Prijsuitreiking de heer J.H.C. van den Heuvel

Considerans, uitgesproken door prof.ir. K.H.J. Robers,
op de NERG bijeenkomst te Eindhoven op 22 mei 2013

Mijnheer de voorzitter, dames en heren,

In zijn vergadering van 25 januari 2013 heeft het bestuur van de Stichting Wetenschappelijk Radiofonds Veder besloten de Veder-prijs 2012 toe te kennen aan dr.ir. Johan van de Heuvel, "voor zijn vernieuwende analyse en ontwerp van MIMO radiosystemen met geminimaliseerd vermogensgebruik van de ontvanger".

Dames en heren, voor mij geen smartphone. Een telefoon is er om te bellen en gebeld te worden. Als je hem altijd bij je wilt dragen zal hij klein en licht moeten zijn, zo klein en licht dat hij nauwelijks voelbaar aanwezig is. Bovendien, als zo'n ding draadloos is, dan zal hij af en toe opgeladen moeten worden, dat kan ik billijken. Maar dan wel af en toe, zeg eens in de twee weken en niet iedere dag, zoals dat met de huidige smartphones wel moet. Er valt dus nog veel te verbeteren aan het verbruik van energie van dit soort interessante en af en toe ook nuttige apparaatjes, die via radio voortdurend in verbinding staan met de ons omringende infrastructuur.

Het energieverbruik van moderne draadloze communicatiesystemen wordt in toenemende mate gedomineerd door het verbruik van de ontvanger. Dit lijkt vreemd, gewoonlijk gebruiken zenders immers veel meer vermogen dan ontvangers? We moeten ons echter realiseren dat de ontvanger bijna voortdurend aan staat, terwijl de zender meestal in korte bursts uitzendt. Door de korte te overbruggen afstanden, eerder gemeten in meters dan in kilometers, hoeft hij slechts een laag vermogen aan de antenne af te geven. Zo wordt deze stelling al wat duidelijker.

In de huidige systemen voor WiFi worden meer zenders tegelijk en op dezelfde frequentie gebruikt. Dat heet MIMO. Daardoor is er nogal veel storing aanwezig. Om dat de baas te blijven moet het front-end van de ontvanger ruim ingesteld zijn. Dat betekent vrij grote stromen door de transistoren bij een wat hogere voedingsspanning. De erop volgende analoog naar digitaal omzetter behoeft een hoge nauwkeurigheid, veel bits diep dus. Ziedaar het hoge vermogensverbruik van de ontvanger of ontvangers.

Het gaat hier om communicatie over korte afstanden. Sinds de dagen van Shannon is in het totale ontwerp van zenders en ontvangers de nadruk gelegd op het vermogen van de zender. In dit geval is dat steeds minder relevant. Er ontstaat een behoefte aan een compleet nieuwe optimalisatiemethode voor draadloze systemen met een laag vermogen.

Johan van den Heuvel heeft de communicatietheorie van MIMO kanaalcapaciteiten en het vakgebied van RF front-end IC-ontwerp verenigd en daarmee een aantal doorbraken bereikt:
  • Ten eerste heeft Johan voor het eerst aangetoond dat er mathematische optimalisaties mogelijk zijn voor een optimale throughput per hoeveelheid energie die verstookt wordt in de ontvanger. Dit deed hij op basis van informatietheorie, Lagrange optimalisatiemethoden en ontwerpmethodologieën in RF IC-ontwerp. Essentieel daarbij bleek de onderdrukking van 3e orde vervorming.

  • Ten tweede toonde hij aan dat het optimum ligt bij 2,3 bit / s / Hz, ongeacht de ontvangstomstandigheden. Denk hierbij aan de aanwezigheid van sterke stoorsignalen. Dit grensverleggend inzicht leidt tot belangrijke ontwerpregels voor toekomstige algorithmen en protocollen voor optimaal energieverbruik.

  • Ten derde heeft hij op basis van deze analyses en inzichten een analoge complexe matrix-vermenigvuldiger ontworpen. Deze bewerkt de antennesignalen in de 2,5 GHz-band zodanig dat de lineariteitseisen aan de hoogfrequent-, middenfrequent- en dataconversiecircuits kunnen worden gereduceerd. Hij heeft hiervoor zowel de algorithmes als de implementatie in het CMOS65 RF IC proces ontworpen en gerealiseerd. Het energieverbruik van de ontvanger neemt hierdoor met meer dan 90% af. Experimenten met de gerealiseerde hardware en software tonen dat aan.
Op onze universiteiten en in de wereld om ons heen horen wij steeds luider de roep om specialisatie. Jonge mensen zouden niet meer breed opgeleid moeten worden. Niet weinig weten van veel, maar veel van weinig. Het onderhavige werk logenstraft deze opvatting volkomen. Van informatietheorie, via analoge elektronica en software defined radio tot IC-ontwerp, Johan van den Heuvel heeft het allemaal moeten doen. En nee, dit kun je niet doen met een team van specialisten. Daarvoor grijpt een en ander teveel in elkaar. Je moet iemand hebben die het hele terrein overziet en ook nog weet hoe het met de details zit. Het gaat dus om veel weten van veel en het dan ook nog kúnnen. Het is maar aan weinigen gegeven om dat allemaal in één hoofd onder te brengen. Johan is blijkbaar zo iemand.

Het onderwerp van dit werk raakt het hart van de Stichting Wetenschappelijk Radiofonds Veder. Het is radio, waarbij de belangrijkste ontwikkelingen in het analoge domein liggen. Dat is sterk afwijkend van de meeste ontwikkelingen die wij om ons heen zien, waarbij men meent de problemen in het digitale domein te moeten oplossen. Dat gaat, zo zien wij vandaag weer duidelijk, meestal ten koste van een hoog energieverbruik. Voor draagbaar gebruik, los van het lichtnet, is dat zelden de goede richting. Dit soort oplossingen van een probleem wil ik nog wel eens aanduiden met de uitspraak: "Wie niet slim is moet sterk zijn". Een ommezwaai terug naar de analoge wereld, de radiowereld van Anton Veder, is dan ook toe te juichen. Daarvoor moet je nog steeds erg slim zijn. We zijn daarom zeer verheugd dat we de Vederprijs 2012 aan Johan van den Heuvel mogen toekennen.

En dan verzoek ik thans de voorzitter van het Vederfonds, mevr. Françoise Olthof-Kosters, om de prijs te komen overhandigen.


Johan van den Heuvel tijdens de prijsuitreiking
Johan van den Heuvel ontvangt zijn prijs uit handen van de voorzitter van het Vederfonds.


(foto door Peter Baltus)

Foto Johan van den Heuvel
Johan van den Heuvel bij zijn presentatie hierna.