Telekommunikation

Telekommunikation, av grekiska tele ’fjärran’ och latin communicatio ’ömsesidigt utbyte’, betyder kommunikation över stora avstånd. Benämns militärt även som samband. Det innefattar tekniker, artefakter och tjänster för att representera och överföra meddelanden mellan sändare och mottagare på geografiskt skilda platser via ett trådlöst eller trådbundet fysiskt medium. Meddelandet representeras av en fysisk signal, det vill säga en tidsvarierande fysikalisk storhet, till exempel elektrisk spänning, ljusstyrka eller radiovågors fältstyrka.

Ur denna definition följer att telekommunikation inte innefattar brev och papperstidningar, men väl djungeltrummor, fyrbåk och röksignaler. Exempel på tjänster med telekommunikationer som används i modern tid är telegrafi, telefoni, telefax, rundradio, kommunikationsradio, mobiltelefoni, telemetri samt radio- och satellitnavigering.

En äldre definition finns inom studiet av infrakommunicerande system innan mobiltelefonins utbredning och innefattar även stillbilder, griffeltavlor, böcker samt de kommunikativa konventioner som används i undervisning och recitering. Vilka ofta är viktiga redskap i många telekommunikativa kedjor för att transportera information från avlägsna platser. Det finns inga telekommunikationer som kommunikationssystem vilka oberoende kan stå för sig själva. Alla de olika delsystemen är starkt beroende av stora komplexa kommunikativa strukturer, exempelvis respektive kulturs tungomål, som i sin tur finns lagrat i ännu mer komplexa strukturer i respektive enskilda människors långtidsminnen. För att kommunikation ska anses ha ägt rum så räcker det inte med att signalen, informationen eller budskapet, bara har tagits emot. Den förutsätter att det också skett någon slags förändring eller start av process, hos mottagaren. Först då anses en gemensam, communis, delning ha påbörjats. Exempelvis så har ingen kommunikation skett så länge den vidaresända information i oförändrat tillstånd bara nått mottagarens hårddisk, bokaffärens bokhylla eller den automatiska telefonsvararens lagringsmedium.^[1]

Även datorkommunikation innefattas per definition som telekommunikation, till exempel tjänster för e-post och filöverföring. Ibland vill man emellertid skilja telekommunikation från datornätverksområdet, och gör då en underförstådd avgränsning så att man i telekommunikationsbegreppet endast innefattar sådan datorkommunikationer som överlappar med övrig klassiska telekommunikationer. Detta kan dels gälla utnyttjande av datornätverk för multimedial realtidskommunikation såsom IP-TV, IP-telefoni och videokonferenser, dels utnyttjande av klassisk telekommunikationers infrastrukturer för datorkommunikation, till exempel internetåtkomst via mobiltelefoninät eller bredbandsåtkomst via telefonnät och kabel-TV-nät. Vill man understryka att man åsyftar unionen mellan telekommunikation och IT talar man om Informations- och kommunikationsteknologi (ICT).

Telekommunikation som bransch

Telekommunikationsbranschen innefattar följande aktörer:

leverantörer av utrustning (inklusive utvecklare och tillverkare).
operatörer (som äger publika nätverk och är leverantörer av kommunikationstjänster), samt
leverantörer av innehållstjänster.
standardiseringsorgan, till exempel ETSI, IEEE och IETF.
myndigheter och frekvensförvaltningar, till exempel post- och telestyrelsen (PTS).
forskningsinstitut och akademiska forskare.
slutanvändare (kunder).

Telekommunikation som ämnesområde

Som akademiskt ämne och forskningsområde ingår telekommunikationsteknik ("teleteknik") traditionellt i ämnena systemteknik och elektroteknik, men kan numera även studeras inom informationsteknologi, datateknik eller datavetenskap.

Området telekommunikationer kan studeras tvärvetenskapligt inom ämnen såsom medie- och kommunikationsvetenskap, informatik, exempelvis teleinformatik, och industriell ekonomi, exempelvis teleekonomi.

Historik

Omfattande infrastruktur för olika delsystem av telekommunikationer har under åren byggts upp mycket snabbt i Sverige och Skandinavien. Marknaden för teletjänster har varit stort, allt sedan telegrafin fram till våra dagars mobiltelefoni och bredbandsutbyggnad. Förklaringar som brukar diskuteras är kalla och mörka vintrar, långa avstånd, långa semestrar i sommarstugor, forskning och utveckling finansierad genom monopol och statligt ägande, samt att Lars Magnus Ericsson lyckades patentera en egen telefonmodell trots att amerikanskt patent redan fanns.

De allra viktigaste årtalen följer nedan.

Telegrafi

1794: Den optiska telegrafen införs i Sverige. Den sista linjen upphör 1881.
1837: William Fothergill Cooke och Charles Wheatstone i Storbritannien visade den första praktiskt fungerande elektriska telegrafen.^[2]
1839: Ett svenskt system för elektrisk telegrafi uppfinns.
1853: En telegraflinje Stockholm-Uppsala invigs.
1924: Radiostationen i Grimeton, en station för trådlös telegrafi över Atlanten, invigs.
Cirka 1930: Teletypeapparat, där morsenyckeln ersätts med fjärrskrivmaskin, invigs.
1945: Telex, Teleprinter Exchange Service, införs i Sverige.
Cirka 1980: Telefax, som överför både text och bild på elektronisk väg, införs

Telefoni

1876 - Alexander Graham Bell får patent på telefonen.
1878 - Lars Magnus Ericsson tillverkar en egen telefonmodell.
1924 - Automatiska telefonstationer testades i Sundsvall. Hela landets telestationer är automatiserade 1972.

Mobiltelefoni

Mobiltelefonin har använt flera generationer av system:

1950 till 1970-talet: Halvautomatisk mobiltelefonigenerationer (MTA, MTB och MTD)
1981: 1G (första generationens) mobiltelefoni var analog. I bl.a. de nordiska länderna användes systemet NMT som infördes 1981.
1992: 2G (andra generationens mobiltelefoni) var digital, och byggde på tidsdelningsmultiplex. I bl.a. Europa gick man över till GSM-systemet 1992.
2000: 2.5G, som möjliggör paketförmedling, och att man betalar per megabyte istället för per uppkopplad minut.
2002: 3G, som möjliggör wideband-kommunikation, det vill säga nästan bredband, vilket kan möjliggöra videokommunikation.
2006: 3.5G, som möjliggör bredbandig kommunikation i nedlänk.
2009: 4G, som är under utveckling; lanserades i en första version av Telia Sonera i december 2009.

Lagstiftning och politiska beslut

Bolagiseringen av Televerket, avreglering av telemarknaden, och den nya telelagen, har inneburit stora förändringar inom telekommunikationsområdet.

Till exempel beslutade riksdagen genom SFS 1993:60 att upphäva regeringens bemyndigande att föreskriva om telekommunikationer inom transportområdet i lag (1975:88) med bemyndigande att meddela föreskrifter om trafik, transporter och kommunikationer.

Digitalisering

En viktig trend inom modern telekommunikationer är digitalisering.

Slutet av 1970-talet: PCM-systemet införs, som innebär att kommunikationen mellan telefonstationer och telefonväxlar digitaliserades, för att kunna överföra flera telefonsamtal på samma koppartråd och fibertråd, och för att möjliggöra störningsfri kommunikation över långa avstånd.

1980-talet: Elektromekaniska analoga telefonväxlar började ersättas med datorstyrda digitala växlar, så att samtalen överfördes digitalt även inom telefonstationen. I Sverige var de av typ AXE, som första gången togs i drift 1976. Syftet var att kunna bygga mindre utrymmeskrävande telefonstationer, mer hållbar elektronik. Datorstyrningen innebar att abonnenter kunde byta telefonnummer och flytta utan att byta telefonnummer.

1990-talet: ISDN erbjöds, det vill säga digital kommunikation ända fram till slutabonnenten.

Sedan slutet av 1990-talet: Nästa viktiga steg i den tekniska utvecklingen är paketförmedling, vilket i praktiken innebär att man utnyttjar Internet och bredbandsaccess för traditionella telekommunikationstjänster. Exempel är IP-telefoni, IP-TV och videokonferenser. Tekniskt blir det inte nödvändigtvis bättre eller mer tillförlitligt, men ofta billigare och mer flexibelt.

Teknik

Schematisk beskrivning

Schematiskt sker telekommunikationer från en sändare, via en kanal i ett trådbundet eller trådlöst fysiskt medium eller i ett nätverk, till en mottagare. Begreppen förklaras i det följande.

Sändaren är en enhet som omvandlar (kodar) en meddelandesignal till en fysisk signal. Med begreppet signal avses en fysikalisk storhet som varierar i tiden eller rummet. Meddelandesignalen kan vara en analog signal, det vill säga som varierar kontinuerligt i tiden och/eller har oändligt många tänkbara värden, exempelvis ett ljud eller en bild. Det kan också vara en digital bitström, det vill säga en sekvens av nollor eller ettor, som representerar ett för människor eller maskiner begripligt budskap. Den fysiska signalen kan utgöras av en elektrisk spänning, radiovågors fältstyrka eller styrkan av en ljusstråle.

Mediet kan vara trådbundet, till exempel en partvinnad koppartråd, en koaxialkabel, en fiberkabel eller en vågledare (rör för mikrovågor). Alternativt kan det vara trådlöst, till exempel radiovågor eller mikrovågor som överförs via "etern" mellan antenner, eller infrarött ljus som överförs mellan en ljusdiod eller laser och en fototransistor.

Ett nätverk består av nätnoder, till exempel växlar, som sammankopplar förbindelselänkar, där varje förbindelselänk är ett fysiskt medium.

Alla medier som överför en signal tenderar genom sina fysikaliska brister att förvanska den fysiska signalen – tillföra brus, överhörning eller annan distorsion.

Mottagaren är en enhet som, om distorsionen håller sig inom vissa gränser, kan avkoda den fysiska signalen och återskapa meddelandesignalen. Med mottagare avses ibland även den person som tar emot meddelandesignalen, vanligen genom syn eller hörsel, och vars hjärna återskapar det ursprungliga meddelandet.

Flera meddelandesignaler, eller digitala bitströmmar, kan överföras samtidigt över var sin kanal i ett delat fysiskt medium. Detta kräver en multiplexteknik som kombinerar flera signaler till en fysisk signal. Exempel på sådana tekniker är:

Frekvensdelningsmultiplex (FDM): Meddelandesignalerna överförs via var sitt frekvensband, det vill säga var sin frekvenskanal. Antalet frekvenskanaler är begränsat, och motsvarar antalet samtidiga meddelandesignaler som kan överföras. Exempel på detta är att FM-bandets radioprogram, kabel-TV-nätets analoga TV-sändningar, och första generationens mobiltelefonisystem (NMT), där varje program eller mobilsamtal får en egen kanalfrekvens.
Tidsmultiplex (TDM): Meddelandesignalerna får turas om att använda mediet genom att använda var sin periodiskt återkommande tidlucka. Signal nummer ett överförs i tidlucka ett, signal nummer två i tidlucka två, och så vidare, och så börjar man om med signal nummer ett i tidlucka ett igen. Ordningsföljden upprepas periodiskt. Antalet tidluckor, det vill säga antalet kanaler eller samtidiga signaler, är begränsat. Detta används i andra generationens mobilsystem (GSM), som har åtta tidluckor på varje frekvenskanal.
Statistisk multiplex: Digitala meddelandesignaler eller bitströmmar delas upp i block som kallas paket, och som placeras i en kö och vanligen sänds i den ordning de inkommit i kön. Det innebär att även här turas meddelandesignalerna om att använda mediet, men ordningsföljden upprepas inte periodiskt. Detta möjliggör att olika dataströmmar kan ha olika överföringshastighet, och kan variera hastigheten. Statistisk multiplex används på datornätverk såsom Internet, och för att överföra flera digital-TV-program med olika bildkvalitet över en kanalfrekvens.
Bandspridning (kodspridning, spread spectrum). Flera strömmar kan samtidigt överföras på ett mycket brett frekvensband. Mottagaren särskiljer signalerna till exempel genom att sändaren ersätter varje bit med en spridningskod som är unik för den signalen. Den används bland annat i tredje generationens mobiltelefoner.

De två första av dessa tekniker, FDM och TDM, är kretskopplade, därför att det ur användarens synvinkel upplevs som en elektrisk krets mellan sändare och mottagare, det vill säga ett fysiskt medium utan multiplex. Vid digital kretskopplad kommunikation får användaren konstant bithastighet och tidsfördröjning. Mediet delas upp i ett begränsat antal kanaler, en för varje meddelandesignal som är möjlig. Klassiska nät för telekommunikationer bygger på kretskoppling. Telekommunikationer såsom telefoni och television kräver relativt konstant bithastighet och tidsfördröjning.

Den tredje tekniken, statistisk multiplex, kallas också paketförmedling. Den möjliggör varierande bitöverföringshastighet (genomströmningshastighet), beroende på hur många bitströmmar som för tillfället överförs över samma fysiska medium. Paketförmedling är lämplig vid asynkrona datakommunikationstjänster, till exempel filöverföring, e-post och webbaccess. På grund av att majoriteten av alla telekommunikationer idag bygger på asynkron datakommunikation har utrustning för paketförmedling blivit billig och fått mycket hög kapacitet. Därför går utvecklingen mot att man använder paketförmedling även för traditionella telefonitjänster. Aktuella exempel är IP-telefoni och IP-TV.

Den fjärde tekniken, bandspridning, är kretskopplad, men har egenskaper som påminner om paketförmedling. Denna teknik möjliggör varierande datahastighet till användarna, utan att paketköer behövs. Varierande tidsfördröjning kan därmed undvikas.

Flera sändare kan vara anslutna till samma fysiska medium, exempelvis ett bussnätverk (en multi-drop-kabel) eller en radiokanal. Då krävs en fleraccessteknik för att undvika kollisioner, det vill för att undvika att flera sänder samtidigt över samma kanal. En fleraccesstekniker kräver att använder någon av ovanstående multiplex-tekniker.

Om det fysiska mediet är en bandpasskanal, det vill säga enbart hanterar ett begränsat frekvensband, krävsmodulation på sändarsidan för att ändra signalens frekvensinnehåll. Det kan till exempel vara en radiokanal, eller en förbindelse i telefonnätet (där alla frekvenser under 300 Hertz och över 3400 Hertz filtreras bort). Modulation möjliggör frekvensdelningsmultiplex. På mottagarsidan krävs demodulation. Modulation ger upphov till det som inom musiken kallas transponering, det vill säga det ändrar signalens tonhöjd (frekvens). En enhet som hanterar både modulation och demodulation (modulator + demodulator) kallas modem. Modulation går till så att man varierar egenskaperna av en sinusvåg, till exempel dess frekvens, amplitud (styrka) och/eller fasläge (tidsfördröjning).

Kommunikationstjänsten som erbjuds kan vara enkelriktad (simplex) eller dubbelriktad (duplex), en till en (unicast), en till flera (multicast) eller en till alla i ett område (broadcast, exempelvis rundradio).

Delområden inom teleteknik

Viktiga tekniker och ämnesområden inom teleteknik är:

Signalbehandling för att filtrera och på annat sätt bearbeta analoga meddelandesignaler och fysiska signaler.
Informationsteori och digital transmission (datatransmission), innefattande
- Källkodning för digitalisering av analoga meddelandesignaler, och/eller datakomprimering av meddelanden
- Kanalkodning, det vill säga felrättande koder
- Modulation
Kommunikationsprotokoll (regler för vilka digitala meddelanden som kan sändas mellan olika nätnoder, och när), innefattande protokoll för bland annat:
- Signalsystem (information om telefonnummer)
- Automatisk omsändning vid fel (Automatic Repeat reQuest, ARQ)
- Flödesstyrning
- Fleraccesstekniker (förklaras ovan)
Köteori, det vill säga statistisk analys av hur olika nättopologier och fleraccesstekniker påverkar tidsfördröjning, kapacitet och spärrsannolikhet, det vill säga risk för att antalet kanaler tar slut.
Kryptering och datasäkerhet
Kanalisation (Kabeldragning, korskopplingsskåp, antennmaster, mm)
Radioteknik, innefattande
- Antennteknik
- Radioresurshantering (frekvensplanering, placering av master, effektreglering)
Elektronik och datateknik för implementering av ovanstående

Design av telekommunikationssystem

En teleingenjör analyserar mediets eller kanalens fysikaliska egenskaper och meddelandets statistiska egenskaper för att optimera kodningen respektive avkodningen genom att till exempel välja en specifik frekvens. När telekommunikationssystemet riktar sig till människor tas de mänskliga sinnesorganens egenskaper med i beräkningarna. Dimensioneringen av ett kommunikationssystem går ut på att åstadkomma en tillräckligt bra förbindelse för att de flesta användare ska vara nöjda. För ett vanligt telefonsamtal räcker det till att börja med att ljudkvaliteten är bra nog för att man utan svårighet ska uppfatta det som sägs rätt. Ett steg vidare är att det skall vara så bra att man på rösten ska kunna avgöra vem det är som talar. Efter många undersökningar har man för vanliga telefonsamtal kommit fram till att frekvensområdet från 300 till 3 400 hertz är rimligt. I och för sig medger tekniken ytterligare förbättring av ljudkvaliteten, men det blir inte ekonomiskt försvarbart. Den nämnda bandbredden ger vad man kallar god telefonkvalitet.

För musik krävs mer bandbredd. Frekvensbandet 50 till 5 000 hertz ger en påtagligt bättre kvalitet, men bra är det inte. Utökar man till 40 till 10 000 hertz börjar det låta ganska bra för en ”normallyssnare”, men ”musikälskaren” är inte riktigt nöjd än. Höjer man övre gränsen till 15 000 hertz blir nästan alla vuxna människor helt nöjda. Högre frekvenser än så klarar deras öron inte av. Bara unga människor, som inte skadat hörseln på diskotek och liknande med ohälsosamt höga ljudnivåer, hänger med upp till omkring 20 000 hertz, men inte mycket längre.

En liten grupp musikälskare med så kallade guldöron kan hävda att överföringsmediet måste klara ännu större bandbredd, men här kommer man in på subtiliteter, som börjar närma sig Kejsarens nya kläder. Att diskutera detta närmare går utanför ramen för denna artikel. (Se vidare hi-fi.)

En annan aspekt är tillgängligheten. Upptagetton någon gång då och då får man lov att finna sig i, och det gör också de flesta användarna, bara det inte händer alltför ofta. Om det skulle brusa till ett ögonblick gör inte heller så mycket, missade man något så säger man ”vad sa du?”, och när den man talar med repeterar det senast sagda är förbindelsen bra igen, och ingen fäster sig särskilt mycket vid det. Bara det inte brusar alltför starkt, alltför länge och alltför ofta återkommande, då blir användaren irriterad. Ingenjörens strävan skall vara att dimensionera utrustningen så bra att kvaliteten ligger precis över gränsen där det kommer klagomål. Att gå längre än så kanske är tekniskt möjligt, men det medför ökade kostnader, som någon måste betala, och då kommer man till en ekonomisk smärtgräns.

Sammanlagt är det många faktorer som måste vägas samman för att finna optimum för användarens tillfredsställelse med den samlade kvalitet man får till ett pris, som användaren är beredd att betala. Samtidigt måste leverantören tjäna lite, för att dels täcka sina kostnader, dels få lite över för framtida underhåll och investeringar.

Motsvarande resonemang kan föras även för alla andra tjänster med telekommunikationer.

Brus finns i alla kanaler. Kanaler har dessutom begränsningar i bandbredden vilket i sig filtrerar bort viss information, till exempel olika frekvenser i vanligt tal.

Tekniska överföringsmetoder

Tillämpningar

Telegrafi
- Morsealfabetet
Telefon
Rundradio
- Television
- Radio (medium)
Radiobestämning
- Radiolokalisering
  - Radar
- Radionavigering
  - Radiofyrar
  - GPS
  - GLONASS
Telex
Telefax
Amatörradio
Satellitkommunikation
Radioastronomi
- SETI
Överföring av digital/kvantifierad information
Wardriving

Personer

Se även

Referenser

^ Birdwhistell, R. 1970. Kinesics and Context, University of Pennsylvania Press, Philadelphia. s 3, 4, 127, 151-154, ISBN 0-8122-7605-1
^ Nationalencyklopedin, 2007