Alleen de dromerige elektronische muziek ontbreekt nog. Verder doet het filmpje dat Maurice Kwakkernaat (30) op het scherm van zijn laptop tovert in alles denken aan een kunstzinnige videoclip. We glijden soepel door een omgeving met brede wegen en hoge gebouwen in langzaam verglijdend perspectief. Met wisselende tussenposen verschijnen in het kleurloze landschap felgekleurde vlekken, in alle kleuren van de regenboog. Op flatgebouwen, bomen, lantaarnpalen. De vlekken veranderen langzaam van grootte, positie en vorm, als in een psychedelische film. In de verte ontwaren we de Amsterdam ArenA.

“We zijn door KPN gevraagd om in die omgeving metingen te doen”, vertelt Kwakkernaat over het filmpje. “Er staan daar twee zendmasten, en de straling van de een verstoorde het signaal van de ander op plekken waar dat eigenlijk niet zou moeten kunnen. Met ons busje hebben we in kaart gebracht hoe dat komt.” De radiostraling blijkt door gebouwen en andere objecten, zoals bomen en lantaarnpalen, te worden afgebogen en weerkaatst. De gekleurde vlekken in het filmpje laten exact zien hoe dat gebeurt. Ze geven namelijk aan vanuit welke richting de speciale antenne op het dak van het busje de radiostraling ontvangt.
Problemen zoals die bij de ArenA zijn niet zeldzaam, zegt Kwakkernaat. En hij verwacht dat de problemen alleen maar toenemen door de steeds hogere eisen die we stellen aan mobiele netwerken voor toepassingen zoals mobiel internet. Een sms’je overstralen is wel iets anders dan ‘live’ een film kijken op de achterbank van de auto. “Het is een trend, we willen altijd en overal toegang hebben tot het internet. Dat stelt hoge eisen aan het mobiele netwerk.”

Beelden van de TU/e-campus: aan de gekleurde cirkels is te zien door welke objecten de radiostraling weerkaatst wordt. De kleur en grootte van de cirkels geven het door de antenne ontvangen vermogen weer.

Reflectie
Maar in stedelijke omgevingen heb je last van onvoorspelbare ‘propagatie-effecten’, zoals Kwakkernaat het noemt: reflectie van de radiogolven, met name aan gebouwen. Zo kan het gebeuren dat een signaal de ontvanger via verschillende paden bereikt, en dat kan storing veroorzaken. De reflecties zijn echter niet alleen slecht: “In principe kun je die verschillende paden gebruiken om meer informatie over te zenden, en dus de snelheid van het netwerk te vergroten. Maar dan moet je wel kennis hebben van de omgevingseffecten.” MIMO heet de techniek waarbij de reflecties worden benut: multiple input, multiple output.

Ruim twee jaar geleden kwam, in nauwe samenwerking met het Communications Research Centre Canada (CRC), het systeem gereed waarmee de hierboven beschreven filmpjes worden opgenomen. Het bestaat uit twee hoofdbestanddelen: een antenne en een videocamera, die beide op het dak van een busje zijn gemonteerd. De antenne is volgens Kwakkernaat een uitgebalanceerd ontwerp, waarover lang is nagedacht. Hij is opgebouwd uit maar liefst 31 kleine antennes, verdeeld over drie elkaar kruisende rijen, op zo’n manier dat nauwkeurig (binnen vijf graden) kan worden vastgesteld uit welke richting de opgevangen straling afkomstig is. De constructie is ongeveer een halve meter groot in alle richtingen.

De antennes worden om beurten uitgelezen, in een zich herhalende sequentie die in totaal minder dan een milliseconde duurt. Snel uitlezen is nodig, omdat het busje tijdens de meetsessie gewoon aan het verkeer deelneemt, en dus niet elke meter kan stoppen om even rustig data binnen te halen. “Met dit systeem kunnen we meten terwijl het busje met maximaal vijftig kilometer per uur rondrijdt”, zegt Kwakkernaat. “De uitleessnelheid beperkt de nauwkeurigheid wel een beetje, maar het ontwerp is uiteindelijk een trade-off tussen het onderscheidend vermogen van de antenne en de eis dat je kunt meten terwijl het busje rijdt.”

Om de exacte positie en oriëntatie van de antenne bij te houden, is het busje ook voorzien van een geavanceerd gps-systeem met aanvullend kompas, hoogtemeter en apparaatjes die de versnelling en draaibewegingen van het voertuig in kaart brengen. Al deze instrumenten zijn nodig om het standaard gps-signaal aan te vullen, voornamelijk als de ontvangst wordt verstoord door omringende gebouwen - een mooie illustratie van de problemen die Kwakkernaat tijdens zijn onderzoek te lijf is gegaan.

Behalve de radioantenne bevat het busje ook een zogeheten omnidirectionele videocamera, die de omgeving rondom de antenne over een bereik van 360 graden in beeld brengt. Deze beelden worden over radiometingen gelegd, waardoor in een oogopslag zichtbaar is wat de bronnen van ongewenste radioreflecties zijn. Het levert de hierboven beschreven, videoclip-achtige filmpjes op, waarbij de onvermijdelijke vertekening door de projectie op een plat vlak bijdraagt aan het psychedelische effect.

De Radiocommunicatiegroep van prof.dr. Erik Fledderus en dr. Matti Herben, onderdeel van de onderzoeksgroep EMW van de faculteit Elektrotechniek, werkt al meer dan tien jaar aan een instrument waarmee de effecten van obstakels op de radiogolven kunnen worden gemeten. Dat heeft nu dus een uniek systeem opgeleverd dat niet alleen prima metingen doet, maar dat de resultaten vooral ook op een inzichtelijke en aansprekende manier presenteert. Daarnaast ontwikkelde de groep op basis van de metingen een model dat het gedrag van de radiogolven beschrijft. Kwakkernaat vindt dat een grote prestatie voor zo’n kleine groep: de afgelopen jaren was hij de enige promovendus op het project.

Volgens Kwakkernaat hebben de meeste beheerders van mobiele netwerken lange tijd nauwelijks belangstelling gehad voor hun onderzoek. “Ze steken hun geld liever in iets dat op korte termijn resultaat oplevert, maar ze zien nu toch ook in dat de simpele modellen die ze momenteel gebruiken, zonder reflecties, niet meer voldoen. Gelukkig zijn TNO en KPN wel bereid geweest om te investeren in deze technologie, en de laatste tijd krijgen we ook van andere partijen verzoeken om te komen meten. We hebben nu dan ook een systeem waarmee we overtuigende presentaties kunnen geven voor bijvoorbeeld de raad van bestuur van KPN. Dat scheelt natuurlijk wel. Die topmensen van KPN waren erg onder de indruk van de filmpjes.”/.

Ir. Maurice Kwakkernaat verdedigt op woensdag 10 december om 16.00 uur zijn proefschrift ‘Angular Dispersion of Radio Waves in Mobile Channels: Measurement based Analysis and Modelling’.
Dit gebeurt in zaal 5 van het Auditorium.