Digital Radio-över-Fiber: En ny typ av radiosändare för framtidens trådlösa tillämpningar

Forskningsprojekt, 2016 – 2019

Vi lever i ett informationssamhälle där behovet av att kommunicera och utbyta information ständigt ökar. Till en ökande del, så sker denna kommunikation elektroniskt via såväl bärbara enheter (smarta mobiltelefoner, läsplattor, laptops, etc.) som stationära enheter (datorer, TV-apparater, projektorer, etc.). Tillsammans med behovet av snabb dataöverföring finns en stor medvetenhet kring att energiåtgången för att åstadkomma detta måste minimeras.
För stationära dataförbindelser så har dessa behov drivit på en övergång från elektriska förbindelser via kablar till överföring med hjälp av extremt snabb fiberoptisk teknik. Detta ger stora fördelar i form av ökad kapacitet, men även minskad energiåtgång. Chalmers har sedan många år bedrivit världsledande forskning kring utvecklingen av nya fiberoptiska komponenter just för dessa tillämpningar.

I näten för mobil kommunikation så har kraven på ökad kapacitet och minskad energiförbrukning lett till att man nu börjar undersöka hur framtidens mobila kommunikationssystem skall utformas. Genom teoretisk forskning så har man kommit fram till att mycket stora kapacitets och energibesparingsvinster kan åstadkommas om varje basstation, till skillnad från dagens enstaka antenner och låga frekvenser, i framtiden utrustas med 100-1000tals oberoende radiosändare med låg uteffekt, och att nya hittills oanvända höga millimetervågsfrekvenser tas i bruk. Detta innebär radikalt annorlunda krav på sändarelektroniken jämfört med befintliga lösningar. Faktum är att det i dagsläget inte finns några kostnads eller energieffektiva lösningar på hur man med tillgängliga tekniker skall kunna realisera ett så stort antal oberoende radiosändare, som alla dessutom måste vara noggrant synkroniserade till varandra.

I detta projekt så föreslår vi ett helt nytt tvärdisciplinärt koncept för att på ett kostnads- och energieffektivt sätt generera millimetervågssignaler. Det grundläggande konceptet är att utnyttja utvecklingen av standardiserade mycket snabba fiberoptiska dataöverföringar för att i vårt fall genera informationsbärande millimetervågssignaler i en radiosändare. Detta möjliggörs genom att först representera den önskade radiosignalen som en noggrant utformad sekvens av ettor och nollor, vilka lämpar sig väl för att behandlas i en vanlig digital signalprocessor och att överföras från en inomhusenhet till en radiosändare utomhus med hjälp av snabb standardiserad fiberoptisk dataöverföringsteknik med räckvidd på upp till 100m. Genom sin sinnrika utformning så kan därefter den önskade radiosignalen återskapas från den binära datasekvensen med hjälp av ett enkelt bandpass filter eventuellt följd av förstärkare och antenn. Utomhusdelen av sändaren blir därför synnerligen enkel, vilken är en förutsättning för att hålla kostnaden och energiförbrukningen nere. En annan fördel är att principen till största delen baseras på digital teknik, vilket gör den väldigt flexibel och lätt kan anpassas efter olika krav och kommunikationssignaler. Till skillnad från traditionella radiosändare så är behovet av analoga komponenter som digital/analogomvandlare, oscillatorer, modulatorer, etc. helt eliminerat vilket kan ge väsentliga energibesparingsvinster.

Projektet kombinerar på ett nyskapande sätt Chalmers världsledande forskning inom fiberoptisk dataöverföring, avancerade digitala radiosändare, och framtida kommunikationssystem för att lösa utmaningarna i att realisera radiosändare för nästa generations mobilsystem. Med tanke på detta så har resultaten från projektet potentiellt stor inverkan på energiförbrukningen och överföringskapaciteten i framtidens trådlösa tillämpning