Elektroniske kommunikasjons­systemer

Elevene trenger å bli bevisstgjort på hvilke typer trådløs kommunikasjon vi omgir oss med og hvordan våre personlige kommunikasjonsgjenstander er knyttet til kommunikasjonsnettverk. Denne artikkelen gir noen ideer til hva slags oppgaver elevene kan arbeide med på ungdomstrinnet for å nå kompetansemålet om elektroniske kommunikasjonssystemer.

I generell del av læreplanen legges det vekt på at elevene skal utvikle kompetanse i og om teknologi. Elevene skal både gjøre praktiske aktiviteter hvor de lager en teknologisk gjenstand, og de skal lære om hvordan teknologien har utviklet seg gjennom tidene og påvirket vår måte å leve på.

Elevene er storforbrukere av kommunikasjonsteknologi. Dette er komplisert teknologi, og det er vanskelig å lage praktiske aktiviteter hvor elever utvikler eller lager produkter som kan være del av et elektronisk kommunikasjonssystem. Men selv om elektroniske kommunikasjonssystemer er eksempel på et område der hovedfokus vil være å lære om teknologi, er det også her mulig å gjøre en rekke praktiske aktiviteter knyttet til emnet. Det er tre viktige temaer som læreren bør rette oppmerksomheten mot:

  1. Hva er et kommunikasjonssystem og hvilke elementer består det av?
  2. Begrepet «digitalisering» og hvilken betydning dette har for integrering av ulike informasjonstyper innenfor samme system.
  3. At alle typer kommunikasjonsutstyr (telefon, pc osv.) må være del av et nettverk.

1. Hva er et kommunikasjonssystem og hvilke elementer består det av?

Til alle tider har menneskene hatt behov for å kommunisere med hverandre, og vi har utviklet systemer for å få sendt ulike typer beskjeder over lange avstander. Et tidlig system var vardebrenning hvor melding om fare ble sendt ved å tenne bål eller varder på fjelltopper som var synlige over lange avstander. Når varden ble tent, visste folk hva det betydde, og de kunne gjøre det som var nødvendig. Folk brukte lyset fra bålet som en kode som andre kunne tolke. Senere utviklet de posten som det mest brukte kommunikasjonssystemet, og etter hvert kom telegraf og morsesignaler som kunnesende meldinger over store avstander. Felles for alle disse kommunikasjonssystemene er at de består av noen sentrale funksjonelle elementer. Eksempel på slike sentrale funksjonelle elementer er:

  • Alle kommunikasjonssystemer må ha informasjon som skal sendes
  • Det må være en sender og en eller flere mottakere av informasjonen
  • I noen systemer, for eksempel posten, må systemet vite adressen til mottakeren slik at brevet eller pakken kommer fram til rette vedkommende. TV og radio derimot trenger ikke adresseinformasjon. Der sendes bare informasjonen ut, og alle som har en passende mottaker, kan motta. Derfor navnet «kringkasting».

Tabellen under inneholder en oversikt over de sentrale funksjonelle elementene og viser hvordan de er løst i noen utvalgte kommunikasjonssystemer.

Funksjon Varder Posten TV/Radio Mobiltelefon
Mottaker Alle som ser varden En konkret person Alle som kan ta imot signalet (kringkasting) En konkret person
Adresse Sender ikke til en bestemt adresse, men til et område Et bestemt geografisk sted Ingen spesifikk adresse. Alle som kan motta signalet En konkret person uansett hvor han/hun befinner seg (så lenge han/hun er innenfor dekning)
Informasjon En konkret beskjed (f.eks. fiendtlige styrker har angrepet. Finn våpen og møt på torget) Tekst, bilder og alle gjenstander som kan sendes som pakke Lyd, bilde, video og tekst Lyd, bilde, video og tekst
Informasjonsbærer Lys Postkort, brev og pakker Elektriske signaler, analog eller digital Elektriske digitale signaler
Transportsystem Lys fra bål til fjelltopper Biler, båter, fly og postbud på sykkel eller til fots Telenettet: kabel (fiber eller kobber) eller elektromagnetisk stråling Telenettet: kabel (fiber eller kobber) eller elektromagnetisk stråling
Systeminformasjon Kunnskap om hvor vardene er plassert Oversikt over hvor biler, båter og fly er og hvor mye last de kan ha Kunnskap om hvor sendere er plassert og om de fungerer Hvor alle mobiltelefoner er og om de er klare til å motta samtaler
Grensesnitt Synet. Lyset fra bålet betyr en spesiell beskjed Postkassen eller postkontoret For mottaker: skjerm eller høyttaler Tastatur, skjerm, vibrasjon, høyttaler eller mikrofon

 

Forslag til arbeidsoppgave til elevene:

Be elevene komme med forslag til hvilke funksjoner et kommunikasjonssystem må ha. Elevene finner fort ut at et kommunikasjonssystem må ha en sender og en mottaker. Den som sender informasjonen må vite på hvilken adresse mottakeren befinner seg. Så kan elevene gjøre en analyse av kjente kommunikasjonssystemer, både nåværende og tidligere for å prøve å finne ut hvordan de funksjonelle elementene er løst. Resultatet kan elevene presentere i en tabell som den som er vist i eksempelet under.

Det er fint å bruke mobiltelefon som eksempel på mulige måter å utforme grensesnittet (kommunikasjonen) mellom kommunikasjonssystemet og brukeren. De fleste har en eller flere gamle mobiltelefoner liggende hjemme. Ved hjelp av et enkelt verktøysett med små skrutrekkere, er det ikke vanskelig å demontere en mobiltelefon og identifisere deler som tastatur, skjerm, kamera, vibrator osv. I nyere telefoner brukes berøringsskjermer i stedet for tastatur. Diskusjonen kan da gå ut på hva slags sensorer skjermen må inneholde. Og hvorfor har den teknologiske utvikling gått fra tastatur til berøringsskjerm?

2. Begrepet «digitalisering» og hvilken betydning dette har for integrering av ulike informasjonstyper innenfor samme system

De fleste har et forhold til begrepene «analog» og «digital», men de færreste har noe forhold til hva disse begrepene betyr og hvilken enorm betydning digitalisering har hatt for utviklingen av informasjonssamfunnet. IKT behandler ulike typer digital informasjon. En konsekvens av at informasjon er digital, er at ulike typer informasjon som lyd, bilde og tekst kan sendes og behandles i det samme systemet. Tidligere (i den analoge tidsalderen) hadde hver informasjonstype sitt eget system for overføringer. Telefon overførte bare tale, radio overførte bare lyd og et fotografiapparat tok bare bilder. Våre kommunikasjonsprodukter som telefon, PC, nettbrett osv kan tolke, behandle og presentere alle disse ulike informasjonstypene. De kan både regne med tall, behandle og sende tekst og sende og ta imot lyd og bilder. Dette har ført til en informasjonsrevolusjon hvor all type informasjon kan være tilgjengelig for veldig mange, veldig raskt.

Forslag til arbeidsoppgave til elevene:

Digitaliseringen kan være utgangspunkt for diskusjoner i klassen om hvilke samfunnsmessige konsekvenser og utfordringer dette stiller oss overfor. Våre ulike kommunikasjonsprodukter må identifisere hva slags data de behandler, om det er lyd, tall, tekst eller bilde. Da kan den tolke og presentere dette på den mest hensiktsmessige måten. Lyd over høyttaler, bilde på skjerm, tekst på skjerm osv. Når vi snakker om disse tjenestene, bruker vi begreper som bit, bithastighet, sampling, samplingsfrekvens og pixel. Men hva betyr disse begrepene og hvilken betydning har de for kvaliteten på tjenesten? Kjennskap til dette er også en del av vår teknologiske allmenndannelse.

Vår teknologiske allmenndannelse innebærer å:

  • kjenne til begrepet digitalt og analogt og hva det innebærer at noe er digitalt.
  • kjenne til at en konsekvens av digital informasjon er at ulik typer informasjon som lyd, bilde, tekst kan sendes og behandles i det samme systemet.
  • kjenne til begrepene bit, bithastighet, sampling, samplingsfrekvens og pixel. Hva betyr det og hvilken betydning har det for kvalitet?

Ved å lære om digitalisering vil elevene få erfaring med praktisk anvendelse av matematikk i form av ulike tallsystemer. Kjennskap til totallsystemet er en viktig forutsetning for å arbeide med digitalisering og digitale systemer. Min erfaring er at elevene har stor glede av å beherske overgang fra ett tallsystem til et annet. Dette gir også en bedre forståelse av hva tallsystemer er.

Forslag til arbeidsoppgave til elevene:

En praktisk aktivitet som egner seg til å arbeide med digitalisering, er å omforme et analogt lydsignal til binær kode. Elevene vil da få praktisk erfaring med begrepene sampling og samplingshastighet.

kommunikasjonssystemer -1 Ved å bruke datalogger eller et PC-program som for eksempel Audacity, kan vi ta opp elevenes stemme, slik at de har et autentisk lydsignal å jobbe med. Denne figuren viser eksempel på hvordan et slikt lydsignal kan se ut.
  kommunikasjonssystemer -2

Ved å strekke signalet ut i tid, vil det kunne se ut som dette og være utgangspunkt for digitalisering.

Å sample et lydsignal vil si at vi ikke ser på hele det analoge, kontinuerlige signalet, men at det blir lest av bare på spesielle tidspunkt. Hvor mange ganger signalet blir lest av per sekund, kalles samplingsfrekvens.

Når signalet er lest av, må verdien på det spesielle tidspunktet gjøres om til binær kode. Dette gjøres ved at y-aksen blir delt inne i et bestemt antall nivå. Hvis vi har 16 nivå, trenger vi fire bit for å få overført ett sampel (fordi tallet 15 skrives 1111 i totallsystemet). Men dersom y-aksen f.eks. blir delt inn i 256 nivå, trenger vi 8 bit for å få overføre den aktuelle signalverdien (fordi tallet 255 skrives 11111111 i totallsystemet). Det er altså ikke selve verdien til signalet som overføres, men hvilket nivå på y-aksen signalet ligger innenfor. Både sender og mottaker må vite hvor mange bit hvert sampel består av og frekvensen som det opprinnelige lydsignalet er lest av med. Hver tidsavlesning er nå gjort om til binær kode, og ved å sette avlesningene etter hverandre, vil lydsignalet nå være omformet til en signalstrøm bestående av 0 og 1.

  kommunikasjonssystemer -3 Hvis vi prøver å rekonstruere et signal ut fra den bitstrømmen vi har overført, vil vi se at signalet ikke stemmer helt med det opprinnelige lydsignalet. Hva kan gjøres for at det signalet som er rekonstruert skal ligne mer på det lydsignalet som vi ønsket å overføre?Ved å lese av signalet oftere (økt samplingsfrekvens) eller ved å ha flere nivåer på y-aksen, vil det rekonstruerte signalet ligne mer på det opprinnelige signalet. Elevene kan beregne hva som skjer med bithastigheten når antall nivå på y-aksen øker eller samplingsfrekvensen øker. Dette gir en god illustrasjon av hva disse begrepene betyr for signalkvaliteten.

 

3. Kjennskap til at alle typer kommunikasjonsutstyr (telefon, pc etc.…) må være del av et nettverk

Vi må ha et system eller nettverk for å overføre informasjon fra sender til mottaker. De fleste av oss har erfaring med kommunikasjonsutstyr som mobiltelefon, smarttelefon, nettbrett eller PC. Disse kan være tilknyttet nettverket trådløst eller ved hjelp av en kabel. Hvis de har trådløs tilknytning, kan det være via en trådløs ruter hjemme eller på jobb/skole, eller via mobilnettet og en ekstern antenne utenfor huset.

En mobilantenne har en rekkevidde på maksimalt 35 km, men ofte er rekkevidden mye kortere på grunn av geografiske (fjell/daler) eller bygningsmessige hindringer. Mobildekningen er nå så god at vi i stadig større grad forventer dekning også i fjellet eller andre ubebygde områder. Men en mobilantenne må ha infrastruktur som strøm og tilgang til resten av telenettet, noe som innebærer både en betydelig kostnad og et inngrep i naturen. Hva kan vi forvente av mobildekning i fjellområder, og hvor mye kan vi stole på mobiltelefonen som en sikkerhetsforsikring? Og hvilke konsekvenser ville det fått for prisen hvis vi forlanger eller forventer dekning i alle områder? Trådløs kommunikasjon utnytter elektromagnetisk stråling, og arbeid med elektroniske kommunikasjonssystemer gir anledning til å arbeide med helsemessige konsekvenser fra slik stråling. Det hersker stor usikkerhet om helsemessige konsekvenser av elektromagnetisk stråling. Effekten av strålingen har sammenheng med avstanden til kilden. Dersom mottakeren er langt borte, kreves større effekt i senderen. Det vil kunne gi større potensielle helseeffekter i nærheten av senderen.

For at vi skal kunne kommunisere med en person uavhengig av hvor denne personen måtte befinne seg, må nettverket til enhver tid ha oversikt over hvor alle telefoner er. Denne informasjonen er lagret i en kundedatabase som teleoperatøren har kontroll over. Dette har en rekke konsekvenser. Har du vært utsatt for en bilulykke og du ikke vet helt hvor du er, kan telefonen hjelpe til med å spore deg slik at hjelpen kan komme fortere og lettere fram. Men hva slags negative konsekvenser har det at systemet vet hvor du er? Kan foreldre bestille en tjeneste slik at de alltid kan finne ut hvor barna er? Ønsker vi det? Dette er også utgangspunktet for diskusjoner om konsekvenser av den teknologiske utvikling som elevene bør kunne ta stilling til.

Eksempel på andre aktiviteter:

  • Undersøke hva slags nett elevene har hjemme og på skolen
  • Lage modellnettverk i klasserommet ved hjelp av antenne i papp, tau som telekabel og stoler som svitsj og database. Elevene bruker modellnettverket til å vise informasjonsflyten i nettverket
  • Hvor er antennene som telefonene er tilknyttet? Ta på deg«antenneblikket» og gå ut i nærområdet og finn antenner. Lag et kart hvor elevene kan markere alle mobilantennene de klarer å oppdage i nabolaget. Disse kan så plottes i et kart i klasserommet.

Aktuelle kompetansemål i læreplanen

Læreplan i naturfag

  • Etter 10. årstrinn
    • Teknologi og design
      • beskrive et elektronisk kommunikasjonssystem, forklare hvordan informasjon overføres fra avsender til mottaker, og gjøre rede for positive og negative konsekvenser

Læreplan i fysikk - programfag i studiespesialiserende utdanningsprogram

  • Fysikk 2
    • Fysikk og teknologi
      • gjøre rede for sampling og digital behandling av lyd
Naturfaglig språk

Fagspesifikke begrep

  • bit
    minste enhet for dataoverføring, kan ha verdien 0 eller 1 (ikke-strøm eller strøm)
  • bithastighet
    antall bit som overføres per tidsenhet
  • pixel
    minste enhet i digitalt bilde
  • sampling
    avlesing av signal på et bestemt tidspunkt
  • samplingsfrekvens
    antall ganger signalet leses av per sekund