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


- vaihdat vain ohjelmaa.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Julkaistu Tiede-lehdessä 8/2006

Sisältö jatkuu mainoksen alla


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.

Sisältö jatkuu mainoksen alla