"Det hvite rommet" som til enhver tid ikke benyttes i TV-frekvensene vil kunne gi en enorm økning i kapasiteten på mobilt bredbånd. Men først må radioene bli smartere. (Bilde: Illustrasjon: Simen Håkonsen)

HVORDAN VIRKER: FREKVENSER TIL TV OG BREDBÅND

Av 320 MHz frekvenser til TV, utnyttes bare 80-120

De fleste er kjent med at frekvensspekteret er en begrenset ressurs. Rent teoretisk er det uendelig, men den delen vi kan utnytte til radiokommunikasjon er begrenset.

Blir bølgelengden for lang, det vil si på lave frekvenser, spres radiosignalene for langt. I dag benytter vi spekteret fra 88 MHz til 790 MHz til å kringkaste tv og radio.

Doblet spektrum

De når ikke så langt som tidligere lang- og mellombølge, men gir plass til mange stasjoner og gjør det lettere å variere innhold lokalt. Høyere frekvenser, f.eks. fra 800 MHz til 2,6 GHz, som vi bruker i dag til mobilt bredbånd, har enda kortere rekkevidde.

Jo høyere opp, jo flere basestasjoner trengs det for å dekke et område. Det er greit i byer, siden det gir bedre frekvensutnyttelse og arealkapasitet, men det er umulig å flatedekke Norge med høye frekvenser.

Den internasjonale teleunionen ITU har anslått at vi trenger 1,7 GHz mer spektrum i 2020. Mer enn det dobbelte av hva som er brukt i dag. Da gjelder det å tenke smart.

Les også: Mobiloperatørene sier nei til tvang om billig roaming

Frekvensfordeling: Det er mobilbåndet som fremfor noe skriker etter mer spektrum. Likevel er det mye historiske rettigheter til frekvenser som blokkerer og som verken er i bruk hele tiden eller over alt.
Frekvensfordeling: Det er mobilbåndet som fremfor noe skriker etter mer spektrum. Likevel er det mye historiske rettigheter til frekvenser som blokkerer og som verken er i bruk hele tiden eller over alt. TU

Mye ledig

Digital kringkasting og digital mobiltelefoni har gjort at vi utnytter de tilgjengelige frekvensene langt bedre. I tv-båndet, som i dag begynner på 470 MHz og strekker seg til 790 MHz, er frekvensbruken drastisk forbedret.

Der NRK før brukte 8 MHz på å sende én analog lavoppløst tv-kanal, kan de nå sende tre kanaler i HD, pluss alle radiokanalene.

Summen av alle tv-kanalene som sendes i tv-båndet, både i HD og i SD, er rundt 50. Tidligere var det plass til fem, og da strakk tv-båndet seg helt til 862 MHz.

Men selv om måten vi modulerer de digitale signalene er fantastisk mye bedre enn tidligere, bruker vi i praksis ikke særlig mer av det tilgjengelige frekvensspekteret enn før.

På hvert geografisk sted er det nemlig lite av tv-båndet som brukes. Fordi senderne står høyt i terrenget og frekvensene de sender på rekker langt, må frekvensbruken planlegges slik at de ikke forstyrrer hverandre.

Av det totale frekvensbåndet til tv på 320 MHz bruker en sender som dekker et stort geografisk område til sammen 5 x 8 MHz, altså 40 MHz.

Tar man med at noen nabosendere på andre frekvenser også kan mottas, er typisk altså bare 80 til 120 MHz i bruk til tv på de fleste steder.

Kunne man i tillegg finne en måte å utnytte frekvensressursene som er ledig «innimellom» tv-senderne, vil det bety en enorm økning i kapasiteten til mobilt bredbånd. Alle prognoser tyder på at etterspørselen øker raskere enn vi klarer å bygge ut.

Les også: Denne telefonbrikken virker i hele verden

Det hvite rommet

Tv-båndet, med sine lokalt ubenyttede frekvenser, blir dermed sett på som ideelt å utnytte smartere, rett og slett ved å tillate at andre bruker det når primærbrukeren ikke benytter det.

Slike «ledige» frekvenser blir ofte omtalt som «white space». Men man kan ikke bare dundre i vei. Her må det skilles mellom primære og sekundære brukere.

En analogi er utmarksretten. Selv om noen andre eier utmarka og har sauer der, er det langt imellom dem, og du har rett til å gå der om du ikke forstyrrer.

I Norge er det NTV – Norges televisjon som eier lisensen til tv-båndet og er primærbruker, mens alle andre vil bli sekundærbrukere. I de båndene som benyttes til mobiltelefoni og mobilt bredbånd er det ikke like romslig.

Her er det ikke mye ubrukt frekvensplass som kan utnyttes med dagens teknologi, og fremtidens mobilteknologi forventes å utnytte dette ennå bedre.

Men det er ikke bare tv-båndet som er white space. En stor frekvensreserve finnes trolig i dagens militære spektrum. Disse kunne for eksempel også åpnes opp for sekundær bruk når det ikke er en krisesituasjon.

I Sverige vedtok Post- og Telestyrelsen i 2010 at alt spektrum som militæret i dag disponerer skal kunne deles.

Les også: Laser-bredbånd gir seks ganger raskere kommunikasjon

TV-plass: De røde stolpene viser at tv-båndet utnyttes intenst, men innimellom er det god plass. Utnyttelsen varierer etter hvor man er.
TV-plass: De røde stolpene viser at tv-båndet utnyttes intenst, men innimellom er det god plass. Utnyttelsen varierer etter hvor man er. TU

Lisenshierarki

I Europa og USA utredes for tiden ulike spektrumsdelingmetoder basert på et lisenshierarki der noen brukere, f.eks. samfunnskritisk kommunikasjon, har fortrinn til spektrum foran vanlig sivil og kommersiell bruk.

En antar at dette kan få fortgang i å frigjøre f.eks. militært spektrum til mobilt bredbånd. Frekvenser og lisenser til å bruke den er blitt etablert gjennom tiår og reflekterer ikke dagens behov og teknologier.

Behovet for en omfordeling av frekvensbåndet til dagens og fremtidens behov er stort, men tar tid. Derfor trengs det ny radioteknologi som ordner opp der gamle systemer kommer til kort.

Sjekker forholdene

For å kunne utnytte white space trengs en ny type radio som kan tilpasse seg forholdene og reglene. En såkalt «kognitiv radio», som er både intelligent og fleksibel, vil være i stand til å gjøre seg kjent med frekvensforholdene, både i fysisk forstand og finne ut hvilke regler som gjelder.

Dette foregår kontinuerlig i en såkalt kognitiv syklus. Den må lytte på frekvensbåndet og hvordan det brukes og helst lære seg en ting eller to om brukeren også.

Den bruker prinsipper fra kunstig intelligens for å tilpasse seg til forholdene og behovene.

Kognitive radioer er programvarebaserte. Med andre ord, en ny type radio basert på programvare i stedet for maskinvare.

Mye av denne teknologien ble utviklet av det militære i USA på slutten av 90-tallet, men da var det et helt annen formål enn bedre utnyttelse av frekvensbåndet.

Les også: Så mye koster superbredbånd til alle

Plass: Selv i New York viser et spekterskann at bare en liten del av frekvensspekteret opp til 6 GHz er utnyttet.
Plass: Selv i New York viser et spekterskann at bare en liten del av frekvensspekteret opp til 6 GHz er utnyttet. TU

Flere muligheter

Det vil kreves mye mer forskning og utvikling før vi har en radio som kan hoppe rundt i frekvensbåndet og utnytte plass som oppstår.

Det høres kanskje ikke så vanskelig ut for én radio, men når man tenker seg tusenvis av dem som både skal utnytte lukene som oppstår og ikke gå i veien for hverandre, blir det ikke lett.

Den enkleste måten å utnytte ledig plass i lisensierte frekvensbånd er rett og slett å ha en database som sier hva som er ledig og hvor. Den som vil bruke frekvensressursene må spørre i en geografisk database for å forsikre seg om at frekvensen er ledig.

Dette kan fungere greit i et scenario hvor primærbrukerne er statiske, som f.eks. i tv-båndene. I frekvensbåndene avsatt til mobile tjenester er bruken mye mer dynamisk, og en database vil derfor ikke kunne holde oversikt over geografisk utnyttelse av spekteret.

Her trengs det bruk av kognitive radioer som «lytter» (senser) for å høre om aktuelt spektrum er i bruk. Det vil også være nødvendig at radioenheter samarbeider og utveksler informasjon om spektrumsbildet. Det vil enda gå noen år før denne teknologien er moden nok til å kunne tas i kommersiell bruk.

Det tar tid å holde slike databaser oppdaterte slik at det er vanskelig å bruke enheter med radioer som flytter seg rundt. Et alternativ er å basere seg på å oppdatere seg mot alle de andre brukerne på nettet.

Professor og forskningsdirektør ved FFI, Torleiv Maseng, har ledet utviklingen av et slikt system som på mange måter er den «tredje veien» inn i utnyttelsen av all den ledige frekvensplassen rundt oss.

Kilder: Seniorforsker Per Hjalmar Lehne, forsker Ole Grøndalen og forsker Pål Grønsund. Alle ved Telenor Research

Les også:

Nå kan du få 1 Gbit/s for 499 kroner i måneden

Verdens raskeste bredbånd for privatpersoner

– Bredbåndsleverandørene driter seg ut på markedsføring