GSM-teknologi er størst

Aftenpostens lesere har talt og sier at GSM-teknologien er den beste norske oppfinnelsen siden 1980. Så la oss ta en titt på hva Torleiv Maseng og de andre SINTEF-forskerne egentlig bidro med til GSM på 80-tallet. Blokkskjemaet under viser GSM-nettverket med radiodelen merket med en rød ring. Det er her det norske bidraget er. Det blir ikke så stort på et slikt skjema, men det er jo helt essensielt, for sammen med mekanismen for å hoppe fra basestasjon til basestasjon, er det dette som skiller et mobilsystem fra fasttelefonen.

Blokkskjema for GSM-systemet for mobilkommunikasjon (fra Wikipedia Commons ved bruker Cvalda)

På denne bloggen må vi gi våre lesere noen tall og det første er 19%. Dette tallet er noe av det mest geniale i radiodelen og er den mengden med kjente data som sendes hele tiden. Det høres ikke særlig økonomisk ut, nesten én av 5 bit som kastes bort?

Alle radiokanaler er utsatt for det som kalles fading. De som har lyttet på mellom- og kortbølge har hørt at signalstyrken varierer opp og ned over noen sekunder eller langsommere. Det skyldes at radiosignalet går flere veier. På mellombølge kan det være ett signal som går i rett linje og ett som reflekteres via ionosfæren. Disse signalene kan virke sammen og forsterke hverandre, men i verste fall kan de i stedet slukke hverandre ut.

Til en mobiltelefonen er det flerveistransmisjon på grunn av refleksjoner via bygninger i et bymiljø eller via fjell og åser utenfor byene. Dette er en fysisk realitet som modulasjonmetoden må tilpasse seg best mulig og det er her de 19% med bortkastede data kommer til nytte. De brukes omtrent som i en radar. Slik finner de ut av refleksjonene slik at mottakeren kan gjøre det som skal til for å dekode radiosignalene best mulig. Dette er et aspekt av Masengs adaptive digitale fasemodulasjon for GSM.

Det andre aspektet  har med å velge hvordan en radiokanal deles mellom flere mobiltelefoner. Det er egentlig tre måter å dele på. Den første, frekvensdeling, er man vant til fra FM-radioen: P1 har en frekvens og P4 har en annen. Den andre måten er den som er vanligst når du samtaler med en venn, tidsdeling. Først snakker han, så snakker du … Den tredje, kodedeling, er litt mindre intuitiv. Men hvis du tenker deg fire stykker som sitter rundt et bord og som samtaler to og to så går det ikke så aller verst fordi man stort sett klarer å skille stemmene fra hverandre. Kodedeling brukes nå i 3G-nettet.

I GSM brukes både frekvens- og tidsdeling. Frekvenslukene på 200 kHz og tidslukene på 0.577 millisekund er også tilpasset flerveisscenariet. De er valgt på en slik måte at radiodelen best mulig klarer seg både i et bymiljø med mange refleksjoner som kommer tett, og på landet der det er færre men med lengre forsinkelse.

Midt på 80-tallet var det så mange konkurrerende forslag for hvordan dette best kunne løses at det ble bestemt at man skulle ha en konkurranse. Den ble holdt i Paris og det var der systemet fra ELAB, som IKT-delen av SINTEF het på den tiden, vant over store favoritter som et fransk-tysk system. Norsk institutt for studier av forskning og utdanning (NIFU) har funnet ut at i et kupert land som Norge har vi spart  ca to milliarder 1986-kroner på dét fordi vi har klart oss med færre mobiltårn.

Resultatet av konkurransen ble altså det systemet som GSM har hatt siden. En ganske smalbåndet 200 kHz kanal overfører med en kapasitet på 271 kbps. Dette deles mellom 8 brukere – nesten 34 kbps på hver. Noe av det går bort, bl.a. til måling av kanalen som nevnt over, så brukeren sitter igjen med 23 kbps. Men etter feilkorreksjon ender man med effektivt 14.4 kbps som brukes til talesignalet. 14.4 kbps er ikke så mye og er grunnen til at GSM kommer på bunnplass når det gjelder kvalitet på digital lyd (se artikkel fra februar).

En måte å måle hvor godt kanalen utnyttes er å se på hvor mange bit som kan sendes pr Hz båndbredde, spektraleffektiviteten. For GSM er den bare på 8*14.4/200=0.57 bps/Hz som er under en tidel av hva en god kabelforbindelse er god for. Slike lave verdier er typisk for trådløs kommunikasjon under vanskelige forhold.

Og hvis du lurer på hvor ofte GSM veksler mellom de 8 brukerne så er det 217 ganger i sekundet. Det er akkurat frekvensen på den brumme- og durelyden som du kan høre når telefonen er nær PC-en eller radioen noen ganger. Det var SINTEF som ga oss den også!

Les mer:

Illustrasjon fra Wikipedia Commons ved bruker Cvalda

5 comments

  1. kee · oktober 31, 2012

    GSM er virkelig et fascinerende nettverk. likevel opplever jeg stadig store problemer med dekning i krongleterreng som ikke gav problemer for NMT. Har dette kun med basestasjonenes plassering å gjøre eller er det en innebygget svakhet i valget av frekvens og koding?

  2. Sverre Holm · oktober 31, 2012

    Her må jeg tippe litt. Men det er et faktum at moderne smarttelefoner er bedre på å være «smarte» enn på å være «telefon».

    Ofte er det en bedre radiodel inkl antenne i en god gammel Nokia-telefon. Dermed er det også bedre opplevd dekning. Disse telefonene er kanskje ikke så smarte, men de er til gjengjeld veldig gode trådløse telefoner. Det kan jo være noe sånt her også?

    • kee · november 1, 2012

      Mye mulig. Om min gamle NMT sendte med større styrke forklarer det mye. Ellers er jo digitalt samband av natur som regel mer ømfintlig for s/n forholdet. Ellers var jo Ericssons gamle haifinne-GSM en genial telefon på dekning og holdbarhet.

      • Sverre Holm · november 2, 2012

        Jeg kommenterte jo ikke på forskjellen på NMT og GMT så la meg gjøre det nå.

        Om du mente NMT på 450 MHz vs GSM på 900 MHz så «fyller» den lavere frekvensen landskapet bedre pga mer avbøyning (diffraksjon). Det gjør at NMT-450 hadde bedre dekning på steder der det er langt mellom GSM-basestasjonene, som på fjellet.

        For det andre hadde ikke det analoge nettet (enten det var NMT-450 eller -900) den rekkeviddebegrensningen på 35 km som er i GSM pga behovet for synkronisering av tidsluker. Nå er det mulig å gjøre noe med det i GSM i tynt befolkede området, så dette er nok ikke er så viktig som det første punktet (Se «Extended Range» i http://en.wikipedia.org/wiki/Timing_advance).

  3. Tilbaketråkk: yr.no – en fantastisk oppfinnelser « Dærnt's Corner

Legg igjen en kommentar

Fyll inn i feltene under, eller klikk på et ikon for å logge inn:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut / Endre )

Twitter-bilde

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut / Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut / Endre )

Google+-bilde

Du kommenterer med bruk av din Google+ konto. Logg ut / Endre )

Kobler til %s