Jag känner mig lite som den fula ankungen här, eller kanske som mountainbiken bland sportbilarna i skogen. Utan detaljerad kunskap om terrängen ska jag cykla omkring lite bland träden, styrd av nyfikenhet och en hälsosam dos galenskap, och viss förmåga till tänkande på tvären.
De fundamentala begrepp som Carl tar upp är bland annat skillnaden mellan enkelriktad och dubbelriktad kommunikation, där den senare först nyligen har blivit möjlig i större skala i etern. Nicklas nämner vikten av flexibilitet i fördelning av spektralt utrymme. Och allt handlar om ett kontinuerligt spektrum – i detta fall elektromagnetisk strålning av olika frekvenser med olika egenskaper. Här finns slående paralleller till musik, men jag återkommer till det.
Jag börjar med några frågor väckta av Carls inlägg.
Först – han nämner att lägre frekvenser når längre. Ja, men de har också lägre bandbredd, dvs rymmer mindre information per tidsenhet. Om man skall använda dem för bidirektionell kommunikation, vilket brukar betyda att många mottagare och sändare skall samsas om samma frekvenser via tidsmultiplexering, så krävs ganska hög bandbredd. En annan aspekt är att det för mobila tjänster naturligtvis krävs en sändare hos användaren. Om detta sker på lägre frekvenser för att de fasta sändarna då kan placeras glesare, så antar jag att det även krävs starkare lokala sändare, vilket kan vara problematiskt, med tanke på strömförbrukning, hälsoaspekter, antennstorlekar, osv.
Olika frekvenser har olika fysiska egenskaper. De har olika egenskaper vad gäller spridning, reflektion, diffraktion och hur de tränger igenom olika material. Detta påverkar hur de kan användas. Spektrat i en punkt är ju inte bara energin hos alla elektromagnetiska vågor som förekommer i en punkt utan även i vilken riktning de rör sig. Eller, egentligen borde man tala om hur spektrat ser ut i en viss riktning, sett från denna punkt.
Denna aspekt blir tydlig om vi jämför med våra sinnen. Synen består, något förenklat, av tre slags sensorer (rött, grönt och blått) inom ett begränsat frekvensband av den elektromagnetiska strålningen, det vi kallar synligt ljus. Proportionerna mellan dessa tre bestämmer vilken färg vi uppfattar. Men vi kan rikta våra sensorer (ögonen) åt valfritt håll, och välja vad vi betraktar. Ett rött äpple till höger om mig stör inte ljuset från en ketchupflaska till vänster. Jag väljer vilken av dem jag vill titta på.
En radiomottagare är oftast inte riktad. En omnidirektionell antenn lyssnar på allt som “är” i en viss punkt. Det är intressant att försöka föreställa sig den rumsuppfattning som detta leder till: Jag ser allt rött som finns omkring mig, och får försöka extrahera information ur hur det röda varierar över tiden. Onekligen en annan värld att existera i. Edison, Einstein och andra kreativa personer brukade föreställa sig att det var “i” sitt problem på liknande sätt, och det kan ge nya insikter i hur saker kan lösas.
När vi talar om radiovågor så menar vi alltså den totala energin av en viss frekvens i en viss punkt (där antennen är), oavsett riktning. Visserligen får vi rikta våra TV-antenner mot sändaren, men det är mest för att få en så stark och störningsfri signal som möjligt. Jag har en känsla av att den direktionella aspekten hos radiovågor inte används till sin fulla potential.
Vi kan se det från sändarperspektivet. Carl använder det ärevördiga ordet rundradio, vilket innebär att man från en punktformad källa sänder ut i alla riktningar. Motsatsen är en riktad radiolänk, där signalen fokuseras i endast en riktning, direkt till en specifik mottagare, vilket till exempel används för att skicka signaler mellan basstationer. På detta sätt stör den inte andra signaler inom samma frekvensband. Kan detta överföras till mobila applikationer? Är det möjligt att skapa mobila sändare som automatiskt riktar sig mot en fast antenn, likt våra ögon riktas mot det vi vill betrakta? Kan man konstruera en fast antenn som kan fokusera signaler i en viss riktning, för att nå en specifik mottagare, och på så vis kunna använda samma frekvens till fler mottagare, med olika innehåll, på samma frekvens? Detta kräver något slags elektronisk fokuseringsteknik, till skillnad från de parabolantenner som används för fasta radiolänkar. Denna teknik kanske redan finns. Jag vet inte, men det är intressant att spekulera.
För att fortsätta sinnesanalogierna, så gör hörseln detta på ett ännu mer sofistikerat sätt. Fast här handlar det ju om mycket långsammare ljudvågor. Tack vare två mottagare (öron) kan hjärnan använda skillnader i fas och amplitud för att urskilja riktning i vänster-höger-led, och riktning i höjd och djupled baserat på ytterörats och huvudets filtrerande effekt (som är mindre precis). Så vi kan urskilja riktning, men inte lika exakt som synen. Å andra sidan har hörseln en mycket större upplösning än synen i tidsdimensionen, men det är en annan historia. Hörseln har också en förmåga att urskilja sammanhörande spektral information, trots att den är uppdelad på många frekvenser och blandad med andra ljud. Detta är den så kallade cocktailparty-effekten - vi kan urskilja en röst bland många. Hur detta fungerar har man nog inte förstått än. Detta “the de-mixing problem” är högt upp på listan över nyckelfrågor inom ljudtekniken. Vi kan mixa ljud maskinellt, men inte plocka isär dem, än. Men hjärnan kan.
Så, min huvudfråga är: Kan man använda direktionalitet i högre grad inom trådlös kommunikation? Det gjordes primitivt redan i gammal radiopejling, och används i viss mån i andra sammanhang (jag misstänker t ex flygledning). Kan tekniker inspirerade av hörselns eller synens direktionalitet användas för att öka effektiviteten i mobila kommunikationer?
Detta var första delen av mitt svar. Jag sparar de mer konstnärliga spekulationerna och analogierna kring fördelning av spektra till ett andra svar som kommer snart.
