Uusi ohjelmistoradio toimii kännykkänä, tutkana tai lähiverkon päätteenä - vaihdat vain ohjelmaa.


- vaihdat vain ohjelmaa.


Julkaistu Tiede-lehdessä 8/2006



Kun ennen puhuttiin radiosta, se oli yleisradiovastaanotin. Nyt radiolaitteista tutuin on kännykkä. Se on jo tätä nykyä monipuolinen tietotekniikan yleiskone mutta radioteknisesti vielä varsin rajoittunut laite. Tämän päivän älypuhelimet ovat huomisen idiootteja.

Esimerkiksi GSM-kännykkäni osaa tulkita vain GSM-standardin mukaisia signaaleja. Jos tukiasema lähettäisikin jo vaienneen NMT:n tai uuden UMTSin mukaista signaalia, kännykkäni ei saisi siitä mitään tolkkua. Sama pätee muihin radioihin: yleisradiovastaanotin on kuuro GPS-signaalille, eikä GPS:llä onnistu sävelradion kuuntelu.
Tavallisessa radiossa on antennin jälkeen suodattimia, vahvistimia, sekoittimia ja ilmaisin.

Suodattimella poistetaan väärillä taajuuksilla olevia signaaleja, vahvistimella saadaan heikkoon signaaliin ytyä, ja sekoittimella signaali siirretään matalammalle taajuudelle, jolloin sen käsittely helpottuu. Ilmaisin eli demodulaattori erottaa lopulta signaaliin liitetyn informaation, jonka avulla muodostetaan ääni tai kuva.

Tällainen radio on viritetty juuri tietynlaiselle signaalille: kaikista ympärillään risteilevistä radioaalloista se pystyy tulkitsemaan järjelliseen muotoon vain pienen osan.


Laite = antenni + tietokone

Ohjelmistoradion periaate on yksinkertainen: muutetaan antennista tuleva signaali, joka on kaikenlaisten radiolähetteiden summa, digitaaliseksi ja hoidetaan signaalin jatkokäsittely laskemalla.

Suodatus, sekoitus ja ilmaisu tehdään ohjelmien avulla bittien maailmassa. Radio on kuin suoraan antenniin liitetty tietokone, joka pystyy tulkitsemaan kaiken, mitä antenni vastaanottaa.

Ohjelmistoradio ei hetkahda tietoliikennestandardeista. Jos sitä käytetään kännykkänä, se toimii kaikissa matkapuhelinverkoissa. GSM-verkosta voi siirtyä UMTSiin vain vaihtamalla ohjelmanpätkää. Standardit on helppo päivittää, koska taajuuksien muuttaminen ei tee puhelimesta mykkää.

Uutta laitetta voi käyttää paitsi puhelimena myös navigointivastaanottimena ja lähiverkon päätteenä. Tarpeen vaatiessa radiosta saa etäisyyttä tai nopeutta mittaavan tutkan. Kutakin käyttötarkoitusta varten on omat ohjelmansa.

Niin, ja kuuluvathan siitä myös radio-ohjelmat.


Älyantenni parantaa yhteyttä

Myös antennit kehittyvät. Antennin rakenne ratkaisee suuntakuvion eli sen, mihin suuntiin antenni säteilee tai mistä suunnista se vastaanottaa säteilyä tehokkaasti. Jos antenni koostetaan useista elementeistä, suuntakuviota pystytään muokkaamaan. Elementtien signaalit summataan, ja kun tämä tehdään laskennallisesti tehokkaalla prosessorilla, antenniryhmään saadaan älyä ja omatoimisuutta.

Älyantenni osaa kohdentaa keilansa vastaanottimen suuntaan ja pystyy myös torjumaan muista suunnista tulevat häiriöt. Tehoa ei siis roiskita turhiin suuntiin, ja yhteyden laatu paranee.

Jotta suuntakuvion muokkaus onnistuisi hyvin, antennin on oltava tarpeeksi kookas. Siksi kovin älykkäät antennit eivät mahdu pieneen kannettavaan laitteeseen, mutta esimerkiksi tukiaseman antenniin älliä on ympättävissä paljonkin.


Radiot toimivat kimpassa

Sähkömagneettiset häiriöt, ympäristön heijastukset tai katveet estävät usein radion toiminnan. Ohjelmistoradio, jossa on älykäs antenni, pärjää paremmin. Se tietää, millaisia signaaleja on tulossa ja mistä suunnista. Koska se myös tietää jatkuvasti sijaintinsa sieppaamiensa navigointisignaalien perusteella, se voi tallentaa tiettyyn paikkaan liittyvät kokemuksensa. Tutussa ympäristössähän on helpointa toimia.

Lähekkäiset älyradiot voivat jutella keskenäänkin. Ne voisivat vaihtaa kokemuksiaan ja sopia esimerkiksi taajuuksien jaosta. Keskenään kommunikoivat radiot muodostaisivat lauman, joka auttaa katveeseen tai heikkoon kenttään joutunutta lajitoveriaan. Jos tukiasemaan ei saa suoraa yhteyttä, kaverin kautta viestin saa ehkä perille. Jos oma äly ei riitä, lainataan naapurilta.


Malta vielä muutama vuosi

Täysiverisen ohjelmistoradion tekeminen ei vielä onnistu, sillä digitalisoinnin suorittavat AD-muuntimet eivät ole tarpeeksi hyviä. Digimuotoisen esityksen pitäisi olla huipputarkka, jotta kaikki heikotkin signaalit saataisiin kaivettua siitä esiin. Tällä hetkellä on tyydyttävä puoliveriseen malliin, jossa signaali digitoidaan vasta sekoituksen jälkeen matalamalla taajuudella.

Tarvitaan sekä tehokkaampia integroituja piirejä että tarkempia laskenta-algoritmeja. Kehitys on kuitenkin nopeaa, ja muutaman vuoden päästä älyradiot saattavat putkahtaa laboratorioista maailmalle.

Matkaviestinnässä ja erityisesti sotilaallisissa sovelluksissa, joissa sähkömagneettinen ympäristö on karikkoinen, ympäristöstään tietoinen älyradio on toivottu tulokas. Älykkyyden myötä radiotaajuuksien spektrin käyttö tehostuu ja palvelujen laatu ja luotettavuus paranevat. Todennäköisesti myös syntyy aivan uusia sovelluksia.



Arto Lehto on radiotekniikan dosentti Teknillisessä korkeakoulussa.

Suomalaistutkija havaitsi, että maaseudun monimuotoinen luonto saattaa suojata koiria allergialta. Se antaa tukea biodiversiteettihypoteesille.

Kaupunkilaiskoirilla on enemmän allergioita kuin maaseudulla asuvilla. Vähiten allergioita on koirilla, jotka elävät maalla maalaismaiseen tapaan monilapsisessa, muitakin eläimiä omistavassa perheessä ja saavat ulkoilla vapaasti kotipihalla.

Tällaisia asioita koirista Jenni Lehtimäki sai selville väitöstutkimuksessaan, josta Helsingin Sanomat kertoo jutussaan.

Ihmisistä tosin ei samanlaista yhteyttä löytynyt allergioiden ja asuinpaikan väliltä.

Lehtimäki testasi biodiversiteettihypoteesia. Sen mukaan immuunijärjestelmämme häiriintyy ja allergian tapaiset tulehdusperäiset sairaudet lisääntyvät, kun ympäristön monimuotoisuus hupenee ja me altistumme entistä vähemmille luonnon mikrobeille.

Väitöskirja koostui neljästä tutkimuksesta, joista kaksi käsitteli lapsia ja kaksi lemmikkikoiria.

Kummassakaan lapsitutkimuksessa ei löytynyt merkittävää yhteyttä allergioiden ja ihon mikrobien tai luonnon monimuotoisuuden välillä.

Toisin oli lemmikkien laita. Koiranomistajille suunnatun kyslytutkimusken mukaan sairaimpia olivat kaupunkilaiskoirat, joista noin 17 prosentilla oli allergiaa. Maalla osuus oli viitisen prosenttia.

”Kysely osoittaa ensimmäistä kertaa urbaanin ympäristön ja muun nisäkkään kuin ihmisen allergian välisen yhteyden”, Lehtimäki kertoo.

Vielä selvemmän näytön tarjoaa neljäs tutkimus, johon osallistui yhteensä 170 labradorinnoutajaa ja suomenlapinkoiraa.

Se paljasti, että eniten allergioista kärsivät kaupungissa esimerkiksi kerrostalossa asuvat koirat, joilla on ”urbaani elämäntyyli”. Niiden hoidosta vastaa yksi ihminen, joka harrastaa monenlaista ja lenkkeilee paljon koiran kanssa.

Harvinaisimpia allergiat ovat maalaiseen tapaan maalla elävillä koirilla. Niiden iholla on viljalti ympäristöstä peräisin olevia bakteereja.

Lehtimäki ihmettelee, miksi ympäristön ja allergian yhteys tuli ilmi koirilla muttei lapsilla.

”Allergia on monimutkainen sairaus ja ihmiselämä on monimutkaista, mikä saattaa piilottaa ympäristön vaikutuksen”, hän miettii.

Täysin piiloon ihminen ei kuitenkaan jäänyt. Kyselytutkimuksessa paljastui, että jos allergia vaivaa koiraa, omistajakin on todennäköisesti allergikko. Tämä johtuu epäilemättä jostain yhteisestä tekijästä koiran ja omistajan elämäntavoissa tai ympäristössä.

”Maaseutumaisessa ympäristössä koiran ja ihmisen elimistö altistuu mikrobeille, jotka jollakin tavalla tukevat immuunijärjestelmän toimintaa”, Lehtimäki toteaa.

Kysely

Uskotko biodiversiteettihypoteesiin?

Tutustu sisältöön ja lue uusi lehti digilehdet.fi:ssä.

 

Tieteessä 2/2018 

 

PÄÄKIRJOITUS

Kun viha vie

Vihapuhuja ratsastaa alkukantaisella reaktiolla.

 

PÄÄUUTISET

Unissa puhutaan rumia

Myöntisen päiväminän takaa kurkkii
kielteinen yöminä – hyvästä syystä.

Alienkivi on yksi miljoonista

Tähtienvälisiä asteroideja syöksyy
aurinkokunnan läpi jatkuvasti.

Nykyihminen seikkaili
ulos Afrikasta useita kertoja

Yhden ulostulon malli ei enää mitenkään
istu Aasian löytöihin.

Korallit kalpenevat kiihtyvää tahtia

Lämpenevät vedet riistävät
polyypilta elintärkeän kumppanin.

 

ARTIKKELIT

Migreeni vyöryy aivorungosta

Kun sähköt sekoavat hermokeskuksessa,
kipuviestit kiihdyttävät aivot hälytystilaan.

Esinisäkkäät
Maailman valtiaat ennen dinosauruksia

Kehitys kohti meitä käynnistyi jo silloin,
kun maapallon mantereet olivat vielä yhtä.

Siittiöt hukassa

Enää hälytyskellot eivät kilise van kumisevat.
Miesten siittiömäärät ovat romahtaneet.

James Bond
Harmaa agentti hurmasi maailman

Vastoin odotuksia huomaamaton vakooja sai
valtavan huomion. Kohu teki fiktiosta faktaa.

Liikenne jättää tiet

Visio on villi muttei utopiaa. Jokainen sopiva
maapala tarvitaan luonnolle ja ruoalle.

Ennen paras mies oli poikamies

Naiset ja seksi eivät ole aina olleet miehen mitta.
Elämän tärkeät asiat löytyivät pitkään toisaalta.

 

TIEDE VASTAA

Voiko pissa jäätyä kaarelle?

Haudataanko vainajat ilmansuuntien mukaan?

Mikä on puujalkavitsi?

Miksi kuusi kestää lumen painon?

Miten norppa löytää takaisin avannolle?

Voiko avaruusaseman palauttaa Maahan?

 

KIRJAT

Oma dna kantaa suvun historiaa

Marja Pirttivaara teki suomalaisille sukututkijoille uudenlaisen kätevän oppaan.

 

KUVA-ARVOITUS

Klassikkopalsta

kutsuu lukijoita tulkitsemaan kuvia lehden Facebook-sivustolle: facebook.com/tiede.fi

 

OMAT SANAT

Valoa kohti

Entisinä aikoina kantasana tarjosi myös lämpöä.

 

Jos olet Sanoman jonkin aikakauslehden tilaaja, voit lukea uusimman numeron jutut Sanoman Digilehdet-palvelussa.

Ellet vielä ole ottanut tilaukseesi kuuluvaa digiominaisuutta käyttöön, tee se osoitteessa https://oma.sanoma.fi/aktivoi/digilehdet. Aktivoinnin jälkeen pääset kirjautumaan suoraan digilehdet.fi-palveluun.