Den universelle mobiltelefon

Den store trådløse revolution, som tog fart med den spektakulære udbredelse af mobiltelefoner i 1990'erne, og som skal bringe bredbåndsinternet til gadgetten i lommen, er i problemer.

Efterspørgslen stiger, og tvinger producenter af trådløst udstyr og netværksoperatører til at investere milliarder for at imødekomme menneskehedens uudtømmelige tørst efter at få forbindelse hvor som helst og når som helst. Det globale salg af mobiltelefoner steg fra syv millioner i 1990 til 700 millioner sidste år og forventes at nå op på 1,7 milliarder i 2005. Flere og flere brugere forventer, at deres telefoner leverer meget klare stemmesignaler og opfanger deres e-mail, om end langsomt .

Denne historie var en del af vores april-udgave fra 2001

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Men som frustrerede opkaldere ved, er det vanskeligt at kommunikere med mobiltelefoner. Problemet: Nutidens trådløse netværk bruger en labyrint af inkompatible transmissionsstandarder, så vejkrigere er ikke garanteret en klartone, når de rejser. Alene amerikanske trådløse operatører bruger tre konkurrerende standarder, og kun én af disse er kompatibel med den førende standard i Europa, som selv har flere varianter. De fleste asiatiske trådløse netværk er bygget til en anden standard. Denne radiobølge-Babel forhindrer de fleste mobiltelefoner i USA i at være levedygtige andre steder. Det begrænser også amerikanske producenters stordriftsfordele over for udenlandske konkurrenter.

Den trådløse revolutions problemer rækker ud over modstridende standarder. Forbrugerne forventer konsekvent mere avancerede funktioner, så modeller, der var topmoderne i f.eks. 1995, vil virke antikke i 2003. På det tidspunkt vil næsten alle nye mobiltelefoner tilbyde en form for internetadgang. Millioner af mennesker i Japan, for eksempel, greb i-mode, en tjeneste, der lader dem bruge mobiltelefoner til at sende tekstbeskeder, købe aktier og tjekke sportsresultater. På verdensplan bruger virksomheder milliarder på at bygge et nyt netværk, normalt kaldet tredje generation eller 3G, der forventes at bringe bredbåndsdetaljerede websider, musik, endda video til din mobiltelefon.

Hvor spændende det end er for forbrugerne, har disse fremskridt en pris, da der i øjeblikket ikke er nogen nem måde at opgradere mobiltelefoner eller basestationer, der fører deres signaler til netværket, uden at ændre hardware. Desuden kan den trådløse industri ikke forudsige, hvilke tilbud der vil være vindere; konsekvenserne af at undlade at gætte rigtigt kan være ødelæggende. Sidste år brugte europæiske trådløse operatører meget på at tilbyde telefoner udstyret med et format kendt som Wireless Access Protocol, kun for at finde den købende offentlighed utålmodig med deres langsomme downloadhastighed. Efterspørgslen var svag.

Det er ikke så mærkeligt, at trådløse virksomheder leder efter måder at gøre deres netværk fleksible for at undgå dyr eftermontering, når efterspørgslen ændrer sig. En teknologi, der først blev udviklet af militæret og nu forfølges af flere teknologiledere, kunne være nøglen. Teknikken er kendt af eksperter som software-defineret radio eller SDR. (Radio refererer her ikke til AM eller FM, men til alt udstyr, der kommunikerer gennem æteren på radiofrekvenser, som mobiltelefoner gør.) Fordelen ved denne nye tilgang er, at den flytter arbejdsbyrden for trådløse enheder fra dedikerede komponenter til software der kan omprogrammeres til at arbejde på en anden standard eller tilføje applikationer. Det er helt anderledes end nutidens mobiltelefoner og basestationer, hvor stort set al signalbehandling udføres af elektroniske kredsløb designet til at gøre én og kun én ting.

Migrationen mod trådløse netværk, der kan tilpasses på grund af deres brug af omprogrammerbar software, er en af ​​de vigtigste tendenser inden for teknologi i dag, siger analytiker Craig Mathias fra MobileInsights i Mountain View, CA. James Gunn, fra det Dallas-baserede konsulentfirma Forward Concepts, kalder denne trend for det revolutionerende næste skridt, som trådløs teknologi har brug for.

Fleksibel software kan også hjælpe med at løse et andet grundlæggende problem for hele den trådløse virksomhed: knaphed på spektrum (eller båndbredde). Efterhånden som efterspørgslen efter trådløs kommunikation eksploderer, er der en ledsagende mangel på de nødvendige frekvenskanaler. Federal Communications Commission konkluderede for nylig, at netværk, der bruger omprogrammerbar software, kunne lette denne mangel, fordi de kunne opsøge og bruge midlertidigt ubesatte kanaler. Sidste december foreslog FCC regler for sin licensering af udstyr og software for at fremskynde USA's adoption af teknologien.

Mere som en pc

De første mobiltelefoner var afhængige af snesevis af hardwarekomponenter. I de sidste 15 år er programmerbare chips blevet tilføjet, men deres funktion er uforanderligt indstillet ved fremstillingen. I dag udfører dedikerede, single-purpose chips det meste af arbejdet i mobiltelefoner og basestationer; disse chips er lavet så enkle som muligt for at holde omkostningerne nede.

I betragtning af sammenblandingen af ​​modstridende standarder og den ujævne fremkomst af den næste generation af trådløst bredbånd, begynder producenter som Motorola at se dedikerede komponenter som et ansvar. En producent, der gætter forkert på den fremtidige standard, vil stå med en masse ubrugeligt skrammel på sine varehuse. Som Ken Riordan, fra Motorolas Personal Communications Sector i Libertyville, IL, udtrykker det: Hvis du forpligter din løsning til hardware, og du tager fejl, vil du være i en meget truet situation.

Så mere generel software, der kan omprogrammeres, ser tiltalende ud. Ingen forstår afvejningen bedre end Joseph Mitola III, en radioingeniør, som mange insidere opfatter som den centrale innovator på området. Tidligt i livet blev Mitola fascineret af computerkode; han lærte Fortran, mens han gik på gymnasiet i Providence, RI, i 1960'erne. Da han kom på college-Northeastern University i Boston, siger han, at han var en af ​​de få, der vidste, hvordan man programmerer noget. Mitola havde også puslet med radioer. Kombinationen af ​​begge interesser førte til en karriere med at skabe tophemmelige radiodesigns til militæret - inklusive de første softwaredefinerede radioer, som var til militær brug ( se sidebjælken The Military Seed ). Faktisk lærte den kommercielle trådløse industri om teknologien i begyndelsen af ​​1990'erne, hovedsageligt gennem Mitolas artikler og foredrag. Hans militærchefer ryddede disse til offentlig frigivelse, idet de regnede med, at militæret kunne drage fordel af, hvis den kommercielle verden pressede teknologien yderligere og bragte omkostningerne ned.

Det problem, Mitola forsøgte at løse, svarede til den situation, der ville opstå, hvis du skulle sætte et nyt printkort i din pc, hver gang du ville lave en anden opgave, for eksempel skifte fra web-browsing til et regneark. Du ville til sidst løbe tør for plads inde i kassen. Det samme gælder for mobiltelefoner. Hvis du vil proppe fire funktioner mere, betyder det, at hver enhed skal være omkring en fjerdedel af størrelsen, den var før, siger Mitola, der nu er på McLean, VA, kontor for MITRE, et nonprofit R&D-konsulentfirma. Men tilføjer han, chips krymper ikke hurtigt nok til at gøre det muligt, givet de mange standarder og funktioner, som den trådløse revolution kræver.

Fremtidige telefoner - stadig smartere

Trådløse enheder, der forvandler sig gennem forskellige personligheder på farten, ville være en velsignelse for deres brugere. Men samtidig skaber de politiske problemer, som nye teknologier, der krydser grænser, ofte gør. Historisk set godkender FCC hvert stykke udstyr til en type brug og specifik kanal. Hvordan skal tilsynsmyndighederne licensere mobiltelefoner og basestationer, der let kan ændres, efter at de er i brug? Hvor fri skal tredjeparter være til at indlæse ny software i din telefon? Hvordan vil det være muligt at skelne legitime opgraderinger af netværket fra slyngler, der forsøger at undergrave det?

FCC besluttede, at regler for at dække disse scenarier ikke var nødvendige endnu. Men det konkluderede også, at det skulle lette denne teknologis udvikling. En hovedårsag er manglen på nok spektrum til tredjegenerations trådløse tjenester i USA i øjeblikket. Så udstyr, der opsnuser og udnytter ubrugte dele af spektrum, kunne afhjælpe det, FCC kalder den amerikanske spektrumtørke.

For at gøre dette vil det dog kræve, at både basestationer og håndsæt bliver supersmarte - et spring til det, Joe Mitola kalder kognitiv radio. En kognitiv enhed vil ikke kun scanne sit spektrale miljø; den vil også have indbygget hukommelse og kort og positioneringsmuligheder. Disse vil sætte den i stand til at reagere intelligent på sit miljø.

I løbet af de sidste to år byggede Mitola en rå civil version af en kognitiv radio som et doktorgradsprojekt for Sveriges Kungliga Teknologiske Institut. Når denne enhed er udendørs, konfigurerer den sig selv til at bruge den gældende mobiltelefonprotokol; når den transporteres indendørs, skifter den til formatet af bygningens lokalnetværk. Mitola forklarer, at en mere avanceret version kunne vide, at den person, der bærer den, er i problemer og sende et nødsignal på den lokale nødfrekvens for at give redningsfolk dens placering.

Men mobiltelefoner, der omorienterer sig til en ny kanal til midlertidig brug, skal have tilladelse til at leje det spektrum i en periode fra den officielle licenshaver. I et papir, der varslede hans doktorafhandling, foreslog Mitola et betalingssystem, der ville anvende signalprotokollerne. Ved at bruge et sådant system ville din intelligente håndholdte scanner spektret for at finde en kanal, der ikke var i brug i øjeblikket; for eksempel kunne den finde en, som det lokale brandvæsen havde tilladelse til at bruge, men som tilbød til leje. Din radio ville byde på at leje kanalen. Brandvæsenets radioer, der modtog buddet, kunne blive enige - eller vente på andre bud. Men i det øjeblik stationens klokker ringede, og brandmændene havde brug for deres kanal tilbage, ville deres radioer støde lejeren af. Mitola regner med, at kanalens ejer kunne genvinde kontrollen på 25 millisekunder - en forsinkelse, der ville være umærkelig for menneskelige højttalere. Din kognitive mobiltelefon ville melde sig ud, regne og betale en regning for brugt tid, og derefter begynde at scanne efter en anden åben kanal.

FCC har, ved at støtte denne vision, slået sig sammen med en usandsynlig allieret: George Gilder, selvudnævnt seer af telekosmos og kritiker af FCC for at holde innovation tilbage. I årevis har Gilder forudsagt, at intelligensen vil vokse i kanterne af det trådløse telenetværk med det resultat, at kanalerne bliver flydende. Trådløse enheder og netværk, der anvender fleksibel software, siger han, vil transformere hele verden af ​​trådløs kommunikation, den måde personlige computere transformerede kablede netværk på.

De rækker af spektrum, der er mest kommercielt ønskværdige, omtales ofte som prime strandejendom. Men Gilder vil have folk til at holde op med at tænke på spektrum som en slags æterisk analog til fysisk jord. Smartradioer antyder ikke en strand, men selve havets endeløse bølger. Du kan ikke mere leje elektromagnetiske bølger, end du kan leje havbølger.

At gøre dette hav tilgængeligt for milliarder af mennesker kan være en konsekvens af fleksible softwarebaserede trådløse netværk. Men selv før vi når dette nirvana af spektrumoverflod, kan teknologien gøre trådløse netværk mere omkostningseffektive og fremtidssikre - og holde den trådløse revolution kørende.

skjule