Langaton tiedonsiirto vedestä ilmaan

Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) tutkijat ovat ottaneet askeleen ratkaista pitkäaikainen haaste langattomassa viestinnässä: suora tiedonsiirto vedenalaisten ja ilmassa olevien laitteiden välillä.

Nykyään vedenalaiset laitteet eivät voi jakaa dataa ilmassa olevien kanssa, sillä molemmat käyttävät erilaisia langattomia signaaleja, jotka toimivat vain omissa ympäristöissään. Radiosignaalit kuolevat hyvin nopeasti vedessä. Vedenalaisten laitteiden lähettämä akustinen signaali heijastelee pinnasta niin, että se ei koskaan pääse pois sieltä.

"Ilman ja veden välinen raja on langattomille signaaleille este. Ajatuksemme on muuttaa tämä este itsessään viestintävälineeksi", kertoo Fadel Adib, joka johtaa tätä tutkimusta MIT:n Media Labissa. Järjestelmä, jota kutsutaan "translational acoustic-RF communication” (TARF), on vielä alkuvaiheessa. Se on kuitenkin "virstanpylväs", joka voisi avata uusia mahdollisuuksia vesi-ilma tietoliikenteessä, toteaa Adib.

TARF sisältää vedenalaisen akustisen lähettimen, jonka signaalit kulkevat eri taajuuksien paineaaltoina, vastaten eri databittejä. Kun lähetin haluaa lähettää 0:n se voi lähettää 100 hertsin aallon ja lähettää 1:n 200 hertsin aaltona. Kun signaali osuu pintaan, se aiheuttaa pieniä, vain muutaman mikrometrin korkuisia, aaltoja veteen.

Suurempien datanopeuksien saavuttamiseksi järjestelmä toimii ortogonaalisella taajuusjakoisella multipleksoimisen modulaatiolla.

Lähettimen kohdalle ilmaan sijoitetaan uudentyyppinen äärimmäisen korkeataajuksinen tutka, joka toimii millimetriaaltojen spektrissä, välillä 30 -300 gigahertsiä.

Veden pinnan tasoon tarkennettuaan tutka zoomaa pinnan värinään. Varsinainen haaste oli kaapata mikrometrien aallot ympäröivistä paljon suuremmista, luonnollisista aalloista. Tämän ratkaisemiseksi tutkijat kehittivät kehittyneitä signaalinkäsittelyalgoritmeja.

Luonnolliset aallot esiintyvät taajuuksilla noin 1 tai 2 hertsiä ja 100 ja 200 hertsin aallot ovat kuitenkin sata kertaa nopeampia. Tämän taajuuseron vuoksi algoritmi jättää huomiotta hitaammat aallot.

Tutkijat tekivät TARF:lla 500 testijaksoa vesisäiliössä sekä uimahalleissa, joissa olevat uimarit loivat noin 16 senttimetrin korkuisia aaltoja. Kaikissa koeasetuksissa TARF pystyi dekoodaamaan tarkasti erilaista dataa, jopa satoja bittejä sekunnissa. Tällä hetkellä järjestelmä ei kuitenkaan pysty dekoodaamaan signaaleja yli 16 cm:n suuruisissa aalloissa.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttitekniikkaa viestintään ja anturointiin merivesissä