Tækni
Lestími: 9 mínútur
Þú situr í sófanum heima og spjallar við gamla vinkonu. Þú sérð ekki betur en hún sé þarna við hliðina á þér í raun og veru en staðreyndin er samt sú að hún situr í öðrum sófa hinum megin á hnettinum.
Það sem þú sérð er hárnákvæm þrívíddarheilmynd sem er send í sýndargleraugun þín á rauntíma þannig að þú sérð engan mun á ímynd og veruleika.
Nú eru bráðum 35 ár síðan fyrsta kynslóð farsíma kom á markað. Sú tækni gerði fólki kleift að hafa símann í vasanum hvert sem það fór.
Þetta var gríðarleg bylting en nú geta fæstir ímyndað sér tilveruna án þess að hafa síma í vasanum.
Og nú er alveg ný tæknibylting framundan, bylting sem krefst fullkominnar endurnýjunar alls tæknibúnaðar.
Hér er á ferðinni eins konar langalangafabarn fyrstu farsímanna, fimmta kynslóð og hún kallast 5G.
Allt er í netsambandi
5G verður hryggjarstykkið í því sem kallast Internet hlutanna (Internet of things) og á að skapa beint samband alls staðar. Skynjarar í akbraut vara bílinn við hálku og snjallsíminn aðvarar þig ef t.d. eitrað loft verður á vegi þínum.
Þú ferð út og sest inn í bílinn. Skynjarar í húsinu láta snjallsímann vita að þú hafir farið út um útidyrnar og þær læsast samstundis sjálfvirkt. Inni í húsinu er hitinn lækkaður örlítið og ljós slökkt.
„Machine 2 machine“ boðskipti milli þíns bíls og annarra bíla sjá til þess að halda fjarlægð milli bíla. Yfir 5G-netið fær bíllinn boð um laus bílastæði. Skynjarar á bílastæðinu setja sig í samband við snjallsímann til að ganga frá greiðslu.
Þér er leiðbeint um borgina með upplýsingum sem berast yfir 5G-netið og birtast þér á aukaskjá, t.d. í gleraugum. Boð á hárri tíðni ná ekki í gegnum háhýsi og nýtt 5G-mastur tekur við í hvert sinn sem þú t.d. ferð fyrir horn.
Þú ákveður að fara í almenningsgarðinn. Snjallsíminn lætur þig vita að nettengdir skynjarnar þar hafi mælt loftgæði undir viðmiðunarmörkum. Þú sendir bílnum boð um að sækja þig og keyra þig heim.
Snjallsímanetið verður margfalt hraðvirkara en núverandi net og hraðinn nær mörgum gígabitum á sekúndu.
Það þýðir t.d. að það tekur aðeins 6 sekúndur að hlaða niður í símann bíómynd í fullum HD-gæðum. Í 4G tekur það 7 mínútur og í 3G heilar 70 mínútur.
Þessi mikli hraði er þó síður en svo eini kosturinn við 5G. Þetta kerfi á að sjá allt að 100 milljörðum tækja fyrir netaðgangi í framtíðinni, þegar Internet hlutanna tengir saman bíla, föt, lækningatæki, vöktunarvélar, læsingar og fjöldann allan af öðrum hlutum.
Fleiri með netaðgang skapa þrýsting á kerfið
Árið 1983 kom fyrsti farsíminn, Motorola DynaTAC 8000x, á almennan markað í Bandaríkjunum.
Sá farsími dugði einungis til að tala saman yfir þáverandi hliðrænt netkerfi. Síðan hafa nýjar kynslóðir farsíma og farsímaneta komið fram á um tíu ára fresti og alltaf haft nýjungar í för með sér.
Á síðasta áratug 20. aldar varð farsímanetið stafrænt með 2G. Þar með varð í fyrsta sinn mögulegt að senda einföld skilaboð milli farsíma, svo sem SMS.
Og um áratug síðar kom þriðja kynslóðin, 3G, með breiðbandshraða og gerði mögulegt að nota símann á netinu. Og á nýliðnum áratug hafa margir vanist því að streyma t.d. sjónvarpi í símann gegnum 4G-netið.
Verkfræðingurinn Martin Cooper er sagður hafa fundið upp farsímann.
Ný farsímakynslóð í loftið á hverjum áratug
Fjögur risastökk farsímatækninnar á jafnmörgum áratugum hafa breytt farsímanum úr hálfgerðum múrsteini sem hægt var að nota til að hringja í margmiðlunarundratæki.
0 kbps
1G: Eftir 1980
Hliðræn símtöl án línu
Með 1G var í fyrsta sinn hægt að tala í þráðlausan síma en sambandið var hliðrænt. Fyrsti farsíminn kom í almenna sölu 1983.
384 kbps
2G: Eftir 1990
Einföld tölvutenging fyrir texta og myndskilaboð
2G opnaði leið fyrir fleiri notendur á sömu rás í tíðnirófinu, þar sem 1G rúmaði aðeins einn. Þess vegna varð auðveldara að ná sambandi í þéttbýli.
42.000 kbps
3G: Eftir 2000
Myndum og tónlist streymt í símann
3G leyfði flakk á netinu ásamt myndstreymi og staðsetningarþjónustu. Árið 2012 voru meira en 2 milljarðar komnir með 3G-netaðgang.
300.000 kbps
4G: Eftir 2010
Niðurhal nógu hratt fyrir HD-myndbönd
Fjórða kynslóðin jók hraðann til muna. Niðurhal varð auðvelt og hægt að streyma myndefni í fullum HD-gæðum.
Vegna stöðugt aukinna möguleika með hverri nýrri kynslóð farsímaneta hefur notendunum fjölgað til muna. Samkvæmt upplýsingum frá bandaríska greiningarfyrirtækinu Gartner voru 6,4 milljarðar eininga á heimsvísu nettengdar árið 2016.
Sú tala er nú komin í 20,8 milljarða sem er þreföldun á aðeins fjórum árum.
Farsímar senda tal og gögn sem stafræna pakka á sérstöku tíðnisviði útvarpsbylgna sem kallast burðarbylgja.
Með svonefndri mótun burðarbylgjunnar taka stafrænu pakkarnir á sig mynd örsmárra sveiflna í tíðni burðarbylgjunnar.
Næsta farsímamastur fangar boðin og sendir áfram til þess næsta. Þegar boðin berast til móttakandans eru örsveiflurnar afkóðaðar aftur sem tal eða gögn.
Til að komast hjá því að mismunandi útvarpsboð trufli hver önnur er tíðnin ákvörðuð í samræmi við reglur alþjóðlegrar stofnunar, ITU. Núna eru tíðnisvið á bilinu 700 megarið upp í 2,6 gígarið notuð til að annast 2G, 3G og 4G.
Hver einasta tengin leggur undir sig dálítinn hluta tíðnisviðanna og það er einfaldlega ekki rými fyrir milljarða nýrra eininga sem senda boð sín á milli.
Lausnin felst í millimetrabylgjum
Til að skapa aðgengi fyrir margfalt fleiri notendur og jafnframt stóraukinn hraða, stakk bandaríski vísindamaðurinn Ted Rappaport upp á því árið 2013 í tímaritsgrein að við þróun fimmtu kynslóðar farsímanets yrði horft upp á við á tíðnirófinu í átt að hinum svokölluðu millimetrabylgjum.
Fyrri kynslóðir hafa notað bylgjulengdir á bilinu 10-40 sentimetrar eða svo.
Með því að fara upp í tíðnisviðið frá 30GHz og allt upp í 300 GHz (gígarið), þar sem bylgjulengdir fara undir einn milimetra, getur fimmta kynslóðin nýtt bæði stærri og ónotaðan hluta tíðnisviðsins.
Gallinn við að láta farsíma hafa samband sín á milli á svo hárri tíðni og stuttum bylgjulengdum er sá að boðin komast mun síður í gegnum byggingar og jafnvel tré, runnar eða regn geta orðið til trafala.
Ted Rappaport og hópur stúdenta rannsökuðu þess vegna hvernig farsímaboð hegðuðu sér á 28 og 38 gígariðum í stórborgunum New York og Austin.
Niðurstaðan varð sú að hægt er að tryggja samband með 200 metra bili milli mastra. Nú eru iðulega 2-3 km milli mastra.
Farsímanetið skorið í sneiðar
Í framtíðinni munu milljarðar nýrra eininga tengjast netinu og hver um sig þarf að leysa tiltekin verkefni. 5G-netinu verður þess vegna skipt upp þannig að hver eining fái nákvæmlega þá tengingu sem hún þarf.
Snjallsímar: Mikill niðurhalshraði, margar einingar
Snjallsímanotendur þurfa mikinn gagnahraða. Þessi sneið beinist því að því að skila mikilli bandvídd til margra notenda.
Heibrigðisstarfsemi: Stuttur viðbragðstími og mikið tengiöryggi.
Hægt er að tileinka ákveðna sneið t.d. fjarskurðlækningum. Tengingin má alls ekki rofna og viðbragðshraðinn þarf að vera mikill.
Iðnaður: Stuttur viðbragðstími, mikill niðurhalshraði
Til að fjarstýra gröfum af nákvæmni þarf stuttan viðbragðstíma og mikla bandvídd til að fylgjast með aðstæðum í rauntíma.
Snjall-rafmælar: Margar einingar, lítil orkunotkun
Snjall-rafmælar stilla orkunotkun þína yfir 5G-netið. Til að lengja líftíma rafhlaðnanna tekur þessi sneið aðeins lágmarksorku frá tengdum einingum.
Tæknirisar prófa 5G-hraða
Til að tryggja tengisamband í stórborgum þarf 5G-senda, svonefndar grunnstöðvar, á hverju götuhorni.
Kosturinn við millimetrabylgjutæknina er sá að stærð loftnetanna er hlutfallslega öfug við tíðni boðanna.
Þar með er hægt að minnka loftnetin þannig að í 5G-síma má koma fyrir hundruðum ösmárra loftneta og grunnstöðvarnar rúma mörg þúsund.
Þótt drægið sé styttra má á móti senda boðin mun markvissar að tilteknum einingum þar eð fjöldi loftneta gerir þeim kleift að snúa til allra átta.
Litlar grunnstöðvar verður líka unnt að setja upp innanhúss en það kemur í veg fyrir vandræði vegna lélegs sambands, t.d. í steinhúsum.
Farsímarisinn Samsung hefur í prófunum sýnt fram á virkni millimetrabylgjulengdanna á frumgerðarstigi. Fyrirtækinu tókst að halda stöðugu sambandi við bíl á 25 km hraða á akstri um borgina Suwon í Suður-Kóreu. Meðalsendihraðinn var 1,67 gígabitar á sekúndu sem er ríflega fimmfaldur hraði á við 4G.
Jafnframt kom í ljós að merkið berst milli grunnstöðva á leiðinni jafnharðan og bíllinn flytur sig án þess að sendihraðinn lækki neitt að ráði.
Farsímanet yfirtekur veruleikann
Tæknifyrirtækin eiga enn mikla þróunarvinnu fyrir höndum áður en þau geta farið að selja 5G-tæknina en öllum ber þó saman um að 5G fari í loftið á næstu tíu árum.
Það mun þó gerast í skrefum og á mörgum árum – með eldri tækni enn í virkni við hlið hinnar nýju.
Einn af merkilegustu möguleikunum sem 5G-tæknin býður er svokallað viðbótarveruleikaviðmót, AR (Augmented reality). Í sýndarveruleika má segja að notandi „flytjist“ yfir í sýndarheim en viðbótarviðmótið leggst ofan á þann veruleika sem við okkur blasir.
Hjá Microsoft hafa t.d. verið þróuð gleraugu sem sýna þrívíddarhlutum bætt við útsýnið með eins konar myndvarpa í glerinu.
Sértu t.d. að leita þér að nýjum hægindastól geturðu sótt þrívíddarmynd af honum og komið honum fyrir í stofunni til að sjá hvernig hann henti – áður en þú kaupir.
Þessi gleraugu eru enn sem komið er háð wi-fi tengingu og munu ekki nýtast að fullu fyrr en með 5G-tengingunum þegar tæknin virkar hvar sem er.
Nýja 5G-netverkið verður ekki bara ný útgáfa af farsímaneti og farsímum, heldur sannkölluð tæknibylting og á eftir að gjörbreyta því hvernig við sjáum umhverfi okkar og heiminn allan.
18.05.2021
MIKKEL MEISTER
