Kommunikasjons­teknologi –
sender og mottaker

Sender: Omdanner informasjon (stemme, tekst, bilde) til et egnet signal for overføring. Eksempler: mikrofon → elektrisk signal, modem → digitalt signal, lysdiode → lyspuls i fiberoptikk. Transducer = omformer fra én energiform til en annen.

Kanal (overføringsmedium): Mediet signalet transporteres gjennom. Luften (radiobølger, mikrobølger, lyd), kobberkabel (elektrisk), fiberoptisk kabel (lys), satellittlenke (radiobølger via satellitt). Hvert medium har ulike egenskaper mht. hastighet, kapasitet og støy.

Mottaker: Mottar signalet fra kanalen og dekoder det til nyttig informasjon. Eksempler: høyttaler (elektrisk → lyd), LCD-skjerm (elektrisk → lys), fotodiode (lys → elektrisk signal). Mottakeren «rekonstruerer» originalmeldingen.

Støy og feilretting: Alle kommunikasjonskanaler har støy – uønskede forstyrrelser som forvrenger signalet. Digital kommunikasjon tåler mer støy fordi signalet bare trenger å skille mellom 0 og 1. Feilretningskoder (CRC, Hamming) oppdager og retter bitfeil.

Analogt signal: Kontinuerlig varierende signal som tilsvarer den opprinnelige informasjonen direkte. Eksempel: lydbølger → kontinuerlig elektrisk spenning som følger samme form. Ulempe: støy summeres opp ved forsterkning, signalet forringes over avstand.

Digitalt signal: Informasjon representert som sekvenser av 0 og 1 (binære bits). Fordeler: støyrobust (trenger bare å skille 0 fra 1), kan kopieres perfekt, komprimeres, krypteres og feilrettes. Ulempe: krever ADC (analog-til-digital-konverter) og DAC i mottaker.

Sampling og kvantisering: Analog → digital: mål signalet 44 100 ganger per sekund (CD-kvalitet) → rund av til nærmeste av 65 536 verdier (16 bit). Jo høyere samplingsrate og bitdybde, desto troere gjengivelse av originalsignalet (Nyquist-teoremet).

Komprimering: Lydfiler: MP3 kaster bort frekvenser menneskeøret ikke hører (perseptuell koding). Bilder: JPEG bruker diskret cosinustransform. Video: H.265 sender bare endringer mellom rammer. Reduserer datastørrelse 10–100× med minimal kvalitetstap.

AM (amplitudemodulasjon): Informasjonssignalets styrke varierer bærebølgens amplitude. Lang rekkevidde (radiobølger bouncer mot ionosfæren), men støyutsatt. Brukes: AM-radio, kortbølge, navigasjonssignaler.

FM (frekvensmodulasjon): Informasjonssignalet varierer bærebølgens frekvens. Bedre lydkvalitet, mer støyresistent enn AM. Kortere rekkevidde (linjesikte). Brukes: FM-radio (88–108 MHz), analog TV-lyd, walkie-talkie.

Digital modulasjon (QAM, OFDM): Mobilnett og WiFi bruker avansert digital modulasjon: QAM (kvadraturamplitudemodulasjon) sender 6–12 bit per symbol ved å variere både amplitude OG fase. 5G-NR bruker 256-QAM og OFDM for høy kapasitet.

Elektromagnetisk spektrum: Radio (kHz–GHz) → Mikrobølger (GHz) → Infrarød → Synlig lys → UV → Røntgen → Gamma. Alle er EM-bølger, bare ulik frekvens. Høyere frekvens = kortere bølgelengde = mer informasjonskapasitet, men kortere rekkevidde og dårligere gjennomtrengning.

Totalrefleksjon i fiber: Lyspulser sendes gjennom en glassfiber (~125 µm tykk – ett menneskehår). Lyset holdes i fiberkjernen ved totalrefleksjon fordi kjernen har høyere brytningsindeks enn kappen. Rekkevidde: 80–100 km uten forsterker.

Kapasitet: Én fiberoptisk kabel kan bruke WDM (wavelength-division multiplexing) – sende mange farger lys parallelt. Transatlantiske fiberkabler: 200–400 Tbps kapasitet. Internett i dag: ~700 eksabyte trafikk per år.

Internetts infrastruktur: Undersjøiske fiberkabler kobler kontinentene (300+ kabler, 1,3 mill. km totalt). Disse er internetts ryggrad. En feil på en transatlantisk kabel kan lamme kommunikasjonen mellom kontinenter.

TCP/IP og pakkesvitsjing: Internettet sender ikke data som én strøm – dataene deles i pakker (IPv4/IPv6) som rutes uavhengig av hverandre og settes sammen av mottakeren. Dette gjør nettverket robust – pakker finner alternative ruter ved nettverksfeil.

2G (GSM, 1991): Første digitale mobilnett. Tekstmeldinger (SMS), grunnleggende tale-digitalisering. Hastighet: ~9,6 kbps. GPRS/EDGE: 56–384 kbps. Brukte TDMA (tidsdeling) og FDMA (frekvensdeling).

3G/4G LTE: 3G: 384 kbps–2 Mbps. 4G LTE: 100 Mbps–1 Gbps i teorien. Muliggjorde streaming, sosiale medier og videosamtaler. Bruker OFDMA og MIMO (multiple input/output – mange antenner).

5G (fra 2020): Tre modi: eMBB (høy hastighet, opptil 20 Gbps), URLLC (ultra-lav forsinkelse <1 ms for autonome kjøretøy/kirurgi), mMTC (massiv IoT – millioner av sensorer per km²). Krever høyere frekvenser (mm-bølger) → kortere rekkevidde → tettere antennenettverk.

Cellestruktur og frekvensplan: Mobilnett deles i celler (hexagonale områder). Nærliggende celler bruker ulike frekvenser (unngår interferens), men frekvenser gjenbrukes i celler langt nok unna. Jo større celletetthet, jo høyere kapasitet – byene har langt tettere celledekning enn landsbygda.

Geostasjonære satellitter (GEO): Omløpshøyde ~35 786 km. Tilsynelatende fast over ett punkt. Brukes til TV-distribusjon, værsatellitter og bredbånd. Ulempe: forsinkelse ~600 ms (lys bruker tid), krever stor antenne.

LEO-satellitter (Starlink m.fl.): Lav bane (400–1200 km). Mye lavere forsinkelse (~20 ms). Krever hundrevis–tusenvis av satellitter for global dekning. Starlink: 6000+ satellitter, 300 Mbps ned. Gir internett der fiber ikke når.

GPS (Global Positioning System): 24+ GPS-satellitter i MEO (20 200 km). Hver sender tidssignaler med atomklokkepresisjon. GPS-mottaker måler tidsforskjell fra 4+ satellitter → beregner posisjon (trilaterasjon). Nøyaktighet: 3–5 m sivil, <1 m militær.

GPS og relativitetsteori: GPS-satellittene beveger seg raskt (tidsdilatasjon: klokken går saktere) og er lenger fra jordens gravitasjonsfelt (gravitasjonell tidsdilatasjon: klokken går raskere). Uten korreksjon for relativitetsteori: GPS-feil på 11 km per dag!