisi omille teilleen samaan tapaan kuin SpaceShip2 tulee tekemään – paitsi että raketti nousisi avaruuteen kun avaruusturistit joutuvat tyytymään pelkkään loikkaukseen avaruuden puolelle. Kuvahahmotelma rakettia kantavasta kantoaluksesta on yllä.

Satelliittien lähettäminen avaruuteen alkaa suunnitelman mukaan vuonna 2018 ja systeemi voisi olla rajoitetussa käytössä jo vuonna 2019.