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.
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.
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.
En transmitter eller en sender, udstråler generelt et signal som har en specifik styrke ved at bruge en antenne. Signallet bevæger sig i miljøet som en elektromagnetisk bølge og taber styrke under transport. Derfor kendes fænomenet som transporttab. Den elektromagnetiske bølger er ikke klar over hvor modtager(ne) af signalet er henne. Derfor, når signalet er udsendt, udbreder signalet sig i den retning, som antennen udsender signalet. Modtageren opfanger en vis del af det udsendte signal, afhængig af flere faktorer som afstand, landskabs-topologi, generelle forhindringer osv. , derefter bliver signalet afkodet så informationen kan bruges i enheden der modtager signalet.
Den elektromagnetiske bølge udbredes og bevæger sig længere og længere væk. På grund af dette, vil den indledende signalstyrke, som transmitteren sendte, spredes over et større areal. I begyndelsen er al den transmitterede energi indesluttet i en lille “boble”. Hvis modtageren er tæt på transmitteren, vil den kunne opfange større signalstyrke. Hvis den er længere væk fra transmitteren, vil sginal-“tætheden” være mindre og den modtagende antenne opfanger kun en brøkdel af den udsendte styrke. Figuren herunder illustrer dette fænomen:
Teoretisk baggrund
Som det er forklaret foroven ved vi at styrken i signalet reduceres som signalet udbredes. Så er det interessant at kigge på forholdet mellem tabet og aftanden. Er afstanden den eneste variabel i denne ligning?
Nu bliver det lidt tungt, men se illustrationen og forklaringen herunder:
Der er mange parametre (variabler) involveret:
Afstand, bølgelængde og sendestyrke. Transporttab afhænger af afstand og bølgelængde. Formlen ovenover bekræfter det vi oplever i virkligheden, at større afstand betyder mindre styrke. Det man dog også er nødt til at tage højde for er bølgelængden. Jo kortere bølgelængde jo størrer dæmpning af signalstyrken. Dette betyder at højkfrekvente signaler (altså kortebølgelængder) bevæger sig i en kortere længde end lavfrekvente signaler. Det er blandt andet forklaringen på at 802.11ad anvendt på 60GHz, kun kan bruges i et enkelt rum eller at 4G. anvendt på 700Mhz kan række væsentligt længere end 4G anvendt på 2600Mhz.
Tab af styrke, undervejs, afhænger ikke af den afsendte styrke. Hvis dæmpningen på signalets vej er 20dB vil det påvirke et stærkt signal på samme måde som var det et svagt signal. Forskellen vil dog være synligt i den modtagne signalstyrke. Hvis der sendes et svagt signal og det dæmpes endnu mere undervej, vil det ikke kunne afkodes ved modtagelse.
