Så får alla plats i etern

Det är trångt i etern. Mobiltelefoner, digital-tv, trådlöst bredband och tiotals andra slags apparater och system slåss om att få sända och ta emot ljud, bild och data genom luften. Frekvenserna räcker egentligen till. Men alla frekvenser är inte tillåtna, sättet att få tillstånd är ofta byråkratiskt och bara vissa frekvenser är lämpliga för vissa tillämpningar. Sammantaget innebär det en ständig jakt på nya vägar att utnyttja radioutrymmet.

Det kanske aktuellaste exemplet på denna jakt är bytet från analoga till digitala tv-sändningar. Det får plats fler kanaler om man sänder dem digitalt än analogt.

Nya apparater igen

Det finns de som påstår att digital-tv-tekniken för marksänd tv som vi just byter till redan är föråldrad och att vi snart får byta alltihop igen.

Tänk om man kunde göra som med datorn: när det kommer en ny version av programmet så laddar man ner det och allt är frid och fröjd. Tv-apparaten eller radion skulle bara vara en dator och när man behövde använda en ny tjänst laddade man ner ett nytt program och tittade eller lyssnade vidare.

Tanken är inte alls orimlig, och tekniken finns till viss del redan. Den kallas mjukvaruradio (SDR, software defined radio). I stället för att radiosignalernas karaktär bestäms av en kristall eller är kodad i en integrerad krets bestäms den av ett datorprogram. Byter man ut programmet kan man också byta frekvens och funktion.

I praktiken är det dock inte så enkelt som det låter.

– Drömmen om att man efter något år skulle kunna uppgradera sin telefon till teknik är just en dröm, eftersom ny teknik kommer att kräva högre prestanda av hårdvaran, säger Jens Zander, professor i radiosystemteknik vid KTH och ledare för forskningscentret Wireless@KTH.

Antennen inte mjuk

Eftersom man vill ha stor flexibilitet i funktion och frekvensområde, krävs det rejäl överkapacitet när det gäller snabbheten i de signalprocessorer som används, och den överkapaciteten kostar, bland annat i hög strömförbrukning. Ytterligare ett stort problem är antennen. För bästa mottagning bör en antenn vara anpassad till den frekvens som används, och om man byter frekvens bör också antennen ändra form för att passa den nya frekvensen.

Jens Zander tycker att datorn är ett bra exempel på hur det går till i praktiken. I princip kan du ju uppgradera din tre år gamla PC med den senaste programvaran, men prestanda kommer att vara så dåliga att du inte vill ha den – du måste ha en PC med den senaste processorn och massor med ytterligare minne.

– Trenden är att jag byter mobiltelefon vart annat år i alla fall av andra skäl! Och då får jag en med de senaste radiogränssnitten inbyggda, säger han.

Halvmjuk radio

Ett sätt att gå runt problemen och bygga en mjukvaruradio i dag är att kompromissa. Man minskar på det möjliga frekvensområdet och låter de högsta frekvenserna klaras av med konventionella metoder. Det betyder att radion kan programmeras om till viss del och klara en del förutsedda nya funktioner.

Mjukvaruradio kommer den närmaste tiden att användas i till exempel mobiltelefoner, men mjuk i betydelsen anpassningsbar kommer apparaten bara att vara vid tillverkningstillfället. När telefonen lämnar fabriken upphör den att vara mjukvaruradio. Fördelen med denna typ av mjukvaruradio är att det blir billigare för tillverkarna. De kan snabbt ta fram nya varianter av liknande radiotekniker för olika marknader genom att bara byta program.

Ultrabredband

Mjukvaruradio är nu inte det enda sättet som används för att minska trängseln i luften. En teknik som fått stor uppmärksamhet på senare tid är så kallat ultrabredband. Man sprider sändningen över ett mycket brett spektrum av frekvenser, men sänder en svag signal. För normala mottagare uppfattas sändningen bara som bakgrundsbrus. Det gör att den inte stör och kan användas samtidigt med andra sändningar på redan upptagna frekvenser. Det gör också att sändningarna kan vara mycket svåra att avlyssna. Man måste lyssna brett och veta precis var de svaga signalerna kommer för att alls uppfatta en sändning.

Frågan är dock vad som händer om många börjar utnyttja möjligheten att smyga med ultrabredband. Enligt Jens Zander är det troligt att snyltandet inte fungerar i större skala. Om det blir för många som sänder brett stiger brusnivån, och användarna smyger inte längre utan stör troligen de sändningar vars utrymme man lånar.

Tekniken används mer som ett sätt att kringgå licensavgifter och byråkratiska tillståndsprocesser än som global lösning på frekvensproblematiken. I stället för att söka tillstånd i flera olika länder för att använda en viss frekvens kan man smyga med ultrabredband och därmed få en större marknad för sin produkt.

Jens Zander tror att ultrabredband främst kommer att konkurrera med radioteknik som används på korta avstånd – några meter – som blåtand. Blåtand är radiokommunikation som används i stället för att koppla ihop apparater med sladdar.

Kognitiv radio

Ytterligare ett sätt att komma runt trängseln i etern vore att ge radion möjligheter att själv välja sändningssätt. Tekniken har fått det något överdrivna namnet kognitiv radio. Benämningen syftar på att radion själv ska vara ”medveten” om vilka frekvenser och sändningssätt som den ska använda. I stället för ultrabredband, som sänder på alla frekvenser samtidigt, tänker man sig att kognitiv radio lyssnar och tar reda på vilka frekvenser som för tillfället är fria och sedan använder dem på bästa möjliga sätt.

Även detta är en teknik som likt ultrabredband lånar ledigt frekvensutrymme. Frågan är därför vad som händer när många användare utnyttjar de tillfälliga tomrummen.

– Det är en spännande idé och mycket forskning pågår – men man behöver varken nödvändigtvis artificiell intelligens eller ens mjukvaruradio för att välja frekvenser lite smartare, säger Jens Zander.

Jakten på nya frekvenser är kanske inte i första hand en teknisk fråga. I stället är trängselproblemet till stor del en följd av att de gamla tekniska lösningarna byggde på fixa frekvenser och hade lång teknisk och ekonomisk livslängd. Därför upplät också myndigheterna frekvenserna på mycket lång tid. När nu användningen ökar och de tekniska lösningarna avlöser varandra i raskare takt hänger inte regleringen med, och frekvensbanden är låsta till de gamla systemen.

En bra lösning på problemet vore därför snabbare och mindre byråkratiska sätt att fördela och omfördela utrymmet. Men att tänka ut tekniska lösningar är betydligt enklare än att hitta lösningar i kommittéer där olika nationella och kommersiella intressen ska vägas mot varandra.