Full duplex tarkoittaa sellaista radioyhteyttä, joka sekä lähettää että vastaanottaa dataa samalla taajuudella. Tähän asti on ajateltu, ettei aito full duplex -radio ole mahdollinen. Tampereen teknillisen yliopiston ja Aalto-yliopiston tutkijat ovat kuitenkin eri mieltä.
Tutkijoiden kehittämä tekniikka voisi jopa kaksinkertaistaa langattoman tiedonsiirron kapasiteetin. Toimivaa full duplex -radiota kehittävät TTY:n elektroniikan ja tietoliikennetekniikan professori Mikko Valkama ja professori Risto Wichman Aalto-yliopistosta.
Toimivaa langatonta tiedonsiirtojärjestelmää kehittää molemmista korkeakouluista muutama tutkija. Mikään helppo projekti hanke ei ole.
- Meillä on edessämme hyvin suuria antennitekniikkaan, radiotaajuuspiiritekniikkaan ja digitaaliseen signaalinkäsittelyyn liittyviä haasteita, Mikko Valkama sanoo.
Käyttöön jo vuosikymmenen lopulla?
Kun esimerkiksi matkapuhelin ja tukiasema keskustelevat keskenään, siirretään eri suuntiin liikkuva tieto aina joko eri taajuudella tai vuorotellen samalla taajuudella. Vuorottelu tapahtuu niin nopeasti, ettei ihmiskorva sitä huomaa. Koska käytettävissä on vain kapea alue radiotaajuuksista, on samanaikaisia yhteyksiä vain rajallinen määrä. Puhelimen tai wlan-verkon käyttäjä huomaa tämän tiedonsiirron hidastumisena.
Perusongelma full duplex -tekniikassa on laitteiden lähtevän ja vastaanotettavan signaalin tehoero. Esimerkiksi matkapuhelimen tukiasemalle lähettämän signaalin teho on +20 dBm eli noin 100 milliwattia. Vaikka teho on pieni, se on erittäin paljon suurempi kuin teho, jolla vastaanotettava signaali saapuu puhelimeen.
– Vastaanotettavan signaalin teho voi heikoimmillaan olla -90 tai -100 dBm, Tehoero on silloin tuhatmiljardikertainen, Valkama laskee.
Jos ollaan samalla taajuudella, lähetettävä signaali peittää vastaanotettavan signaalin.
Valkaman ja Wichmanin ryhmät etsivät ratkaisua pulmaan laitteiden erillisistä lähetys- ja vastaanottoantenneista. Lisäksi ratkaisussa vaimennetaan lähetyssignaalia ennen kuin se pääsee RF-piirien herkkiin vahvistimiin. Signaalin loppuhäiriö poistetaan signaalinkäsittelyn keinoin.
Haasteita ratkaistaan kahdessa rinnakkaisessa tutkimushankkeessa. Toista rahoittaa Suomen Akatemia ja toista Tekes. Mukana on myös ict-alan strategisen huippuosaamisen keskittymä TIVIT Oy ja alan yrityksiä.
Full Duplex -projekteissa tehdään runsaasti kansainvälistä tutkimusyhteistyötä: Akatemian projektissa amerikkalaisen Ricen yliopiston ja Tekesin projektissa japanilaisten Kioton ja Tokion yliopistojen kanssa. Suomessa aihetta tutkitaan myös Oulun yliopistossa.
– Jos onnistumme, ensimmäiset kaupalliset sovellukset voisivat olla valmiina vuosikymmenen loppupuolella, Valkama arvioi. Todennäköisesti ensimmäiset sovellukset ovat wlan-verkkojen tapaisia piensolulaitteita.
Adelaiden yliopiston tutkijat ovat onnistuneet valmistamaan kuivamenetelmällä paksuja, itseään kannattelevia elektrodeja, jotka mahdollistavat jopa kaksinkertaisen suorituskyvyn verrattuna aiempiin sinkki- tai litiumioniakkujen jodikatodeihin. Lisäksi tutkijat lisäsivät elektrolyyttiin 1,3,5-trioksaania, joka muodostaa sinkin pinnalle suojaavan kalvon estäen dendriittien eli neulamaisen rakenteen muodostumisen.
Tallennusteknologian siirtyminen PCIe 4.0:sta PCIe 5.0:aan on käynnissä, ja se tuo mukanaan huomattavan suorituskykyloikan: PCIe 5.0 -väylä tuplaa kaistanleveyden 32 gigatransferiin sekunnissa (GT/s) per kaista. Tämä kehitys on erityisen merkittävä datakeskuksille, joissa SSD-levyjen tiedonsiirtokyky vaikuttaa suoraan palvelinten ja erityisesti tekoälyyn ja laskentatehoon perustuvien järjestelmien suorituskykyyn.
Tekoälyn yleistyminen kaikkien saataville asettaa uusia haasteita sulautettujen järjestelmien suunnittelijoille. Tämä koskee erityisesti verkon reunalla toimivia, koneoppimista (ML) hyödyntäviä IoT-sovelluksia. Niiden on toimittava hyvin tehokkaasti mahdollisimman alhaisella syöttövirralla sekä täytettävä prosessorien ja muistien vähimmäisvaatimukset.
