Pidemmän kantaman vedenalaista viestintää

MIT:n tutkijat ovat osoittaneet ensimmäisen järjestelmän erittäin pienitehoiseen vedenalaiseen verkko- ja viestintäjärjestelmään, joka voi lähettää signaaleja kilometrien etäisyyksille.

Tämä tekniikka käyttää noin miljoonasosan nykyisten vedenalaisten viestintämenetelmien käyttämästä tehosta. Laajentamalla akkuvapaan järjestelmän tietoliikennealuetta tutkijat ovat tehneet tekniikasta käyttökelpoisemman sellaisissa sovelluksissa kuin vesiviljely, rannikon hurrikaanien ennustaminen ja ilmastonmuutoksen mallinnus.

Veden alla takaisinsironta mahdollistaa pienitehoisen viestinnän koodaamalla dataa ääniaalloiksi, jotka se heijastaa tai sirottaa takaisin vastaanotinta kohti. Nämä innovaatiot mahdollistavat heijastuneiden signaalien kohdistamisen tarkemmin niiden lähteeseen.

Tämän takaisinsuuntauksen (retrodirectivity) ansiosta vähemmän signaalia siroaa vääriin suuntiin, mikä mahdollistaa tehokkaamman ja pidemmän kantaman viestinnän.

Vedenalaiset takaisinsironnan viestintälaitteet käyttävät pietsosähkörakenteisia solmuja vastaanottamaan ja heijastamaan ääniaaltoja. Kun ääniaallot iskevät solmuihin, ne värähtelevät ja muuttavat mekaanisen energian sähkövaraukseksi. Solmut käyttävät tätä varausta hajottaakseen osan akustisesta energiasta takaisin lähteeseen ja lähettävät dataa, jonka vastaanotin dekoodaa heijastussarjan perusteella.

Mutta koska takaisinsironnut signaali kulkee kaikkiin suuntiin, vain pieni osa saavuttaa lähteen, mikä heikentää signaalin voimakkuutta ja rajoittaa viestintäaluetta. Tämän haasteen voittamiseksi tutkijat hyödynsivät 70 vuotta vanhaa radiolaitetta, nimeltään Van Atta –ryhmä, jossa symmetriset antenniparit on yhdistetty siten, että ryhmä heijastaa energiaa takaisin suuntaan, josta se on tullutkin.

Mutta pietsosähköisten solmujen yhdistäminen Van Atta -ryhmän muodostamiseksi vähentää niiden tehokkuutta. Tutkijat välttivät tämän ongelman sijoittamalla muuntajan kytkettyjen solmuparien väliin. Muuntaja, joka siirtää sähköenergiaa piiristä toiseen, antaa solmuille mahdollisuuden heijastaa energian maksimimäärä takaisin lähteeseen.

”Molemmat solmut vastaanottavat ja molemmat solmut heijastavat, joten se on erittäin mielenkiintoinen järjestelmä. Kun lisäät järjestelmän elementtien määrää, rakennat ryhmäkoosteen, jonka avulla voit saavuttaa paljon pidemmät viestintäetäisyydet”, Eid selittää.

Lisäksi he käyttivät tekniikkaa, jota kutsutaan ristinapaisuuden vaihtamiseksi binääridatan koodaamiseen heijastuvaan signaaliin. Jokaisella solmulla on positiivinen ja negatiivinen napa. Kun kahden solmun positiiviset navat on kytketty ja kahden solmun negatiiviset navat on kytketty, heijastunut signaali on "bitti yksi". Mutta jos napaisuutta vaihdetaan, jolloin negatiivinen ja positiivinen navat on kytketty toisiinsa, heijastus on "bitti nolla".

Tutkijoiden koelaitteisto saavutti 300 metrin tiedonsiirtoetäisyydet, yli 15 kertaa pidemmät kuin aiemmin on osoitettu. Tutkijat aikovat jatkaa vedenalaisten takaisinsironnan Van Atta-ryhmien tutkimista.

Aiheesta aiemmin:

Pitkän kantaman takaisinsirontaa