FDM – Frequency-Division Multiplexing

Hvad virker Frequency-Division Multiplexing (FDM)?

I Frequency-Division Multiplexing (FDM), bliver flere signaler kombineret til transmission på en kommunikationskanal, hvor hvert signal bliver tildelt en forskellig frekvens eller underkanal i selve kanalen. For at kunne skabe en tramission, med flere signaler og en enkelt kanal med success, separerer FDM tildelte kanalbånd op i striber af unbrugte frekvenser. Disse kaldes guard bands. Guard bands forebygger at signalerne overlapper hianden over et delt medie.

Et signal bliver genereret og moduleret af afsender-enheden og bliver båret over de opdelte bånd. De modulerede signaler bliver kombineret ved at bruger en multiplexer (MUX) og sendt over kommunikationskanalen. På modtager-enheden bliver de kombinerede signaler bearbejdet i en demultiplexer (DEMUX) for at udvinde de individuelle signaler.

Hvad er MUX og DEMUX i Frequency-Division Multiplexing?

I FDM, skabes et tovejs kommunikationskredsløb, som kræver en MUX/DEMUX ved begge ender. Multiplexing bruges når signaler ved lavere båndbredde bliver sendt gennem en kanal med større båndbreddde..

Man kan forestille sig et langdistance kabel med en båndbredde på 3mHz (Megahertz). Teoretisk vil man kunne sætte og sende 1.000 signaler på hver 3 kHz (Kilohertz) bredde i kanalen. Opdeling af frekvenserne foregår i multiplexeren. DEn accepterer input fra hver enkelt bruger og skaber et signal på en forskellig frekvens for hvert input. Dette bliver en enkelt komplekst højhastighedsbåndbreddesignal der indeholder data fra alle brugere. I den anden ende sidder der så en demultiplexer der separerer signalet tilbage til de individuelle signaler til de respektive brugere.

Eksempler på Frequency-Division Multiplexing

Forestil dig fire frekvensbånd med en kendt båndbredde på 200 kHz der hver især er adskilt af guardbands på 10kHz hver. For at kunne håndtere alle båndende skal kommunikationskanalen have en kapacitet på 830kHz altså (200*4)+(3*10).

FDM multiplexer de fire frekvensbåbd og sender dem alle via kommunikationskanalen Hver besked modulerer en forskellig bærer, så de modulerede signaler er på forskellige frekvensbånd der ikke overlapper hinanden. Multiplexeren kan bruge enhver amplitude modulation (AM) eller frekvensmodulation (FM). Signalet demultiplexes i modtagerens ende gennem en bunke band-pass filtre som demodulerer signalet for at genskabe de originale frekvensbølger.

Hvad er forskellen imellem FDM, TDM og STDM?

Generelt kan det siges, at multiplexing er processen hvor information (bits), fra flere forskellige indkommende kommunikationskanaler, bliver overført ind i bit tider på én udgående kommunikationskanal. Demultiplexing er den modsatte proces.

Der findes 3 hovedtyper af multiplexing:

  1. Tids-Delt Multiplexing (TDM)
  2. Frekvens-Delt Multiplexing (FDM)
  3. Statisk TDM (STDM)

I TDM, er kapacitet af den udgående kanal opdelt i forskellige kanaler, med data fra hver indkommende kanal, placeret i én udgående kanal. Den deler tiden, på den udgående kanal, i bestemte længder og definerer intervaller som kaldes rammer (frames).

Mediets (kabel, trådløs mm.) dataoverførselshastighed er større end kilden. Alle signaler arbejder på samme frekvens, men på forskellige tidspunkter. Dette gør TDM fra FDM hvor forskellige signaler arbejder forskellige frekvenser på samme tid.

TDM’s udgående kanaludnyttelse varierer afhængigt af hvor meget de indkommende datastrømme varierer. Hvis de er meget stabile kan de udnyttes i høj grad og derfor fungerer denne metode bedst ved trafik med en konstant bitrate.

I STDM vil kapaciten, allokeret til hver indkommende kanal, variere over tid og afhænge af den øjeblikkelige datarate. Derfor fungerer det når kapaciteten af den udgående kanal er lige så stor som summen af den gennemsnitslige datarate fra de indkommende kanaler. STDM er derfor bedst at bruge ved applikationer der har mange udbrud af input data.

Indsæt link til Code-Division multiplexing.

Fordele og ulemper for Frequency-Division multiplexing

Når man bruger Frequency Division Multiplexing (FDM) bruges i et kommunikationsnetværk,is bliver hvert inputsignal der sendes og modtages afsendt med maksimal hastighed uagtet tidspunktet. Dette er hovedaktivet i denne teknologi. Men hvis der er mange signaler der er der sendes langs en langdistance linke er højere båndbredde og opsætning påkrævet for at sikre ordentlig ydeevne.

FDM har to ulemper:

  1. Først og fremmest, da de variende kvendsbånd skal adskilles af Guard bands, vil der være spild af båndbredde.
  2. Dernæst, hvis der er væsentlige ikke-linære forhold i transmissionslinket; Der er kan være crosstalk ( forstyrrelse fra omkring liggende signaler) blandt de forskellige signaler, der skaber kommunikationsfejl. Dette er et almindelige problem i FDM, fordi de bruger analoge signaler, som er mere tilbøjelige til abrydelser grundet støj end ved digitale signaler.

Til trods for disse ulemper, bliver FDM anvendt i mange sammenhænge.

Anvendelse af Frequency-Division Multiplexing

En typisk analog internetforbindelse gennem et twiste-pair kabel kræver ca. 3kHz båndbredde for at have en præcis og pålidelig dataoverførsel. Twisted-pair kabler er almindelige i husholdninger og mindre virksomheder.

Telefonlinjer der typisk har været brugt mellem større virksomheder, Stater, regioner og kommuner giver langt større båndbredder. FDM giver enkelt-transmissions medier som kobberkabel eller fiberkabel mulighed for at blive delt af flere individuelle signaler der genereres af flere brugere.

Der har FDM været populært hos teleoperatører.

FDM bruges også og har også været brugt til

  • Radioudsendelser – AM og FM
  • TV udsendelser
  • Trådløse netnærk
  • Satellitkommunikation
  • Mobile netværk

UWB – Ultra Wideband

Ultra Wideband teknologien har været på bordet i nogle år og de sidste versioner af Samsungs Topmodeller og Apples iPhones (11-13) har haft UWB på deres specifikationer. Så jeg tænkte at det måske var på sin plads at kigge på teknologien, det potentiale og anvendelsemuligheder samt om der er nogle markedsparate områder det kan anvendes i.

Ultra Wideband
Ultra Wideband

Hvad er Ultra Wideband?

UWB er en trådløs teknologi der bedst beskrives ved at Bluetooth og WiFi har fået et barn med det bedste af to verdener og lidt til, selvom det lyder fantastisk er der også ulemper og jeg kommer til at kredse om alle aspekter. UWB bruger, i sagens natur, radiobølger til at sende og modtage data og det gør den på et bredt spektrum af høje radiobølge-frekvenser (Højere en WiFi).

De der har læst min artikel, Trådløst hvad er det?, vil vide at jo højere frekvenser, jo hurtigere hastighed kan man sende data med. Der følger så også en konsekvens af den høje hastighed og det er rækkevidden. Signalet er ikke i særlig god stand til at gennemtrænge vægge eller lignende. Derfor fungerer det også, optimalt, når sender og modtager er indenfor synsmæssig rækkevidde.

Det at rækkevidden afkortes, giver også en fordel i at signalstyrken ikke behøver være særligt høj for at afsenderen kan nå sit mål og derfor er strømforbruget også væsentligt lavere en WiFi teknologien og endda også lavere end Bluetooth.

Positionering – Hvor er du?

Jeg skrev at der også var “lidt til” og det ekstra der er til, er en nøjagtig positioneringsteknologi. Ultra Wde Band giver nærmest, dine enheder, en sjette sans. UWB fungerer over korte afstande og på en bredspektret båndbredde. Signalet afsendes i høje impulser i korte cyklusser. De hurtige impulser øger præcisionen af afstandsbedømmelsen og datahastighederne. Ved længere cyklusser kan UWB række længere og benyttes til radar og eller billedeteknologier. UWB teknologien bruger meget lidt strøm.UWB er i stand til at finde en placering helt ned på centimeterniveau, samt retningsbestemme placeringen.


Lokationsmålingerne er baseret på Time of Flight (ToF) Angle of Arrival (AoA) (RSSI i stedet for at måle signalstyrke. For at forbedre trilateration præcission skal man bruge tre eller flere modtagere, men synligt signat er vigtigere. Mens UWB Tags bliver fulgt (tracket) udsender de impulser der indeholder ID, ToF og tidsstempel data. Noder i nærheden opdager og videresender signalet til enheden der behandler trackingen. ToF målingerne hjælper med at bestemme afstanden ,placeringen og orienteringen af UWB tagget inden for ganske få centimeter. Der er overordnet tre anvendelsesmuligheder for brug af lokalisering:

  • Kommunication
  • Sensor Positionering
  • Enhedstrackingradar

UWB positioneringsteknikker kan give realtids indendørs præcisionstracking til alle mulige anvendelser som f.eks. mobilbeholdning, lokationssignalfyr til redningstjenester, indendørs navigation for blinde eller svagtseende samt robotter, tracking af mennesker og udstyr.

UWBs Tekniske egenskaber

UWB fremstår stærkere end dets tilsvarende teknologier, grundet dets høje båndbredde på 500 Mhz. Det fungerer glimrene i signaltunge miljøer with nærmest ingen interferens. Det fungerer på frekvenser fra 3.1 til 10.6 Ghz og bruger kun mellem 0.5 mW il 41,3 dBm/Mhz. inden for 10 meters radius. UWB signaler fungerer indenfor sigtelinje mellem 10 og 150 meter med datahastigheder op til 1Gbit/s.

Generelt kan datahastigheden i UWB positioneringssystemer komme op på 100 Mbit/s hvilket gør det genialt til løsning med nærfelts datatransmissioner.

Derudover hjælper den højre båndbredde og de ekstremt korte impulsbølger med til at reducere effekterne af multipath interferenceog hjælper til med at udregne TOA (Time of Arrival) for transmissioner med store mængder mellem afsender og tilhørende modtager. Dette gør UWB en mere ønskelig løsning inden for indendørs positionering i forhold til tilsvarende teknologier.

Længden af en enkelt impuls afgør det mindste differentielle multipath forsinkelse, mens periodiske impulser afgør den største observerbare multipath forsinkelse for at utvetydigt finde bedste vej iblandt multipath.

Oven i dette, er der høj gennemtrængelighed eller penetration igennem vægge og objekter, hvilket yderligere støtter den rummelige observation i UWB og øger positioneringens præcision. Ultra Wide Band giver pålidelige og præcise data rater der kan minimere fejl ned til få centimeter.

Hvordan fungerer et Jackstik?

Historietimen.

Jeg ved det godt. Du er formentligt ikke kommet for at få en historietime, men ikke desto mindre finder jeg det fascinerende at vide ophavet til ting. Selv når navnet nærmest ikke har mening.

Teknisk tegning | Diagram fra Jackplug patetet

Navnet “Jack-stik” kommer som så mange ord fra det engelske sprog. Det oprindelige ord, “Jack” i forhold til kabelstik og fatning, var faktisk beskrivelsen af fatningen og der af kom stikket til at hedde “Jack-plug”. Dette blev med tiden kortet ned til “Jack” og så blev det faktisk til et ord der beskriver selve stikket (plug). Selve ordet “Jack” er et ord der siden 1300 tallet er blev brugt til at beskrive mekaniske enheder. Som eksempelvis “Jack of the clock” som var den lille mand der kom ud og slog på urets klokker. Flere er kommet til siden, som en donkraft (lifting jack) og efter år blev en “jack” til noget der beskrev en funktionalitet som når noget mekanisk funktionalitet erstatter noget menneskeligt.

Jackstik – kort fortalt

Et Jackstik er et elektrisk stik som sidder i enden af et kabel med det formål at forbinde elektrisk enheder så disse kan sende og modtage signaler. Jackstik er formet som et enkelt-stikben. Det enkelte stik-ben er inddelt i flere dele. Fra 2 og op til 4 adskilte elektriske områder. De er adskilt af isolerende eller ikke-ledende afstandstykker. Fælles for Jackstik er at de har en indsnævring der er lavet for at en fjederlås kan fastholde stikket, når det sættes i fatningen.

Kontakter – Basal elektrisk forståelse

Før vi går videre er vi nødt til at vide lidt mere om hvordan en kontakt virker. Helt basalt i forhold til elektriske stik, er en kontakt en enhed der har til formål at tilslutte og afbryde forbindelsen i et elektrisk kredsløb. Så når metallet i kontaktens en side rører metallet på den anden side er kontakten forbundet.

Til venstre ses et kredsløb hvor kontakten er åben (derfor afbrudt) og til højre ses samme kredsløb hvor kontakten er lukket (forbundet)

Samme princip gælder for Jackstik. Eksempelvis kan man få Audio Jackstik uden kontakter, med enkle kontakter eller med komplekse kontakter. Der er altid en logik der følger kompleksiteten af kontakten. Se eksemplet på et kontaktløst 3-Ledet Jackstik herunder:

Kontaktløst 3-Ledet Jackstik

Hvis vi så kigger på nedenstående illustration, kan man se at terminal 2 ved spidsen, har fået en kontakt. En lignende kontakt kan også laves ved terminal 3 (Ring kontakt).

Hvis vi kigger på ovenstående figur. Så ser vi at når der intet Jackstik er i fatningen og terminal 10 er i kontakt så er kredsløbet afbrudt. Når så Jackstikket er sat helt i og spidsen (2) rammer terminal 2 og dermed trykkes fjederlåsen tilbage, så vil kredsløbet mellem terminal 10 og 2 blive åbnet.

Kompleksiten øges

Herunder ser vi hvordan antallet af ledere og kontakter kan øges. Det er vigtigt at antallet og placeringen af ringkontakterne skal passe til fatningen, for at kunne aktivere kontakterne i forventet rækkefølge:

Dette var en gennemgang af de typisk enkle normalt lukkede kredsløb. Der finder også andre konfigurationer, men her griber man det anderledes an, således at der er normalt åbent eller Single Pole Double Throw (SPDT) eller Double Pole Double throw (DPDT). Her kan kontakterne isoleres fra lydsignalet og dermed kan de benyttes til styre andre kredsløb. Dem vil jeg imidlertid ikke gennemgå. Til gengæld kommer her et mindre teoretisk og lidt mere praktisk diagram.

Praktisk eksempel

De mange forskellige kombinationer af leder-konfigurationer giver ingeniører der designer Jackstik mange forskellige muligheder for skifte lydsignal, opdage ændringer som at stikket er taget ud eller sat i, sende kontrolsignaler tilbage. Helt basalt kan man eksempelvis, som herunder se at hvis man piller headset jackstikket ud, så spiller musikken i højttaleren i stedet

I den øverste del af diagrammet, herover, bliver lyden spiller tilbage gennem den indbyggede højtaler når stikket er ude. Lederen har spids- og ring kontakter der åbnes når Jackstikket sættes i, som man ser på anden halvdel af diagrammet. Dette afbryder lydkilden fra højtaleren, mens det samtidigt forbinder headsettet ind i kredsløbet.

5G – Sundhed

Hvorfor dette indlæg?

De fleste der læser artikler på internettet støder, i højere eller lavere grad, på artikler og indlæg der omhandler “farlig” 5G stråling. Disse artikler kommer typisk fra velmenende personer som har på hjertet på rette sted og gerne vil passe på os andre og dermed også dem selv. Desværre er disse velmenende mennesker, sjældent i stand til at bevise deres bekymring med andet end henvisninger til andre påståede og udokumenterede kilder. Når det så en sjælden gang lykkedes én at henvise til videnskabelige artikler, så viser det sig altid at artiklerne enten er falske eller udført på en måde der fremviser data så de fremstår som reelle, men med dybe fejl under overfladen. Fejlene ses oftest i metode, protokol eller reproducerbarhed. Lignende tendenser opstod også da 3G og da 4G skulle udrulles, ligesom der findes lignende postulater om vacciner, årsagen til COVID-19, Jordens form, rumrejser, mm.

Trådløs stråling er ikke påviseligt skadeligt, selvom billeder som dette kan anlede at tro det
Oplysning

Jeg vil i dette indlæg samle fakta fra anerkendte kilder og forsøge at præsentere eller oplyse om de vigtigste pointer i forskningen på en let forståelig måde. I det materiale, jeg har tygget mig igennem, er det endnu ikke lykkedes at finde beviser for at trådløs kommunikation på de nuværende og snarligt kommende frekvenser gør skade på levende væsener. Derfor vurderer jeg at det ikke er skadeligt, at benytte, så længe man bruger teknologierne som producenterne foreskriver og myndighederne anbefaler.

Jeg har i mit indlæg Trådløst hvad er det? brugt følgende illustration til at vise på hvilke frekvenser, de forskellige teknologier, fungerer.

Imidlertid viser illustrationen ikke effekten (mængden af energi/watt) der afsendes. Det er en meget vigtig faktor når man snakker om sundhed og sikkerhed i forhold til radiobølgestråling. Bemærk desuden at ordet stråling ikke betyder farligt. Det afhænger af strålingens karakter. Man kan sige at der er tre meget vigtige faktorer for om en radiobølge er skadelig:

  1. På hvilken frekvens bliver den mængde energi afsendt?
  2. Hvor meget energi bliver der afsendt på en given frekvens?
  3. Er radiobølgerne ioniserede eller ikke-ioniserede?

1. Når vi i Danmark snakker trådløse frekvensbånd, så bruges frekvenserne mellem 100Mhz og 5000Mhz eller rettere 5Ghz. 5G-Nettet kommer til at kunne arbejde på frekvenser mellem 100Mhz og 100Ghz. Så kunne det jo være nærliggende at tænke: “100Ghz – Det er jo 20 gange mere energi end 5Ghz. Det lyder farligt?” Til det må vi forstå at der ikke nødvendigvis tilføjes mere energi til den trådløse radio på grund af at frekvensen stiger. Faktisk er planen for de høje frekvenser at der skal flere master der står tættere på hinanden med en lavere effekt. Altså mindre energi der sendes ud på de højere frekvenser.

Jeg prøver at forklare mulighederne for bredbåndsdækning, ved hjælp af en tænkt analogi over til veje og køretøjer, for at give en måde man kan forholde sig til videnskaben bag. Bær over med mig hvis den ikke helt giver mening eller holder vand. Jeg håber I vil forstå. I velkomne til at foreslå alternativer eller rettelser.

Man kan sige at frekvenserne er de veje eller kanaler, som kommunikationen kan “køre” på og køretøjerne er data der skal sendes ad disse veje eller kanaler.

  • De lave frekvenser, 100Mhz til 900Mhz, er meget smalle veje og derfor kan de store hurtige lastbiler ikke køre der med al deres last. Til gengæld kan et sendebud, på ben eller cykel, sagtens komme hurtigt frem, selv ad smalle stier op gennem bakker og bjerge. På samme måde kan data lettere penetrere eller bevæge sig igennem hårde materialer og stadig nå frem, da de er mindre “bredde”. Her kan der ikke være meget data med, men den kan komme ind ad langt flere sprækker.
  • De lidt højere frekvenser mellem 1Ghz og 5Ghz er større landeveje op til motortrafikveje. Her kan motorcykler med små pakker, biler med mellem pakker og små lastbiler kommer frem i ordentlig fart og med større mængder data. De kan til gengæld ikke nå helt op i bakkerne, selvom de godt kan penetrere mindre forhindringer undervejs.
  • De høje frekvenser som der tiltænkes 5G, altså mellem 5Ghz og 100Ghz, er kæmpestore, flersporede motorveje hvor de helt store lastbiler kan køre. De kan køre nærmest uden hastighedsbegrænsning. Her kan der sendes enorme mængder data på meget lidt tid. Den eneste regel her er, modtager skal kunne se afsender. Der masser af sende og modtagerstationer undervejs. Her kan data ikke bevæge sig igennem materialer uden at signalet ødelægges, men i frit syn er der høje hastigheder i vente. Som illustrationen herunder viser – Jo højere frekvens jo flere svingninger er der. Hver svingning giver plads til en potentiel dataoverførsel.

Ovenstående analogi, er et udkast og der arbejdes på bedre. Kom gerne med forslag til forbedringer eller alternativer.

2. Den mængde energi der afsendes på et givet frekvensspektrum afhænger af hvad formålet er. I en 800watt mikrobølgeovn, som fungerer som et lukket Faradays bur med trådløs energi inden i, afsendes der der 800 watt, når den er på fuldstyrke, i det tidsrum som man angiver. Det er selvsagt farligt for vævet inde i mikrobølgeovnen. Uanset om det er kartoffelvæv eller andebryst. Det er derimod ganske harmløst hvis mikrobølgeovnen, som en mobilmast-celle, kun skulle sende mellem 10 og 50 watt, fra en afstand på 15-3000 meter gennem luften. Kartoflen eller andebrystet ville aldrig se en målbar stigning i temperatur på baggrund af energien der afsendes. Cellevævet ville være intakt. Altså det kan ikke skade kroppens celler.

Bemærk i min fortænkte illustration, at ænderne i luften er upåvirkede. Faktisk påvirkes fugles indre kompas en anelse af elektromagnetisk energi. Det kan dermed forstyrre deres retningssans. Det essentielle er at det ikke fysisk skader deres væv i kroppen når de udsættes for energien, som typisk ligger mellem 10-50 watt.
Bemærk også at det signal mikrobølgeovnen udsender er direkte livsfarligt. Mikrobølgen ovnen sender 800 watt ud på fuld styrke og kan ved hjælp af stråler i mikrobølgefrekvenserne, gennemtrænge og opvarme/skade cellerne i maden. Heldigvis er energien indkapslet i et Faradays bur og dermed sikkert. Så din mikrobølgeovn er altså stadigvæk et sikkert køkkenredskab så længe du bruger det som producenten foreskriver.

3. Forskellen på ikke-ioniserende og ioniserende stråling er at ikke ioniserende stråling ikke har energi og/eller frekvens til at ødelægge genetisk materiale ved direkte påvirkning. Altså den ikke ioniserede stråling eller de lavfrekvente radiobølger kan ikke skade levende væsener. Den ioniserede stråling eksempelvis røntgenstråling, UV-stråling eller gammastråling derimod kan skade celler i levende væsener og er der for farligt i større mængder. Uanset om man taler om de ikke-ioniserede eller de ioniserede stråler gælder det at der findes grænseværdier, fastsat af myndighederne. De er sat for at sikre at man ikke uforvarende kommer til at skade andre eller sig selv med stråling.

Dette indlæg er under udarbejdelse.

Kilder til indlægget:

http://www.bfs.de/SiteGlobals/Forms/Suche/BfS/EN/SARsuche_Formular.html https://www.teleindu.dk/wp-content/uploads/2020/11/Mobiloperat%C3%B8rers-EMF-vejledning-M%C3%A5ling-af-en-antenneposition-01112020.pdf https://vbn.aau.dk/ws/portalfiles/portal/310743775/StraalingFraMobilmasterJBAGFP2004.pdf https://www.who.int/peh-emf/meetings/archive/en/keynote5dawoud.pdf https://www.sst.dk/da/viden/straaling/straaling-i-hverdagen https://www.sst.dk/da/Viden/Straaling/Fakta https://www.sst.dk/da/Viden/Straaling/Fakta/Ioniserende-straaling https://www.nbi.ku.dk/spoerg_om_fysik/fysik/radar/ https://kefm.dk/tele-og-bredbaand/regler-om-mobilstraaling-og-5g https://ens.dk/ansvarsomraader/frekvenser/fakta-om-5g-og-mobilstraaling https://ens.dk/ansvarsomraader/telepolitik/5g