Code division multiplexing (CDM) er en multiplex teknik der bruger “spread spectrum communication” . Spread spectrum communication fungerer på den måde at et NarrowBand (NB) signal spredes ud over et større frekvensbånd og på tvær af flere kanaler ved at opdele signalet. Det begrænser ikke båndbreddens digitale signal eller frekvenser. Ved at opdele signalet på den måde, bliver det mindre modtagelig over for interferens og giver dermed bedre og sikrere datakommunikation .
Code Division Multiple Access
Når CDM bliver brugt til at tillade at flere signaler fra flere brugere for at kunne dele en fælles kommunikationskanal, kaldes det for Code Division Multiple Access (CDMA). Hver gruppe af brugere får udstedt en fælles kode og individuelle samtaler bliver kodet i en digital sekvens. Data er tilgængelig på den delte kanal, men kun de brugere der kender en bestemt kode kan tilgå data.
Idéen
Hver kommunikationsstation bliver tildelt en unik kode. Kodestationerne har følgende attributter:
Hvis koden fra én station bliver ganget med koden fra en anden station bliver udbyttet 0.
Hvis koden fra en station bliver ganget med sig selv, bliver udbyttet et positivt tal der er lig med antallet af stationer.
Man kan forklare det teknisk som følgende eksempel:
Forstil dig at der findes fire stationer: W, X, Y og Z. Disse har fået udstedt koderne kw , kx, ky and kz og skal sende data dw , dx, dy og dz. Hver station ganger sin kode med dets data og summen af alle vilkår bliver afsendt i kommunikationskanalen.
Tager vi stationerne og data i eksemplet her, bliver data i kommunikationskanalen:
dw . kw+ dx . kx+ dy . ky+ dz . kz
Hvis vi antager at ved modtagerenden, Station Z gerne vil modtage data sendt fra Station Y. Så skal Station Z, for afkode signalet og modtage data, gange det modtagne datamed koden fra Station Y dy.
data = (dw . kw+ dx . kx+ dy . ky+ dz . kz ) . ky
= dw . kw . ky + dx . kx . ky+ dy . ky . ky+ dz . kz .
ky =0 + 0 + dy . 4 + 0 = 4dy
Ved hjælp af ovenstående udregning kan man se at Station Z kun har fået data fra én Station, nemlig Y, mens den har set bort fra de andre koder.
Ortogonale sekvenser
Koderne der er udsted til stationerne er omhyggeligt genererede koder der kaldes chip-sekvenser eller i mere daglig tale kaldes de ortogonale sekvenser. Sekvenserne består af +1 eller -1. De har visse egenskaber for at kunne tillade kommunikation.
Ortogonale egenskaber:
Én sekvens har m elementer, hvor m er antallet af stationer.
Hvis en sekvens ganges med et tal, bliver alle elementer ganget med dét tal.
For at gange to sekvenser, ganges de tilsvarende positionelle elementer og summeres for at få resultatet.
Hvis en sekvens bliver ganget med sig selv er resultatet m(som i antallet af stationer).
Hvis en sekvens ganges med en anden sekvens er resultatet 0.
For at tilføje to sekvenser, skal man tilføje tilsvarende positionelle elementer.
Lad os prøve at fastslå ovenstående egenskaber gennem et eksempel. (Det her bliver lidt langhåret, men jeg håber I kan se idéen)
Lad os antage følgende ortogonale sekvens for, de fire stationer fra før, W,X,Y og Z:
Hvis [+1 -1 -1 +1bliver ganget med 6 får vi [+6 -6 -6 +6]. = 6
Hvis [+1 -1 -1 +1] bliver ganget med sig selv, altså: [+1 -1 -1 +1]. [+1 -1 -1 +1], får vi+1+1+1+1 = 4, som er lig med antallet af stationer.
Hvis [+1 -1 -1 +1] bliver ganget med [+1 +1 -1 -1], får vi +1-1+1-1 = 0
Hvis [+1 -1 -1 +1] bliver tilføjet til [+1 +1 -1 -1], får vi [+2 0 -2 0].
Som I kan se i eksemplet bevises påstandene om de Orthogonale egenskaber, som er grundprincipperne i teknologien CDMA for hvordan kommunikation kan deles over flere kanaler ved at sprede signalet over flere frekvensbånd og samtidig sikre at det kun er rette modtager der får afsenders data.
LTE (Long-Term Evolution) er en fjerde-generations (4G) trådløs standard der øger netværkskapacitet og hastighed for mobiltelefoner og andre enheder der anvender trådløs mobiltelefoni, når man sammenligner med 3G teknologi. Alt er blevet markant forbedret med 4G. Der er højere generelle og spidshastigheder ligesom der er kommet fleksibilitet i båndbredde og frekvenser.
LTE giver mulighed for op til 100 mbit/s download og 30 mbit/s uploadhastigheder. Der er lavere svartider, skalérbar båndbreddekapacitet og bagudkompatibelt med eksisterende GSM og UTMS teknologier. Videreudviklingen af LTE, kaldet LTE-Advanced (LTE-A) har ydermere spidshastigheder på op til 1000 mbit/s.
Selvom LTE normalt kaldes 4G LTE, er LTE teknisk set langsommere end 4G, men stadig hurtigere end normale 3G hastigheder. Derfor kaldes LTE også for 3,95G. 4G er stort set tilgængeligt overalt og er stadig den mest brugte teknologi, hvor der ikke er 5G tilgængeligt. Der findes også tale på LTE, kaldet Voice over LTE eller bare VoLTE i daglig tale. Der findes endnu ikke Tale på 5G og derfor hopper telefoner fra 5G ti 4G netværk når der kommer et taleopkald på telefonen.
LTE har også en direkte rolle i udviklingen af nuværende 5G standard 5G New Radio (5GNR). De tidlige 5G netværk kaldes 5G Non Stand Alone (5G NSA), disse kræver et 4G LTE lag for at kunne styre 5G datasessioner. 5G NSA netværk kan igangsættes og supporteres af eksisterende 4G framework som gør at de er billigere at indkøbe, drive og administrere for teleoperatører der udruller 5G.
Hvordan fungerer LTE?
Et LTE netværk benytter multibruger versionen af orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) modulationskema, kaldet orthogonal frequency-division multiple access (OFDMA), til downloadsignalet.
OFDMA muliggør at LTE downloadsignalet kan transmittere data fra én basestation til flere brugere ved højere datahastigheder end på 3G, med forbedret båndbredde effektivitet. Enkeltbærer FDMA bliver brugt til upload signalet, som reducerer det strømforbrug der kræves for at transmittere mobilsignalet.
De øvre lag af LTE er baseret på TCP/IP protokollen, som er den samme der bruges i et almindeligt IP-netværk som i de fleste kablede netværk. LTE understøtter datatransmissioner som blandede data, lyd, video og beskedtrafik.
LTE-A benytter multiple input, multiple output (MIMO) antenneteknologi der minder ret meget om det der bruges i IEEE 802.11n WiFi standarden, et trådsløst local area network. MIMO og OFDM gør det muligt at forbedre signalet i forhold til støj ved modtageren, hvilket giver forbedret trådløs netværksdækning og båndbredde, særligt i bytætte områder.
4G LTEs funktioner
LTE giver brugerne følgende funktioner blandt mange:
Lyd og video streaming. LTE har hurtigere download og upload hastigheder end 2G og 3G.
Real-time forbindelse til services. Med Voice over LTE, kan brugerne tale med andre uden at opleve forsinkelser, lag eller jitter.
Endnu hurtigere hastigheder med LTE-Advanced. Download og upload ved LTE-Advanced er to til tre gange hurtigere end standard LTE.
Carrier aggregation. Denne LTE-Advanced funktion forbedrer netværkskapaciteten ved at tilføje frekvensbåndbredde op til 100 Mhz på tværs af fem frekvensspektrum på 20 Mhz båndbredde hver. LTE-A mobiler kombinerer frekvenserne fra flere spektrum for at forbedre signal, hastighed og pålidelighed.
LTE Internet of Things (IoT)
I Juni 2016, udgav 3GPP Release 13 IoT cellular connectivity options som beskriver IoT machine-to-machine (M2M) brug. LTE-maskine-type kommunikation (LTE-M) og NarrowBand IoT (NB-IoT) blev begge baseret på LTE standard, men med markante ændringer for at tillade WAN løsninger med lavt strømforbrug.
LTE-M giver datahastigheder på omkring 1 Mbit/s, mens NB-IoT supporterer op til 26 Kb/s i downloadhastighed. Disse reducerede hastigheder har øget batterilevetiden på M2M enheder der bruger IoT mobilstandarder. Sensors og andre enheder der kræver mobilitet på mobilnetværk vil man kunne bruge NB-IoT der kan understøtte batterilevetider på op til 10 år. LTE-M kan supportere op til 10 års batterilevetid på to AA batterier, ved enheder der er statistike og som kun afsender datapakker i et par sekunder om dagen. Hvis en enhed bevæger sig på LTE netværket og bruger LTE-M voicefunktonalitet vil batteritiden reduceres betragteligt.
Hvad er et privat LTE netværk?
Private LTE netværk er nedskalerede udgaver af offentlige LTE netværk. De er designet til at tilbyde mobildækning af private firmaer, campus’er, pakkedistributionscentre, lufthavne og lignende.
Private netværk bruger ulicenserede eller delte spektrum for at give dækning til mobiltelefoner eller andre enheder. Dette inkluderer det globale ulicenserede 5Ghz og 3,5 Ghz frekvensbånd.
For at etablere en privat LTE service skal en virksomhed benytte en LTE mikrocelle, small-cell eller core-netværk servere med enheder der understøtter dette med simkort. Flere af de store mobilproducenter supporterer LTE frekvensbånd der kan benyttes til private services.
LTE historie og udvikling
Større milepæle i LTE’s udvikling:
2004. NTT DoCoMo, en Japansk mobiloperatør, foreslog at gøre LTE den næste internationale standard for trådløs bredbånd og dermed startede arbejdet på LTE standarden.
2006. På en Livedemonstration, viste Nokia Networks at de kunne downloade en HD video samtidigt med at de uploadede et spil via LTE.
2007. Ericsson, demonstrerede LTE med en hastighed på 144 Mbit/s.
2008. Ericsson demonstrerede det første LTE telefonopkald hvor LTE blev brugt i begge ender.
2009. Telia, gjorde LTE tilgængelig i Oslo og Stokholm.
2011. LTE-Advanced blev færdigbeskrevet i 3GPP Release 10.
2016. 3GPP Ingenører begyndte at udvikle 5G standarden som arvtager for LTE.
2017. Den første 5G NSA specifikation blev udgivet og blev bredt tilgængeligt i 2018-2019.
2021. Arbejdet på 5G specifikationerne er stadig i gang.
6G (Sjette generation trådløs teknologi) er efterfølgeren til 5G som udrulles massivt i verden pt. 6G netværk er planlagt til at bruge højere frekvenser end 5G netværk og vil dermed give langt højere kapacitet og endnu lavere svartid end vi er vant til i dag. Vi taler helt ned til mikrosekund (1/1.000.000) svartider hvor vi i dag har millisekund (1/1.000) svartider. Der med bliver svartiderne op til 1000 gange hurtigere. Kigger vi på kapaciteten er der teoretisk tale om op til 1 terabyte pr. sekund. 5G har en teoretisk maksoverførsel på 20gbit pr. sekund. Dermed bliver kapaciteten 50-doblet. NB: Det er teknologi der er i gang med at blive designet. Vi er formentlig et lille årti fra at se et egentligt udrullet netværk.
Med højere kapaciteter og langt hurtigere svartider forventes det at 6G vil skabe forbedringer inden for tilgængelighedsteknologier lokationstjenester og billede- og videobehandling. I tæt forening med kunstig intelligens (AI) vil 6G kunne identificere hvor, det bedste sted, bearbejdning af beregningerne skal foregå uagtet om det er hvor ting skal lagres, processeres eller deles.
Hvilke fordele har 6G i forhold til 5G?
Med den højere kapacitet og langt lavere svartid vil alt der kører 5G få udvidet sin ydeevne betragteligt. Det vil udvide bredden af muligheder og understøtte nye og innovative applikationer inden for kognitive og sanselige teknologier, samt forbundne enheder og billede og videobehandling. 6G vil for access punkter, gøre det muligt at betjene endnu flere enheder på samme tid ved hjælp af OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access). Vi kender allerede OFDMA fra WiFi6
6G’s højere frekvenser muliggør langt hurtigere processering af sampling rater end ved 5G. De vil også give betragteligt bedre gennemløb og højere datarater. Ydere mere vil brugen af sub-mm bølger (bølgelængder mindre end en millimeter) og frekvens-selektivitet kunne bruges til at beregne den relative elektromagnetiske asbsorptionsrate, hvilket forventes at kunne udvikle trådløs sensorteknologier til bedre at kunne beregne objekter og meget andet i den trådløse dækning. Denne teknologi er muligt fordi at atomer og molekyler udsender og absorberer elektromagnetisk stråling på specifikke frekvenser med tydelige karakteristika og frekvenserne er ens for ethvert materiale hvori de udsender til og absorberer fra.
Ved signalbearbejdning er sampling en reduktion af et kontinuerligt-tidssignal til et separeret-tidssignal. Et alment eksempel er konvertering ag en lydbølge til en sekvens af “samples” (lydprøver). Hvor en lydprøve er værdien af signalet på et givent punkt i tiden og/eller rummet. Herover set et eksempel hvor det kontinuerlige signal er repræsenteret af S(t) ( den grønne linje) og de separate signalprøver er indikeret af de blå vertikale linjer S(i)
I 5G er det meningen at der skal tilføjes Edge Computing til at flytte udregningerne tættere på klienterne. Mobil Edge Computing vil blive standard i alle 6G netværk fra starten. Det vil blive en integreret del af den kombinerede kommunikation og computations-infratruktur. Dermed rykker lynhurtige udregninger så tæt på enhederne at der ikke er brug for nær som meget computerkraft i de enkelte enheder. ChatGPT og andre AI teknologier, billede- og videobehandling, Augmented Reality og meget mere vil være lige ved hånden.
Hvad vil 6G kunne bruges til?
6G vil have et stort potentiale for regeringer og industrier i forhold til almen sikkerhed for befolkningen og sikring af værdigenstande. Se følgende anvendelsesmuligheder:
Trusselsopdagelse
helbredsovervågning
Genstands og ansigtsgenkendelse
Beslutningstagning inden for politisystemer og betalingssystemer med flere.
Omgivelsesmålinger som: luftkvalitet, gas og giftmåling
sansende målingsinterfaces der giver brugere virkelighedsnære oplevelser eller giver maskiner mulighed for at fornemme omgivelser bedre.
Forbedringer indenfor disse områder vil også gavne Smartphones og andre mobile teknologier som selvkørende biler, VR, AR, smart cities, neural bands og mange flere kommende teknologier.
Har vi brug for 6G?
Der er en række årsager til at vi har brug for 6G teknologier:
Teknologi konvergens. Den 6. generation af mobile netværk vil integrere tidligere teknoliger der ikke er ensartede, som f.eks. Deep Learning og Big Data Analyser. Introduktionen af 5G har skabt vejen for en stor del af denne konvergens, allerede.
Edge computing. Behovet for indsætte Edge Computing for at sikre generel Throughput(Gennemløbshastigheder), samt at sikre ultralave svartuder og stabile forbindelser til kommunikationsløsninger er en vigtig faktor for 6G
Internet of things (IoT). Eftersom der kommer flere og flere smarte enheder vil 6G også skulle hjælpe med til at sikre M2M (maskine til maskine) kommunikation i IoT.
High-performance computing (HPC). Hvor Edge Computing vil håndtere dele af IoT og data i mobile teknologier, så vil det blive nødvendige med stærke processorkræfter til at håndtere de store datamængder, hertil vil HPC’er blive vigtige.
Hvem vinder 6G ræset?
Der er mange af de større teknologiproducenter der har fokus på 6G og Ericsson, Nokia og Samsung har allerede meldt ud at de har 6G under udvikling. Der var allerede et kapløb i gang om at komme først med 5G, men ifht. 6G, vil 5G-ræset synes mindre. Potentialet for applikationer og services under 6G vil formentlig blive en eksplosion.
Følgende større projekter er allerede undervejs:
The University of Oulu i Finland har lanceret 6Genesis forskningsprojekt der skal udvikle en 6 vision for 2030. Universitetet har også underskrevet en samarbejdsaftale med Japans Beyond 5G Promotion konsortium for at koordinere arbejdet på det Finske 6G Flagskibs forskning på 6G teknologier.
Syd Koreas Electronics and Telecommunications Research Institute er ved at undersøge terahertz frekvensbåndet for 6G. De forudser båndbreddehastigheder 100 gange hurtigere end 4G Long-Term Evolution (LTE) netværk og fem gange hurtigere end 5G netværk.
The U.S. Federal Communications Commission (FCC) åbnede i 2020 for 6G frekvensbåndet for at teste frekvenser på over 95 gigahertz (GHz) til 3 Terahertz.
Hexa-X, et Europæisk konsortium af akademiske og industrielle ledere, arbejder på at udvikle 6G standarder. Finske Nokia styrer projektet som også inkluderer Ericsson og TIM in Italien.
Osaka University i Japan og Australias Adelaide Universitets forskere har udviklet en mikrochip der ved hjælp af multiplex deler data og muliggør en langt mere effektiv styring af terahertz bølger. Under test sendte enheden 11 Gigabit/s, som er sammenligneligt med 5Gs teoretiske grænse, på 10 Gb/s.
6G Netværks fremtidsaspekter
Datacentre er allerede i gang med større 5G drevne ændringer. Herunder virtualisering, programmérbare netværk, Edge Computing og udfordringer med at håndtere private og offentlige netværk på samme tid. Der er virksomheder som har behov for have deres eget RAN (Radio Access Network) på deres lokationer med hybrid on-premise og hosted computing og alle mulige andre konstellationer der dukker op.
6G radionetværk vil gøre kommunikation og dataindsamling nødvendig for at opsamle informationer. Det vil kræve en systematisk tilgang for 6G Teknologimarkedet der bruger dataanalyser, AI og næste generation af processormuligheder ved brug af HPC og kvantemekanisk computing.
Derudover er der dybtgående ændringer i RAN teknologien. 6G vil ændre måden kommunikationsnetværks kernerne arbejder på, efterhånden som nye teknologier sammenlægges. Specielt AI (kunstig intelligens) vil tage hovedsædet under 6G.
Hertil vil der komme ændringer i 6G på følgende områder:
Nano-core. En såkaldt nano-core forventes at opstå som en almindelig computing-kerne der omfatter elementer fra kunstig intelligens og HPC. Nano-coren behøver ikke være på at fysisk netværk, men kan omfatte en logisk sammenslutning af computing ressourcer der deles af mange netværk og systemer.
Edge og core koordination. 6G netværk vil skabe betragtelige større mængder data end 5G netværk og vil udvikle sig til at indeholde koordinering mellem Edge og Core platforme. Derved vil datacentre også få behov for at udvikle sig.
Data management. 6G potentiale inden for sansning, billedbehandling og lokationsplacering vil generere enorme mængder data der skal styres på vegne af netværksejerne, serviceudbyderne og dataejerne.
Hvornår kan vi så forvente at få 6G internet?
6G internet forventes at blive lanceret, kommercielt i år 2030. Teknologien udnytter i større grad distribueret Radio Access Network (RAN) og Terahertz (THz) spektrum for at øge kapaciteten, mindske svartider og forbedre båndbredde deling.
6GE
“E” står for extension (udvidelse) og er et midlertidigt trin imellem 6G og 7G som skal bruge en nylig licenseret 6Ghz kanal der vil udvide de tilgængelige 6G frekvenser der sender 6G signaler. FCC har i 2020, som de første, godkendt 6Ghz spektrummet for at øge innovationen af 6GE Wi-Fi enheder.
7G? Er vi ikke lige i gang med 6G…
Selvom 6G netværk ikke forventes udrullede og operationelle før 2030’erne, er forskningen i 7G trådløse teknologier allerede påbegyndt. IEEE, er ved at udvikle standarden 802.11be’s specifikationer for 7G og samtidig også ved at beskrive en industri certificering i samarbejde med Wi-Fi Alliance.
IEEEs ændrede standard forventes at blive udgivet i maj 2024. Det vil give enhedsproducenterne designspecifikationer der kan styreperformance og interoperabillitet.
6G netværk forsøger at blive en forlængelse af hurtige Gigabit Ethernet forbindelser for både kommercielle og forbruger enheder. 6G forventes at levere betragteligt højere hastigheder og sikre dataforbindelser. Det forudses at 6G vil muliggøre følgende:
Teoretiske datahastigheder på 11Gb/s samtidigt på tværs af flere gigahertz kanaler
Sprede op til tre forskellige 160Mhz båndbredde kanaler
multiplexe op til 8 forskellige rumlige datastrømme.
7G teknologier vil give et kvantespring i båndbredde vil aflaste de gigantiske arbejdsmængder. Eksempelvis har 7G potentiale til at starte sammenhængende global forbindelse ved hjælp af integration til satelitnetværk der giver adgang til billeder af jorden, telekommunikation og navigation. Virksomheder vil kunne implementere 7G for at automatisere fabrikeringsprocesser og understøtte applikationer der kræver høj tilgængelighed, forudseelig svartid og garanteret QoS (Quality of Service)
Sammenlignet med 6G, er 7G designet til følgende:
leverer dataforbindelser på op til 46 Gb/s – Fire gange så højt som de teoretiske 6G muligheder.
Fordoble kanalstørrelserne til 320 Mhz.
Skille rumlige strømme i op til 16 sammenlignet med de nuværende 8 i 6G.
OFDMA er den del af standarden i Wi-Fi 6 (802.11ax) der giver Accesspunkter mulighed for at betjene flere enheder på én gang. Tanken er at OFDMA sætter et regelsæt for hvordan transmissionen af data skal foregå mellem flere enheder på samme tid. Dette kan være en hvilkensomhelst enhed ( mobil, pc, tablet, IoT) og erhvert transportmedie, som f.eks. et trådsløst netværk.
Hvis, eksempelvis, to telefoner sender data på den samme forbindelse. så kan man indsætte et tidsinterval til hver telefon og så vil de skiftes til at sende deres signal (der indeholder data) på hvert deres tidsinterval. Tidsintervallerne er dog, så ubemærkeligt små at dataoverførslen ser ud til at blive sendt sømløst på samme tid.
Frequency Division Multiplexing eller FDM er forløberen til OFDMA-teknologien. Den bruges til opdele informationspakker op i forskellige bånd, som så bæres af seperate signaler. Man kan sammenligne det med den måde switche bearbejder traffik på. I stedet for analog modulation der brugeres i multiplexing, anvender OFDMA bæresignalbølger(carrier signal waves) som kaldes underbærere (subcarriers), for at flytte små dele af information på en strømlinet måde.
Fordele og ulemper ved OFDMA
Fordele:
Større diversitet og efektivitet i brug af frekvenser
Mindre interferens mellem celler
Større fleksibillitet idet kanaler og underkanaler kan blive skiftet af og på.
Bedre dækning over netværk.
Ulemper
Diversiteten af frekvenserne er afhængig af hvordan underbærerne bliver tildelt brugerne og kan derfor blive ret komplekst.
Kræver ekstra strøm, fordi den er i standby og dermed klar til at sende en transmission.
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:
Tids-Delt Multiplexing (TDM)
Frekvens-Delt Multiplexing (FDM)
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:
Først og fremmest, da de variende kvendsbånd skal adskilles af Guard bands, vil der være spild af båndbredde.
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.
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
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.
Omkring år 1936 var der mand der hed Charlie Christian (1916-1942). Han spillede Jazz på guitar. Han havde en ide om at ville spille guitar soloer i sit band og derfor brugte han en akustisk guitar med en pickup. Det siges at dette er den første udgave af den moderne elguitar.
Men behovet for en elektrisk guitar startede faktisk længe før. Allerede i 1880’erne og senere i big bands i 1920’erne, i de store koncertsale, var det blevet tydeligt at der var et behov for at fremhæve guitaren. Den akustiske guitar forsvandt imellem de andre instrumenter og dermed blev det et andenrangs-instrument. Der måtte gøres noget. Det gjorde George Beauchamp. Han designede den første, meget rustikke, eletriske guitar i sit eget hjem. Han spillede Hawaiansk guitar.
Som nævnt før havde jazzmusikere og for den sags skyld også andre, forsøgt sig med at sætte forskellige ting på den akustiske guitar for at forstærke lyden. Resultaterne var desværre ikke gode. Udfordringen lå primært i at den akustiske lyd gav feedback til den mikrofon der opfangede lyd, som så blev forstærket af forstærkeren og det skabte resonans som fik instrumentet til lave en kakofoni (larm) af lyd.
Musik spilles fra elguitaren og sendes til forstærker. Musikken sendes fra forstærkeren ud i rummet og sendes tilbage til elguitaren og rammer strengene som resonerer og dermed skabes der elektrisk feedback som forstærkes indtil der afbrydes eller forstærkeren står af.
En af måderne man arbejdede sig uden om resonansen, den elektriske feedback gav, var at fjerne hulrummet fra guitarkroppen, hvilket gjorde det sværere for lydbølgerne at resonere. Sådan blev guitarer med fastkrop opfundet. De kaldes også for blokguitarer. De blev skåret ud af et helt stykke træ. Derefter blev den hawaiianske “Laps steel guitar” elektrificeret. De blev nangivet sådan, fordi at man sidder med dem i skødet og fordi de er lavet af messing. De spillede væsentligt højere end træ-varianterne.
Beauchamp, som vi hørte om før, mødte Adolph Rickenbacker ved en guitar-fabrik kaldet “The Dopyera Brothers” i Los Angeles. De blev enige om at samarbejde om et elektrisk guitar projekt. Adolph Rickenbacker var en foregangsmand inden for sit felt. En mand der elskede at eksperimentere og turde nye ting. Han startede blandt andet The Rickenbacker International Corporation, en virksomhed hvis eneste formål var at opfinde og bygge elektriske musikinstrumenter.
Efter en masse eksperimenter, opfandt Beauchamp og Rickenbacker, endelig en elektromagnetisk enhed, der kunne opfange vibrationerne fra guitarstrengene med stor renhed. Helt basalt forklaret, konverterer elektromagneterne vibrationerne til et elektrisk signal, som derefter forstærkes og så afspilles gennem en højtaler. Den første velfungerende pickup var født.
Feedback var et af de største problemer med de første elektriske guitarer med pickups, monteret, på deres kroppe. Feedback er når lyd, der bliver forstærket af en forstærker, får instrumentet til at resonere. Dette skaber en kakofoni af lyd. Den måde man fjernede den største del af resonansen var som man gjorde med de hawaiianske “Lap steel guitars”, at fjerne hulrummet fra guitarkroppen.
Det første kommercielle elguitar produkt på markedet blev designet af Leo Fender, en af de mest berømte producenter af guitar forstærkere. Den blev udgivet i 1949 og hed Fender Esquire. Det bliver, i dag, betragtet som den første elguitar med fast krop.
Termer og betydning
1 – Kroppen
2 – Strengholder / Stolen
3 – Pickup
4 – Båndmærker
5 – Remholder
6 – Slagbræt
7 – Vibratorarm
8 – Strenge
9 – Bånd
10 – Hovedet
11 – Strengholdere
12 – Stemmeskruer
4-10 – Halsen (Her sidder gribebrættet)
13 – Sadlen
En Elguitar består altså (hovedsageligt) af kroppen, halsen og hovedet.
På kroppen sider slagbrættet, strengholder og stolen. På strengholderen er strengene monteret og de går hele vejen fra stolen til strengholderne på hovedet. stolens formål er at holde strengene på den korrekte afstand til gribebrættet. Ved stolen sidder vibratorarmen og lige efter stolen sidder pickuppen.
På halsen hvor strengene går, kaldes for gribebrættet. Gribebrættet er inddelt i zoner, adskilt af metalbånd. Disse zoner kaldes bånd og her opdeles guitarens toner. Prikkerne på båndene er båndmærker, som visuelt hjælper dig, så du kan bevæge din hånd til de noder du ønsker at spille. Mellem halsen og hovedet sidder sadlen, som sørger for at strengene ikke rører selve halsen.
På hovedet sidder strengholderne og stemmerskruerne. Strengholderne er der hvor strengene er spændt fast og stemmerskruerne bruger man når man stemmer guitaren. Der er ligeså mange stemmerskruer som der er strenge. Hvis man drejer på en stemmeskrue, bliver tonen på strengen enten højere eller dybere.
Hvordan fungerer den så?
Hvis vi først kigger på de fysiske love den, elektriske guitar, er underlagt, så er det loven om elektromagnetisme der er gældende, nærmere betegnet elektromagnetisk induktion. Helt enkelt handler elektromagnetisk induktion om at en forandring i et magnetfelt udleder elektricitet. Det modsatte er også gældende. Altså at en elektrisk ændring udleder eller skaber magnetfelter.
Hvis vi ignorer det meste af guitaren, men kigger i stedet på de dele af en elektrisk guitar der står for selve produktionen af lyde. Så ser vi at metalstrengene fungerer lidt som dynamoer, på den måde at de laver elektricitet når du bevæger dem. Under strengene er der elektricitetsopsamlende pickups. Hver af disse pickups består af en eller flere magneter med hundredevis eller tusindevis af spoler af meget tynd metaltråd snoet omkring dem. Magneterne danner et magnetisk felt omkring dem, der går op forbi strengene. Derved bliver strengene delvist magnetiseret. Når en streng så spilles og dermed vibrerer, så laver de en lille elektrisk strøm der bevæger sig igennem pickup’enes spoler. Pickup’ene er forbundet til en elektrisk kilde der opsamler og bearbejder parametrisk ( sideløbende i interval) information der kommer fra hver streng. Derefter sendes strømmen til en forstærker, som afspiller musikken. Ofte er en forstærker og højtaler bygget ind i samme enhed.
Hvad er Feedback / Resonans?
Feedback fra en elektrisk guitar sker når lyden fra en guitars forstærker for pickup’erne og/eller strengene til at vibrere synkront, nærmest i sympati. Den kombinerede vibration omdannes til et elektrisk signal som derefter bliver sendt tilbage til forstærkeren, hvilket forstærker den originale lyd. Dette forsætter indtil signalet ophører eller at signalblandingen rammer forstærkerens outputgrænse. Her er der som ofte en afbryder på forstærkeren og ellers så står den af.
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:
På hvilken frekvens bliver den mængde energi afsendt?
Hvor meget energi bliver der afsendt på en given frekvens?
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.
Det har siden 1951 været muligt at montere en telefon i bilen. Dengang blev samtalerne manuelt ekspederet fra Rigstelefonen, det var dog nødvendigt at vide hvor i landet ens bil og modpartens bil befandt sig. Derudover var der den ulempe at samtaler kunne aflyttes af andre med biltelefon.
Radiotelefon PTM888X
Der blev derfor indgået et samarbejde, i slutning af 70’erne, på tværs af de nordiske lande; Danmark, Sverige, Norge og Finland om at udvikle et automatisk mobiltelefonsystem. Det blev kaldt Nordisk Mobil Telefonsystem eller NMT. Det blev idriftsat imellem 1981 og 1982. På det tidspunkt dækkede det de fire lande. Idéen var at brugsfunktionalitet skulle minde så meget som muligt om det almindelig telefonnet.
Centralen, der styrede systemet, hed AXE. Det kunne registrere, hvor mobiltelefonen befandt sig uden at den der ringede op, behøvede at vide hvor den anden person var. NMT-Nettet blev udsendt på 450Mhz frekvensbåndet og i 1986 var det fyldt op og derfor blev 900Mhz frekvensbåndet taget i brug.
NMT-nettet fik flere funktionaliter, som omstilling af opkald til et andet nummer ved ubesvaret og mulighed for at kode, ofte benyttede, numre ind i telefonen. Senere kom Grønland, Island, Holland, Polen, Tyrkiet og Slovenien også til. I 1985 var NMT-Nettet verdens største med 110.000 abonnementer. Generelt set har NMT været med til at bane vejen for GSM netværket vi kender i dag.
GSM– 1. Generation
I København, år1987, blev der underskrevet en kontrakt på en samarbejdsaftale om udvikling og udrulning af Global System for Mobile Communication eller GSM-Standarden. Der var tretten lande der underskrev kontrakten. Det blev efterfølgende besluttet oprettet kvalitetsstandarder og at allokere bestemte frekvensbånd til GSM-nettet. De besluttede at benytte 900Mhz- og 1800Mhz frekvensbåndene til det. I 1991 blev det første opkald på GSM-nettet foretaget og i dag er GSM stadigvæk standarden ,for mobiltelefoni, i langt de fleste lande i verden. Det var også i GSM Standarden at man valgte at bruge SIM-kort (Subscriber Identity Modulecard) til at give adgang for telefonnummeret på mobilen. GSM-Nettet var også et analogt net. Dette var 1. Generation af GSM nettet Altså 1G.
2G-Anden generation
Anden generation af GSM-nettet (2G) var først og fremmest et digitalt netværk. Det digitale netværk kom også til at indeholde en ny standard General Package Radio Service (GPRS) som kunne overføre data trådløst med op til 40kbit/s (kilobit per sekund). Denne udgave blev også kald for 2.5G. Senere, under 2G, blev der videreudviklet en ny udgave af GPRS som blev kaldt EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution. EDGE kunne overføre data med op til 384kbit/s. EDGE kaldes også 2.75G
Dernæst indeholdt 2G, SMS (Short Message System). Det blev oprindeligt udviklet til forretningsfolk, som et værktøj til at sende og modtage korte beskeder til og fra forbindelser. Ligesom “Pageren”, i blandt andet USA, havde revolutioneret forretningsgange. Det skulle vise sig, sidenhen, at det var den yngre generation der tog SMS til sig. Det skete i sådan en grad at de udviklede deres eget sprog på platformen. Til at starte med var teksten begrænset til 128 karakterer og prisen pr. SMS kunne være op til 5 kr. Derfor lavede de forkortelser for alt der kunne forkortes og udviklede ansigtsmimiker repræsenteret som smileys i form af kolon, bindestreg, parenters sammensat så de lignede simple versioner af nutidens emojier.
En sidste stor ting der blev blev udviklet i 2. generation af GSM var bruges af TDMA. TDMA står for Time Division Multiple Access, som er en teknologi der tillader flere brugere at bruge samme del af et frekvensbånd på én gang. Dette gøres ved at dele dele frekvenserne op i subfrekvenser. TDMA er kompleks og kræver en meget præcis synkronisering af tids mellem modtager og afsender. Herunder ses et eksempel på TDMA, hvor et frekvensbånd deles af A, B og C. Hver bruger for tildelt et tidsrum til at sende og modtage data. I eksemplet ses det at bruger B sender efter bruger A og derefter bruger C.
TDMA eksempel.
De første teknologier på internettet var på 2G, Det var alt fra små hjemmesider på Web Application Protocol (WAP) til specielt udviklede applikation der kunne sende og modtage specifikke data over GSM netværket.
3G – Tredje generation
Den tredje generation af GSM teknologien er en opgradering der primært øger båndbredden. Den teoretiske 3.5hastighed er 144kbs/s og senere i 3.5G og 3.75G. 3.5G er en forbedret udgave af 3G som benytter en teknologi kaldet High Speed Download Packet Access (HSDPA). Det er baseret på UMTS og giver større kapacitet og hastighed samtidig med at svartiderne reduceres. Hastighederne kan nå op på 14 Mbit/s. Med 3.75G eller Evolved High Speed Packet Access (HSPA+) kan hastighed op til 168Mbit/s opnås med MIMO antenne teknik. Med 3G teknologien åbnede muligheder for hjemmesider på mobile enheder, videomøder, overførsel af større datamængder. Mobile bredbåndsforbindelser som erstatning for faste bredbåndsforbindelser eller som løsninger, steder hvor der ikke var/er fast bredbånd tilfældigt.
4G Long Term Evolution
4. Generation af GSM også kaldet LTE er blandet andet defineret som en standard der skal kunne levere 100mbit/s (Megabit) til enheder der er i høj bevægelse. Altså køretøjer som biler og tog, samt levere 1Gbit/S (Gigabit) for stationære eller enheder i lav bevægelser som fodgængere. Selvom standarden for teknologien foreskriver disse høje hastigheder, så er det sjældent at man praktisk kan opnå disse. Se eventuelt indlægget om Transporttab. 4G er designet til at håndtere alt hvad 2G og 3G har kunnet, samt medfødt IP-Telefoni, Gaming servicer, mobilt TV i HD, videokonferencer i stor skala med tusindvis af brugere, 3D TV, Sociale Medier, samt understøttelse af IOT-Enheder (Internet of Things).
Voice over LTE
VoLTE er en trådsløs kommunikations standard der fungerer på mobiltelefoner, IOT-enheder og alverdens data-terminaler. Voice over LTE har tre gange så meget voice og data kapacitet som 3G over UTMS. For at kunne lave et Voice og LTE opkald i HD Voice, skal endepunkterne, masterne og centralerne alle understøtte VoLTE. I 2019 understøttede 262 operatører i over 120 lande VoLTE.
5G – Femte generation
Bagved 5G-Teknologien ligger der en masse funktionaliteter som:
Network slicing som er en netværksarkitektur der gør det muligt at multiplexe (det at kombinere flere signaler til ét signal på et delt medie), virtualiserede og uafhængige logiske netværk på den samme underlæggende fysiske netværks infrastruktur.
Orthogonal Frequency-Divsioning Multiplexing (OFDM) er en teknologi som fremmedordene indikerer der involverer at parallelle signaler kan blive opdelt og samlet igen på tværs af frekvenser. Den bruges for at undgå problemer med Doppler-effekten (ændringer i signalbølgen) og Multipath-propagation (Det at et signal kan nå en antenne af flere veje og dermede skabe interferens undervejs. Ved brug af OFDM mindsker man begge dele.
MIMO eller Multiple Input Multiple Output, som også bruges i 4G er en teknologi der gør det muligt at bruge flere antenner til at modtage og sende samtidigt og dermed udnytte en større del af frekvensbåndet og dermed den tilgængelig båndbredde og hastighed på én gang.
Teknologier og deres årtier
Kort og godt. 5G:
Bliver hurtigere (op til 10Gbit/S)
Kan håndtere flere brugere 100x flere end på 4G)
Har lavere svartider (med mulighed for svartid på under 1 sekund)
er mere stabilt
er designet til at samle netværk
Forventes at blive benyttet af 1.7 milliarder enheder.
6G – Next Gen
Den 6. Generation af GSM-nettet, som bliver efterfølgeren til 5G mobilteknologi kommer til bruge højere frekvenser end 5G nettet, formentligt i Terahertz (Thz) spektrummet. Derved bliver der væsentlig højere netværkskapacitet og meget lavere svartider. Ét af målene, for 6G er at det skal kunne understøtte svartider i mikrosekunder så svartidere bliver 1000 gange bedre eller 1/000 del af dem vi kender i dag fra en svar tid på 1 millisekund. Derudover vil sampling rates (den hastighed eller det antal af lyderbidder man kan “smage” på, på én gang) foregå meget hurtigere. Kombinationen af sub-mm lydbølger (lydbølger på under 1mm) og frekvensvalg baseret på elektromagnetisk absorberingshastighed forventes at kunne udvikle trådløse sensorer betydeligt.
Teknoligien 6G forventes at understøtte dataforbindelser på 1 terabyte pr. sekund (Tb/s). Hastigheden vil være ulige noget vi har set før og den vil forøge 5G mulighederne for produkter der benytter sig af 5G væsentligt lige som det vil være muligt at danne eller opfinde helt nye teknlogier der på trådløse forbindelser vil kunne forbinde, detektetere, indsende , modtage og behandle, højopløselige billeder og video, informationer med flere og datatunge lag indlejret. Det forventes særligt at kunstig intelligens (AI), autonom infrastruktur, video- og billedbehandling, samt tilgængelighedsteknologier og placeringsteknologier vil få markante forbedringer på baggrund af 6G.
Det vil være muligt med kuntig intelligens, med de høje hastigheder, at server infrastruktur 6G-Netværket og endepunkterne snakker så godt sammen at de automatisk og autonomt selv finder det oplagte eller bedste sted at beregne data, både hvor lagring, processering og deling skal foregå. Der tales allerede i dag om at tilføje Mobile Edge Computer (MEC – som er det man kalder ovenstående AI-drevne autonome infrastruktur) som en tilføjelse til 5G, men MEC vil blive en del af alle 6G netværk. Dermed vil Edge og Core computing bliver sømløst integreret i kommunikations og server infrastrukturen allerede før 6G-netværket idriftsættes. Hvilket vil betyde at de allerede tages i brug under 5G, men først opnår der potentiale når 6G er tilgængeligt.
Trådløs er en måde at transportere signaler uden brug af faste forbindelser som kobberkabler eller fiberoptiske kabler. Signalet udbreder sig i det frie rum. Når folk snakker om trådløs er det som oftest trådløs kommunikation de refererer til. Trådløs kommunikation er når information overføres mellem enheder der ikke er forbindet via fast forbindelse (kabel).
Hvor bruges trådløst?
Før vi går i dybden med hvordan trådløs kommunikation fungerer, bør vi kigge på hvordan trådløs anvendes. I næsten alle scenarier bruges trådløs kommunikation til at sende og modtage data. Det kan enten være envejs-kommunikation som Radio eller gammeldags Flow-TV eller det kan være tovejs-kommunikation, hvor en enhed fungerer som sender og den anden som modtager. Det andet scenarie med tovejs-kommunikation bruges i satelitter, Trådløse routere og Access Points (AP’er) eller i mobilnetværk, eksempelvis 2G/3G/4G eller 5G teknologi, som mellemliggende punkter der sørger for at forbinde kommunikationen mellem sender og modtager.
Hvordan fungerer trådløs kommunikation?
For at trådløs kommunikation kan ske, skal vi have data der skal transporteres uden kabler. Disse data transportes i stedet gennem det der kaldet signaler (som består af elektromagnetiske bølger). Så hvordan skaber man et signal der kan sendes trådløst?
Det starter med transmitteren (senderen) hvor en oscillator skaber en periodisk bølge (signalet). Dette signal udbreder sig gennem interne kabler i enheden op til antennen. Da antennen er en leder, vil den elektriske strøm bevæge sig ud til enden af antennen. Antennen udstråler den skiftende spænding (den periodiske bølge af strøm) som en elektromagnetisk bølge. Her starter det trådløse, altså i det at antennen konverterer den elektriske spænding til bølger i luften.
Signalets frekvens.
Afhængigt af hvor hurtigt, signalet fra oscillatoren skifter, har de udgående bølger forskellige frekvenser. Disse frekvenser kan benyttes til forskellige formål. Man deler de forskellige frekvenser op i frekvensdomæner og samler disse i et frekvensspektrum. Anvendelseformål deles også op i frekvensdomæner. Eksempelvis kan der nævnes: Wi-Fi, TV-udsendelse, mobilkommunikation, Satelit, Radioudsendelse, ISM-båndet, GPS og mange flere. Det er regeringen i det enkelte land der er ansvarlige for tildele frekvensbånd til forskellige formål.
Grunden til at man opdeler frekvenser til forskellige formål er for at undgå kollision imellem domænerne. Ved at adskille forskellige teknologier til deres egne frekvensbånd, kan disse ikke “larme”. Når et signal “larmer” på samme frekvens bånd som et andet, kan ingen af de to signaler komme igennem eller også vil det som minimum betyde væsentlige forringelser af signalet.
Hvordan bevæger et signal sig?
Et signal bevæger sig typisk ikke direkte til modtageren efter at være blevet sendt. Antennen på transmitteren udstråler signal i flere retninger. Signalbølgen kan reflektere sig på bygninger, afbøjes på skarpe kanter eller splittes på mindre genstande og stadig nå modtageren. Undervejs vil bølgen lide tab i form af dæmpning og forsinkelse. Modtageren opfanger alle dele som et kombineret signal. Når der er mere end en rute mellem transmitter og modtager, kalder man dette for en “flérstis-kanal” (multipath channel).
Hvad sker der i transmitteren?
Vi ved at modtageren skal håndtere det forvrængede og blandede signal for at kunne afkode data. Dette er en kompliceret opgave, da signalet indeholder mange uønskede dele. For at gøre det lettere, for modtageren, tilføjes yderligere led i processen ved transmitteren. Før vi sender data afsted, koder vi data ind i pakker. Dette tilføjer yderligere bits til data, som som gør det lettere at genskabe data, under afkodningen, ved modtageren. Efter at dataene er indkodet i pakker, bliver bits placeret på symboler, moduleret til adskillelige signalformer og sendes ud gennem antennen.
