למצוא את האות החרישי ברעש הסלולרי

פס רחב הוא היעד של מרבית תוכניות הפיתוח של טלפונים סלולריים וגולת הכותרת של מה שנקרא "הדור השלישי", G3. המושג "פס רחב" נובע מההנחה הבסיסית, שכל שידור מידע תופס תחום תדרים מינימלי, "פס" בספקטרום שידורי רדיו בו אסור לאחרים להפריע. מאחר והמקום בספקטרום מצומצם ומספר המשתמשים גדול, כל אחד מקבל רק "פס צר" וגם זאת רק לזמן מוגבל (עליו הוא משלם) ובאזור מצומצם (התא של הרשת הסלולרית). אם יותר ממשדר אחד פועל בזמן נתון באזור נתון, התוצאה היא הפרעה הדדית - משום שהמקלטים לא מסוגלים להפריד בין שידורים שונים באותו פס תדרים. הגדלת רוחב הפס בטלפונים מהדור השלישי נעשית מתוך ההנחה שמספר משתמשים יכולים לחלוק את השימוש בו בצורה סטטיסטית. אף אחד לא צריך את כל רוחב הפס כל הזמן, משום שהמידע מגיע מנתבי האינטרנט בפרצים קצרים, שביניהם מרווחי זמן גדולים.

חוסר היכולת של מקלטים להפריד בין שידורים שונים בתוך פס תדרים נתון נובע מחוסר ידיעה על כיוון השידור. אם היינו משתמשים באנטנות כיווניות, אפשר היה לנצל את הספקטרום גם בממד הזוויות ולהגדיל את מספר המשתמשים, או לתת לכל אחד פס רחב יותר. אבל אנטנות כאלה הן מסורבלות מדי למכשירים שצריכים להיכנס לכיס. רנלדו ולנזואלה ממעבדות Bell המפורסמות רוצה לעקוף את בעיית הסרבול עם טכניקה המבוססת על הבדלי המופע (הפאזה) של אותות רדיו הנקלטים בנקודות שונות במרחב. טכניקה דומה משמשת לכיוון אלומות מכ"ם בלי להזיז את האנטנה. קוראים לה "מטריצת פאזות" (Phased Array) והיא משתמשת בתכונה של גלים אלקטרומגנטיים "להתאבך" בצורה בונה בכיוונים מסוימים, בזמן שההתאבכות הורסת את הגל בכיוונים אחרים. מספר גדול של משדרים זעירים יוצרים את המטריצה וכיוון האלומה נקבע על ידי שליטה במופע היחסי של השידור מכל אלמנט. אותו עקרון יכול לעבוד גם בקליטה וזה מה שעושים אסטרונומים, כאשר הם מחברים את הקלט של מספר אנטנות רדיו-טלסקופ כדי ליצור טלסקופ "וירטואלי" עם מפתח ענק ואבחנה משופרת של הכיוון ממנו מגיע השידור.

פרוייקט Blast של מעבדות בל מנסה ליישם טכניקה של הפרדה כיוונית לפי הפרשי מופע בטלפוניה סלולרית. למעשה, מי שקולט שיחה בטלפון לא מעוניין במיוחד בזוית והנתון הזה משמש רק לצורך הפרדת האות מרעש הרקע. המקלט צריך לזהות יחסי מופע מסוימים, שמאפיינים שיחה ספציפית, ולעקוב אחריהם. הזווית היא "וירטואלית" לחלוטין במקרה הזה והיא נוצרת בצורה מלאכותית מכך, שכל שיחה משודרת מכמה נקודות סימולטנית עם הבדלי מופע שייחודיים לה. בתוך הרעש הכולל ניתן להפריד את השיחות על ידי "הזזת הפאזה" של האותות הנקלטים באנטנות שונות כך שרק שיחה אחת מתאבכת בצורה בונה בעוד כל השאר נהרסות.

היכולת להפריד זרמי שידורים בטכניקה זו הולכת ומשתפרת ככל שרבות האנטנות במקלט. עם 10 אנטנות, מקלט Blast מסוגל להפריד בין 20 ל-40 סיביות בשניה מכל הרץ בפס התדרים. למשל, פס ברוחב 50 קילוהרץ יכול להעביר כך בין 1 ל-2 מיליון סיביות לשניה. להשוואה, בטכניקות המקובלות קשה להשיג אפילו קצב של 9600 סל"ש מהפס הזה. הטריק שמאפשר הפרדה הוא סימן זיהוי, שמוצמד לכל שיחה ומשמש לסנכרון הקליטה מהאנטנות השונות. ביל משווה את זה לפתרון מערכת משוואות מרובת נעלמים. כל עוד מספר המשוואות קטן ממספר הנעלמים אין אפשרות לפתור את המערכת בצורה חד-ערכית. באלגוריתם המיוחד של Blast הנעלמים הם "הזזות הפאזה" הדרושות להפרדת שיחה אחת מתוך הרעש, וכל אנטנה נוספת מוסיפה משוואה למערכת. "המזל שלנו, שמדובר במערכת ליניארית", הוא אומר. "רוחב הפס האפקטיבי גדל ביחד ישר למספר האנטנות שמשמשות לקליטה ולשידור". הדגם הנוכחי של Blast גדול כקופסת נעלים, אבל כולם בטוחים כי לא תהייה בעיה למזער את המקלט לגודל שנכנס לטלפון סלולרי אלגנטי.