Tehokkaammin kierteisillä radioaalloilla

Siirtonopeus 32 gigabittiä sekunnissa

Tukeutuen aiempiin tutkimuksiinsa, joissa kierteinen valo siirtää dataa ennenkuulumattomilla nopeuksilla, University of Southern Californian (USC) tutkijat ovat nyt kehittäneet vastaavaa tekniikkaa radioaalloille.

Professori Alan Willnerin johtama tutkimusryhmä saavutti siirtonopeuden 32 gigabittiä sekunnissa yli 2,5 metrin matkalla. Willnerin aiemmassa työssä kierteiset valonsäteet lähettivät optisesti ilmateitse dataa 2,56 terabittiä sekunnissa.

"Kyseessä ei ole vain tapa lähettää radiolla useita datavirtoja yhden aukkoparin (1 lähetin – 1 vastaanotin) kautta vaan, se on myös yksi nopeimpia osoitettuja datansiirtoja radioaaltojen välityksellä", toteaa Willner yliopistonsa tiedotteessa.

Tämä sähkömagneettisten aaltojen harvinaisempi ominaisuus eli rataimpulssimomentti (OAM), löydettiin vasta 1990-luvulla. Löytö ja sitä seuranneet tutkimukset lupailivat useiden datavirtojen siirtoa yhdellä yhteydellä.

Niiden avulla voidaan multipleksata useita keilasäteitä, siten että kullakin säteellä on oma kierteinen vaiherintama. OAM-säteitä voidaan multipleksoida yhteen pitkin samaa sädeakselia ja demultipleksoida pienellä ylikuulumisella.

Siten voidaan luoda linkki, jonka kukin OAM-säde toimii samalla kantotaajuudella ja voi kuljettaa toisistaan riippumatonta datavirtaa, mikä lisää kapasiteettia ja spektritehokkuutta samalla määrällä kuin on OAM-tiloja.

Samankeskeisesti etenevien OAM-säteisiin perustuvan järjestelmän etuja olisivat vähäinen ylikuulumisen OAM-kanavien kesken, pienempi kanavaerottelun jälkeinen signaalinkäsittelyn tarve ja skaalautuvuus kasvattaa OAM-kanavien määrää.

Työssään tutkijat rakensivat 28 gigahertsin kantoaallolla toimivan linkin, jossa lähettivät kahdeksan OAM-kanavaa (4 OAM-sädettä joissa 2 kohtisuoraa polarisaatiota), kussakin 4 × 1 Gbit/s kvadratuuriamplitudimoduloitu (16-QAM) signaali, jolloin saavutetaan kapasiteetti 32 Gbit/s ja spektritehokkuus 16 bit/s/Hz.

Saavutusta voi verrata Chalmersin tutkijoiden äskettäin esittelemään radiosiirron ennätysnopeuteen, jossa siirrettiin dataa 40 gigabittiä sekunnissa 140 gigahertsin kantoaallolla.

Toimintatapansa vuoksi tämä USC-tutkijoiden kehittämä uusi tekniikka soveltuu kuitenkin vain kahden pisteen välisiin linkkiyhteyksiin.