Inteligentne radio pożyczy sobie nieużywaną częstotliwość

Dla nowych systemów łączności komórkowej, telewizyjnej, radiowej zaczyna brakować częstotliwości. Naukowcy zastanawiają się nad tym, jak „pożyczyć” nieużywane pasmo w momencie, kiedy nie jest potrzebne właścicielowi. Tak powstaje inteligentne radio, które samo potrafi sobie wyszukiwać pasma, uczy się i wyciąga z własnych działań wnioski na przyszłość.

Droga do inteligentnego radia

Systemy radiowe mają coraz więcej użytkowników. Transmisja danych odbywa się nie tylko w ramach telefonii komórkowej, telewizji i radia. Nadawanie i wysyłanie sygnału umożliwia sterowanie i komunikowanie się dronami, kamerami lub platformami do kształcenia studentów na uczelniach. Firmy i instytucje otrzymują zasoby częstotliwości do dyspozycji na stałe. Ale nie wszyscy użytkownicy w pełni wykorzystują swój przydział.

„Kiedy zidentyfikujemy, że w danym paśmie na naszym obszarze nie nadają jego pierwotni użytkownicy, czyli ci, którym zostało ono przydzielone, wówczas moglibyśmy je wykupić i wykorzystać na potrzeby swoich transmisji” – tłumaczy dr inż. Krzysztof Malon z Wydziału Elektroniki Wojskowej Akademii Technicznej w Warszawie. Zaznacza, że po opracowaniu nowego systemu radiowcy nie mogą rozpocząć pracy na dowolnych częstotliwościach, bez zgody instytucji centralnej. Każda transmisja radiowa musi być zgłoszona.

Opisany przez niego sposób działania to tzw. dynamiczny dostęp do widma. Aby zrozumieć pojęcie widma, należy wiedzieć, że fale elektromagnetyczne rozchodzą się w próżni z tą samą prędkością, za to różnią się częstotliwością i długością. Różne zakresy fal jako całość tworzą właśnie widmo promieniowania elektromagnetycznego. Obejmuje ono szeroki zakres długości fal: od promieniowania gamma do fal radiowych.

Choć jeszcze w Polsce takie „pożyczanie sobie” przestrzeni widmowej do komunikacji jest niezgodne z regulacjami, to na całym świecie trwają prace nad niezbędnymi rozwiązaniami technicznymi i prawnymi, które to umożliwią.

W poszukiwaniu dziur widmowych

Dr inż. Krzysztof Malon zbadał wykorzystanie pasma na terenie WAT. Jak wyjaśnia, instytucje wojskowe również nie mogą nadawać w paśmie, które zostało przydzielone innym. Badanie potwierdziło, że wykorzystanie zasobów wynosiło około kilkanaście procent. Naukowiec pokazał, że analizując przestrzeń czasowo – częstotliwościową na określonym obszarze, można wskazać tzw. dziury widmowe, gdzie nie ma żadnej transmisji.

W swojej pracy doktorskiej dr inż. Malon przedstawił metodę, która umożliwia rozpoznawanie środowiska radiowego. Opracowany przez niego algorytm ocenia poszczególne kanały częstotliwościowe i wskazuje te pasma, które są formalnie zajęte, ale w rzeczywistości nieużywane. Ponadto wskazuje przydatne w komunikacji kanały radiowe.

Badacz zdobył III nagrodę Fundacji Wspierania Rozwoju Radiokomunikacji i Technik Multimedialnych w ogólnopolskim konkursie na najlepszą pracę doktorską z tej dziedziny. Wyniki swoich badań wykorzystuje, uczestnicząc w pracach Europejskiej Agencji Obrony. Eksperci z całej Europy pracują nad stworzeniem inteligentnego radia, które będzie świadome swojego otoczenia i będzie umiało wchodzić z nim w interakcje.

Wykorzystanie widma w nauce i dydaktyce

Jak wyjaśnia dr inż. Malon, uczelnie wykorzystują przyznane pasma częstotliwości w pracach badawczo-rozwojowych. Kiedy inżynierowie tworzą nowe systemy i nowe techniki przetwarzania sygnału, potrzebują dostępu do widma. Dzięki temu mogą na przykład łączyć się z platformami lądowymi lub z dronami.

Osobne częstotliwości są potrzebne do kształcenia studentów w obsłudze radiostacji cywilnych i wojskowych. Często pracują one na częstotliwościach satelitarnych. Studenci uczą się w rzeczywistych warunkach, gdzie wszystko musi odbyć się zgodnie z regułami, także przydział pasma. W podobny sposób działają koła naukowe studentów konstruujących urządzenia radiowe.

Studenci WAT korzystają również z platform edukacyjnych zawierających radia definiowane programowo SDR (ang. Software Defined Radio). Opracowują własne nadajniki i odbiorniki radiowe, a także programują. „Taką platformę można na przykład zaprogramować do odbioru określonej stacji radiowej, wgrywając jedno oprogramowanie, a potem nie zmieniając sprzętu tylko pisząc inne oprogramowanie można ustalić że będzie odbierała sygnał telefonii komórkowej” – tłumaczy dr inż. Malon. Dodaje, że edukacyjna platforma radiowa może działać w wielu pasmach i właśnie dlatego potrzebuje przydziału częstotliwości w określonych zakresach.

PAP – Nauka w Polsce, Karolina Duszczyk

Źródło informacji: Nauka w Polsce