Spør en forsker: Hvorfor blandes ikke signaler fra radio, telefon, internett og GPS i luften?

Hvordan kan ulike typer elektronisk utstyr sende ut signaler uten at de blandes eller forstyrrer hverandre?

Publisert
Hvordan kan vi snakke i mobiltelefon samtidig, uten at signalene blir blandet sammen? Vi har spurt to forskere. (Foto: Colourbox)
Hvordan kan vi snakke i mobiltelefon samtidig, uten at signalene blir blandet sammen? Vi har spurt to forskere. (Foto: Colourbox)

Fakta:

Strålingsfrekvens angir hvor mange bølgetopper som oppstår på ett sekund.

All elektromagnetisk stråling beveger seg med samme fart i et vakuum. Derfor avgjøres frekvensen av bølgelengde.

Er det langt mellom to bølgetopper, er det ikke tid til like mange bølgetopper på ett sekund. Derfor er frekvensen lav – mens bølgelengden er stor.

Fakta:

Det elektromagnetiske spektret er sammensatt av stråling med alle tenkelige bølgelengder.

Lengst til venstre er det strålingstyper med svært korte bølgelengder, på ned til under en nanometer. Her finner man for eksempel røntgenstråling og ultrafiolett lys.

I den andre enden finner vi langbølget stråling som mikrobølger og radiobølger. Sistnevnte kan ha på en bølgelengde opp til ti meter.

Bare en svært liten del av det elektromagnetiske spektret er synlig for det menneskelige øyet. Det dreier seg om stråling med en bølgelengde på mellom 400 og 700 nanometer.

Lys med en bølgelengde på 400 nanometer oppfatter vi som blått. Lys med en bølgelengde på 700 nanometer oppfattes som rødt.

«Nå som luften er fylt med signaler fra radio, tv, mobil, GPS og så videre, hvorfor blir de ikke blandet sammen? De kan vel ikke ha hver sin bølgelengde, for hvordan kan man da skille to telefonsamtaler?» Det er Susanne Jørgensens som har sendt dette spørsmålet.

Videnskab.dk ringer Preben Mogensen, som er professor ved Institut for Elektroniske Systemer ved Aalborg universitet i Danmark. Han fastslår at svaret i stor grad ligger nettopp i at informasjon sendes med forskjellige bølgelengder. Som regel bruker man begrepet frekvens.

Frekvensen er uttrykk for hvor mange bølger det sendes per sekund.

– Båndet av frekvenser man kan sende innenfor, er bygget på opp samme måte som lysspekteret, forklarer han.

– Hver frekvens har på en måte sin egen farge, og nyansene er svært spesifikke. Signaler fra mobiltelefoner, tv og så videre er elektromagnetiske bølger, akkurat som lys, men disse bølgene er ikke synlige for oss, siden bølgelengdene er mye lenger enn for synlig lys.

Signalene må skilles

Men i et område hvor de fleste har mobiltelefon, kan det ikke være en unik frekvens til alle.

Michael Stübert Berger, som er professor i fotonikk ved DTU, bekrefter at det er andre metoder til å holde bølgene atskilt:

– Signaler kan separeres på flere måter. De kan også skilles i tid eller ved koding. Ved tidsdeling deler forskjellige telefoner en frekvens, men det er en forsinkelse i tid.

I praksis foregår tidsdeling ved at et sekund deles i en rekke smådeler – såkalte «timeslots». De består av noen få tusendeler av et sekund. Hver telefon får bare et utvalg av tiden til å sende sitt signal. Det er imidlertid nok til at en beskjed kan gå igjennom – selv om de fleste har merket at det kan oppstå mindre forsinkelser eller signaltap i mobilnettet.

Men det er en grense for hvor mange deler en gitt frekvens kan splittes i. Når mange mennesker stimler sammen på små områder, og alle mobiltelefonene forsøker å få et signal, blir kapasiteten spist opp. Det kan skje på for eksempel store musikkfestivaler.

Ikke et problem i byene

I byer er nettverket dimensjonert for en stor mengde signaler, forklarer Berger:

– Det er reservert et frekvensbånd til en bestemt sendemast. Nabomaster sender innenfor forskjellige frekvensområder. På den måten forstyrrer de ikke hverandre. Når en mobiltelefon beveger seg fra signalet fra en mast til en annen, endrer den altså frekvensområde.

Det betyr at man i byer kan ha mange sendemaster. Dermed unngår man at signalene overlapper. Dessuten kan man, forskjellige steder i landet, ha master som sender ved samme frekvens. Så lenge de er utenfor rekkevidde, forstyrrer de ikke hverandre.

Det er imidlertid dyrt å montere sendemaster. Derfor er det bare i områder hvor det ferdes mange mennesker det lønner seg å sette opp mange av dem.

Koding beskytter samtalen

Selv om to signaler ikke overlapper, kan de ligge så tett at de ikke kan skilles av mottakerapparatet. Det kjenner man for eksempel fra radioen. Her er kanalene kun skilt fra hverandre med frekvenser. Derfor kan man ved overlappende frekvenser høre musikk fra flere radiokanaler på en gang.

Det ville raskt bli et problem hvis det samme gjorde seg gjeldende med mobiltelefoni. Derfor ble signalene på det opprinnelige mobilsystemet skilt med såkalte filter. Det var kontrollfrekvenser som sikret at signalet blir oppfattet av et bestemt apparat.

Slik foregår det ikke lenger, forklarer Preben Mogensen:

– I dag er mobilsystemet digitalt, og informasjon sendes utelukkende som nuller og ett-tall. Mottar telefonen feil signal, kan det ikke omdannes til tale. Man bruker koder som sikrer at bare det rette signalet kan nå fram til mottakeren.

Frekvenser er lisenspliktige

Frekvensspektret er altså preget av høy grad av organisering. Michael Stübert Berger understreker at frekvenser er en begrenset ressurs, og man må betale lisenspenger for å ta dem i bruk.

Det skapte mer rom i frekvensspektret at de danske tv-signalene i 2009 gikk over til å bli digitale. Før i tiden tok en analog tv-kanal opp et helt frekvensbånd, men digitaliseringen betyr at flere tv-kanaler kan dele på det samme båndet. De frekvensene som ble frigjort, brukes nå i stor grad til mobilt bredbånd.

2,4 gigahertz: Din egen kanal

Heldigvis trenger du ikke vente på at det oppstår ledig plass i frekvensbåndet hvis du vil leke med et fjernstyrt helikopter eller bruke trådløst internett der hjemme.

– Frekvensbåndet 2,4 gigahertz er uregulert, forklarer Berger.

– Her kan alle sende, og det er her trådløst internett og trådløs elektronikk opererer. Utstyret må ha en svært begrenset rekkevidde for å unngå forstyrrende overlapp. Naboers trådløse nett forstyrrer hverandre. Andre frekvenser er lisenspliktige, og man kan få bot for å bruke dem uten lov.

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.