Aalborg-professor fordobler datahastighed med interferens

Interferens er normalt ikke ønskværdigt, når man skal modtage radiosignaler. Men den tankegang er lektor Petar Popovski fra Institut for Elektroniske Systemer ved Aalborg Universitet ved at lave radikalt om på.

I stedet for at bortfiltrere radiosignaler fra irrelevante kilder - altså interferens - så arbejder han på at forvandle interferensen, så den kan bruges konstruktivt til at afkode det radiosignal, man ønsker at modtage.

»Hvis interferenssignalet er stærkere end det signal, man ønsker at modtage, så kan det give mening at afkode det,« siger han.

Pointen med at afkode interferenssignalet er, at det på den måde bliver muligt at adskille signalet fra det egentlige signal, man er interesseret i at opfange. Det er dog nødvendigt at kende typen og modulationsformatet for interferenssignalet - altså om de interfererende radiobølger eksempelvis er et 3G- eller GSM-signal.

»For at det kan lade sig gøre at afkode signalet, er det nødvendigt at vide, hvilken type man har med at gøre,« siger Petar Popovski.

Hvis signalet er kendt og tilstrækkeligt kraftigt, giver det nogle helt unikke muligheder for at bortfiltrere det i signalbehandlingen, forklarer han.

Eksempelvis gør teknikken det muligt at anvende den samme frekvens til flere forskellige formål, hvilket i praksis betyder, der bliver plads til mere i frekvensbåndet. Den del af det elektromagnetiske spektrum, der egner sig til kommunikation, er ellers hårdt trængt af ombejlende interessenter, der alle vil have fat i de samme, attraktive frekvenser - for eksempel til mobilt bredbånd.

Et tænkt eksempel på, hvordan teknikken med at bortfiltrere interferensen kunne benyttes, er et digitalt kamera, der trådløst skal overføre billeder til en computer. Den slags kunne i dag foregå via den ulicenserede frekvens, som Bluetooth benytter. Men med de teknikker, som Popovski arbejder på at gøre praktisk anvendelige, ville kameraet eksempelvis kunne benytte en GSM-frekvens. Dog under forudsætning af, at der ikke er en anden GSM-modtager i nærheden, som kameraet ellers kunne risikere at forstyrre - her kan teknikken fra kognitiv radio, som tidligere har været omtalt i Ingeniøren, anvendes.

Kognitiv radio drejer sig kort fortalt om at anvende så meget spektrum som overhovedet muligt uden at forstyrre de brugere, der anvender den licenserede del.

Tilbage til kameraet. Normalt ville kommunikationen mellem computer og kamera, hvis den foregår på eksempelvis en GSM-frekvens, ikke være tænkelig i praksis, fordi det forholdsvis svage signal mellem kameraet og computeren ville blive blandet sammen med det stærke signal fra en nærtliggende mobilmast. Men med den rette hardwareimplementering ville computeren være i stand til at opfange og isolere signalet fra mobilmasten - fordi det er det kraftigste - og dernæst afkode det, for så at bruge de afkodede data fra GSM-masten til at isolere de egentlige data, som kameraet sender.

»Radiosignalet fra kameraet blandes sammen med signalet fra GSM-masten, men fordi man kender GSM-signalet, er det muligt at fjerne den del - altså interferensen - fra kameradataene,« forklarer Petar Popovski.

Kendt princip

Teorien bag isolering af data ved at afkode og fjerne interferens er som sådan ikke ny, men Petar Popovski er blandt de første, der arbejder med at gøre den anvendelig i praksis. Det er imidlertid lettere sagt end gjort.

Sponseret indhold

Digital tvilling styrer projekteringen af jernbaner

Jernbane

»Det er forholdsvist enkelt, så længe man har én modtager og måske to sendere, hvilket dog også kan være vanskeligt nok, blandt andet på grund af synkronisering. Men når man begynder at have flere modtagere og sendere, så bliver det hurtigt ret kompliceret - og sådan ser den virkelige verden jo ud,« siger han.

Det er dog ikke længere helt utænkeligt, at princippet vil blive anvendeligt i praksis. Software Defined Radio (SDR), hvor signalbehandlingen kan foregå dynamisk i ren software, gør det muligt at afkode forskellige, interfererende signaler med forskellig modulation.

Men Petar Popovski forudser dog stadig, at der går noget tid, før teknikken finder vej ind i gængs elektronik. Og derudover skal hardwaren i den eksisterende elektronik også udskiftes, hvis den skal kunne dekode og bortfiltrere interferensen. Interferens-fjernelsen er nemlig en forholdsvis ressourcekrævende proces, som bliver nødt til at foregå i det fysiske lag i netværksprotokollen.

At processeringen foregår i det nederste lag i netværksprotokollen betyder samtidig, at eventuelle problemer i forhold til privatliv bliver mindre, påpeger Popovski.

Netop spørgsmålet om privatliv kunne ellers give grund til bekymring, da interferens-teknikken betyder, at eksempelvis en mobiltelefon eller en computer jo faktisk afkoder signaler, som ikke var tiltænkt enheden. Men da det foregår på det fysiske lag, bliver slutresultatet kun en strøm af etttaller og nuller, som ikke giver nogen mening i sig selv.

»Selve dataene er jo krypterede og skal afkodes på et højere niveau, før man kan få brugbare informationer ud af dem, så der er ikke noget privacy-problem,« siger Petar Popovski.

Hurtigere dataoverførsel

Teknikken gør det ikke blot muligt, at den samme frekvens kan bruges til flere anvendelser. Ved at kende interferensen kan det teoretisk også lade sig gøre at fordoble dataoverførsel under bestemte forhold.

Petar Popovski har påvist en teknik, der involverer to modtagere A og B samt et relæ C. Hvis A og B sender en datapakke til C på cirka samme tid, bliver A- og B-dataene mikset ved C's modtager. Og det gør det muligt at øge datahastigheden markant.

Det sker ved, at C sender det miksede signal direkte tilbage til A og B, hvorefter henholdsvis A og B er i stand til at finde ud af, hvilke data modparten har sendt. A bortfiltrerer således sit eget oprindelige signal - som A jo kender - fra det sammenblandede signal, hvorefter B's signal er tilbage. Det samme kan B gøre, bare med omvendt fortegn. Dermed har A og B modtaget hinandens data udelukkende ved at sende til C.

»Det betyder, at dataoverførslen kan ske ved to transmissioner i stedet for fire, som der ellers skulle til, hvis A først skulle sende til C, som skulle sende pakken videre til B. Hvorefter B skulle sende tilbage til C, som til sidst skulle sende data til A,« siger Petar Popovski.

Han beskriver setuppet som et simpelt eksempel på "Wireless Network Coding" - et paradigme, han vurderer kan komme til at ændre den måde, trådløse netværk bliver bygget på i fremtiden.