GSM-boken - PERANT · 2018. 5. 2. · GSM-boken är en berättelse om GSM-systemet och dess utveckling i riktning mot tredje generationens mobiltelefoni med WCDMA. Mitt mål har varit

INNEHÅLL

1

© Per Wallander

GSM-boken

Per Wallander

INNEHÅLL

2

GSM-boken

Per WallanderGSM-bokenFörsta upplaganISBN 91-86296-09-4

Innehållet i denna bok är skyddat enligt Lagen om upphovsrätt, 1960:729, och får intereproduceras eller spridas i någon form utan skriftligt medgivande av Per Wallander, somär copyrightinnehavare. Förbudet gäller hela verket såväl som delar av verket och inklude-rar tryckning, kopiering, överföring till annat medium etc.

Copyright © Per Wallander 2000

Tryckt i Sverige / Printed in Sweden 2000Smegraf, Smedjebacken

Förlag

Per Wallander Antenn ABStrandängsstigen 2, S-125 52 ÄLVSJÖ, SWEDENmail: [email protected]://www.perant.se

INNEHÅLL

3

© Per Wallander

INNEHÅLL

1 — Det började 1949 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.1 Före NMT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.2 NMT-utvecklingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.3 Utvecklingen utomlands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.4 G1 — Första generationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.5 Analogt tal och digital datakommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.6 GSM-utvecklingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.7 Digital radio i USA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.8 Digital radio i Japan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.9 Personkommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211.10 G2 — Andra generationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221.11 Högre datahastighet i GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241.12 Datakommunikation i USA och Japan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261.13 GSM mot tredje generationens mobiltelefoni . . . . . . . . . . . . . . . 271.14 Standardisering mot tredje generationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281.15 Kommunikationsradio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331.16 GSM-varianter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351.17 Trådlösa telefoner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361.18 GSM frekvensplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2 — Vad händer när man ringer? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412.1 Blockschema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.2 Talets väg genom ficktelefonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.3 Sedan kommer signalen till basstationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3 — Fasta telenätet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473.1 Signalerings- och trafikkanaler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483.2 Mellanstationssignalering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503.3 Systemstruktur för PSTN-nätet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523.4 Systemstruktur för ISDN-nätet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533.5 Telefonnumret . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543.6 Signaleringsnät CCITT #7 (SS7) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

4 — GSM:s kravspecifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594.1 Grundläggande krav . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604.2 GSM Association, tidigare GSM MoU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624.3 Grundläggande funktioner, bastjänster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634.4 Bärartjänster och teletjänster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644.5 GSM Phase 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664.6 GSM Phase 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 684.7 GSM Phase 2+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

INNEHÅLL

4

GSM-boken

5 — Systemstruktur för GSM-nätet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 715.1 Ficktelefonen MS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 725.2 Basstationen BTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 735.3 Basstationsstyrutrustningen BSC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 745.4 Mobilteleväxeln MSC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 755.5 Trunknätet och GMSC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 765.6 Databaser för abonnentinformationen, HLR och VLR . . . . . . . . . 775.7 Komplettering av signaleringsnätet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 785.8 Inloggning i utlandet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 795.9 GSM-områden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 815.10 Hur många nätelement? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

6 — GSM-nätets delsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 856.1 GSM-nätets delsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 866.2 Switching System, SS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 876.3 Base Station System, BSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 896.4 Mobile Station, MS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 906.5 Drift- och underhåll, OMC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 916.6 Telecommunications Management Network, TMN . . . . . . . . . . . 92

7 — Nummer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 937.1 I fasta telenäten (PSTN- och ISDN-näten) . . . . . . . . . . . . . . . . . 947.2 I GSM-näten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

8 — Sekretess- och säkerhetsfunktioner i GSM-nätet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1018.1 Säkerhetsfunktioner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1028.2 Autenticering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1038.3 Kryptering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1048.4 Identitetssekretess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

9 — Så ringer man i GSM-nätet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1079.1 Ficktelefonen i vila . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1089.2 Samtal till eller från en ficktelefon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1109.3 Om du befinner dig utomlands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

10 — Taxering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11510.1 Att ta betalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11610.2 Taxeringsinformation — mätning och registrering av samtal . . . 11710.3 Insamling av TT-poster och efterbearbetning . . . . . . . . . . . . . . 11810.4 Vad kostar ett samtal? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11910.5 Taxeringsprinciper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12010.6 Framtiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

11 — Tidluckor och logiska kanaler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12511.1 Att prata genom en tidlucka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12611.2 Tidluckor i fasta telenäten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13011.3 Tidluckor i GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13211.4 Fördelen med tidluckor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13311.5 Timing Advance, TA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13411.6 GSM-frekvenserna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

INNEHÅLL

5

© Per Wallander

11.7 Flera sändare/mottagare (TRX) på varje basstation . . . . . . . . . 13611.8 När man slår på sin ficktelefon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13811.9 TRX1 — nedlänk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14011.10 TRX1 — upplänk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14211.11 Tidluckor som används för trafikförbindelser . . . . . . . . . . . . . . . 14311.12 De speciella signaleringskanalerna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14411.13 Dataskurar (bursts) i GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

12 — Talkodning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14912.1 Källkodning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15012.2 Vågformskodning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15112.3 Avancerad talkodning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15212.4 Excitationskodning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15412.5 DTX (Discontinuous Transmission) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15812.6 Tredje generationens GSM-talkodare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

13 — Från databit till radiosymbol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16113.1 Databitar, radiosymboler och C/I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16213.2 Cellmönster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16413.3 Sinusspänningen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16613.4 Radiosymbolerna i GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16813.5 GMSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17113.6 Hur databiten mappas på radiosymbolen . . . . . . . . . . . . . . . . . 17413.7 När man slår på sin ficktelefon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

14 — Vad händer på radiosträckan? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17914.1 Fri sikt mellan antennerna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18014.2 Länkbudget . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18114.3 Hinderdämpning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18214.4 Vågutbredningsmodeller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18414.5 Reflexer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18614.6 Korta reflexer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18814.7 Långa reflexer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19214.8 Utjämnare och datadetektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

15 — Kanalkodning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20115.1 Informationsbitar, databitar och symboler . . . . . . . . . . . . . . . . . 20215.2 Kontrollsumma. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20315.3 Felrättning med blockkoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20415.4 Felminimering med faltningskoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20515.5 Interleaving och frekvenshopp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21015.6 Kanalkodning vid GSM tal (full rate) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21215.7 GSM kanalkodning på andra kanaler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21415.8 AMR (Adaptive Multi Rate) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21615.9 ARQ (Automatic Retransmission Request) . . . . . . . . . . . . . . . 218

16 — SMS-tjänsten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22116.1 SMS — säker kommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22216.2 SMS från ficktelefonen, SMS-MO/PP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22416.3 SMS till ficktelefonen, SMS-MT/PP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

INNEHÅLL

6

GSM-boken

17 — Datakommunikation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22917.1 Datakommunikation 9,6 kbit/s och 14,4 kbit/s . . . . . . . . . . . . . . 23017.2 HSCSD — High Speed Circuit Switched Data . . . . . . . . . . . . . 233

18 — GPRS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23518.1 Effektivt utnyttjande av tid och frekvens . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23618.2 Nätstrukturen i GPRS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23818.3 Inloggning utomlands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24018.4 Paketen i GPRS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24218.5 Kanalkodning i GPRS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24418.6 Tidluckor i GPRS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24618.7 52-multiframe i GPRS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24718.8 Logiska kanaler i GPRS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24818.9 MS (Mobile Station) för GPRS-tjänster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24918.10 Så ringer man med GPRS-telefon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

19 — EDGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25319.1 EDGE — Enhanced Data rates for GSM

and TDMA/136 evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25419.2 EGPRS — Enhanced GPRS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25519.3 ECSD — Enhanced Circuit Switched Data . . . . . . . . . . . . . . . . 25619.4 Radiotekniken i EDGE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25819.5 Radiosymbolerna i EDGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

20 — CDMA-system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26320.1 Standardiseringsorganen går samman i 3GPP . . . . . . . . . . . . . 26420.2 cdmaOne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26620.3 Kapacitetsberäkning för cdmaOne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27220.4 cdmaOne, cdma2000/X1 och cdma2000/X3. . . . . . . . . . . . . . . 27420.5 UMTS/WCDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275

21 — CDMA-tekniken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27721.1 Digital modulering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27821.2 Digital modulering med spridningskod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27921.3 Processing gain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28121.4 Bandspridning ger skydd mot korta och långa reflexer . . . . . . . 28221.5 CDMA-sändaren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28321.6 CDMA.mottagaren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28521.7 Ortogonala koder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28621.8 Walsh-modulering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288

22 — Telekommunikationshistoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

INDEX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309

INNEHÅLL

7

© Per Wallander

FörordGSM-boken är en berättelse om GSM-systemet och dess utveckling iriktning mot tredje generationens mobiltelefoni med WCDMA.

Mitt mål har varit att förklara vad som händer, inte på ett matematiskt utanpå ett så fysikaliskt korrekt sätt som möjligt. Avsnitten om modulering ochCDMA-tekniken avviker därför en del från det vi är vana vid, utan att förden skull ligga på en fysikaliskt lägre nivå.

Älvsjö i november 2000

INNEHÅLL

8

GSM-boken

9

© Per Wallander 1 — Det började 1949

1 — Det började 1949

Varför ser GSM ut som det gör? Vilka fakto-rer påverkar utformningen av tredje gene-rationens mobiltelenät, WCDMA?

Enklast besvaras den frågan genom att följaden historiska utvecklingen inte bara i Eu-ropa utan även i USA och Japan. Vi skall sevarför GSM-systemet kom att se ut som detgör och, ännu viktigare, hur detta i sin turpåverkar utformningen av tredje generatio-nens mobiltelesystem. Det är inte bara defysikaliska lagarna som sätter gränser, utanäven vårt teknikhistoriska arv, tidigare ge-nerationer mobiltelefoni.

Denna historiska vandring kommer att ta ossgenom några förkortningar:

MTLMTAMTBMTC – NMTMTDComvik 450NMT 450NMT 900AMPSTACSC-NetzRadiocom 2000MobitexGSM 900D-AMPSNADCIS-54IS-136TDMAAmerican TDMA

TDMA/136CDMA/IS-95PDCPCNDCS 1800GSM 1800PCS 1900DCS 1900cdmaOneHSCSDGPRSCDPDi-modeEDGEECSDEGPRSITU — ITU-T — ITU-RFPLMTSIMT-2000ETSIUMTSUTRAUTRANWCDMATD-CDMAARIBPHPScdma2000MRTMRGTETRAE-GSMGSM-RGSM-ProCT1CT2DECT (DCT 1800)

10

1 — Det började 1949 GSM-boken

1.1 Före NMT

I Sverige började det redan 1949 när dåva-rande Telestyrelsen gav civilingenjörernaRagnar Berglund (radioexpert) och StureLauhrén (reläexpert) i uppdrag att utformaett mobiltelefonsystem, där samtal skullekunna utväxlas helautomatiskt på sammasätt som i det fasta telenätet.

Den 3 december 1950 lyckades StureLauhrén ringa Fröken Ur från bilen genomatt slå numret på nummerskivan, världensförsta helautomatiskt uppkopplade mobil-telefonsamtal. På den tiden kopplades riks-samtal i fasta telenätet av telefonist. Manhade just automatiserat sträckan Norrköping– Linköping, och först 1954 gick det att ringahelautomatiskt Stockholm – Göteborg. Påandra håll i världen experimenterade manmed manuella mobiltelefonsystem, där sam-talen kopplades av telefonist. Det svenskaprovsystemet uppmärksammades och fickbesök av både amerikaner och japaner.

1956 – 1969: MTL som senare byttenamn till MTAProvsystemet fungerade så väl att man be-slutade öppna två mobiltelenät för allmän-heten, ett i Stockholm och ett i Göteborg.Starten skedde 1956 och näten fick beteck-ningen MTL, System Lauhrén. Systemetlevde kvar till 1969 och hade 125 abonnen-ter, 69 i Stockholm och 56 i Göteborg.

Knappt hade MTL tagits i drift förränman påbörjade utveckling av ett förbättratsystem. Framför allt ville man komma bortfrån det stora antalet elektronrör i de mobilaenheterna. Det förbättrade systemet fick be-teckningen MTB, System Berglund. Samti-digt ändrades MTL till MTA för att betecknadet första systemet.

1965 – 1983: MTBÅr 1965 öppnades system MTB med radio-nät i Stockholm, Göteborg och Malmö. MTBfick totalt 660 abonnenter. System MTB av-vecklades 1983.

1967: MTCI början av 1960-talet fanns alltså två väl

fungerande helautomatiska mobiltetefon-system, MTA och MTB, men mobiltelefo-nerna kunde bara användas inom sitt”hemmanät”. Inget av systemen var lämpatför en mer omfattande geografisk utbygg-nad. Därför föreslogs utveckling av ett sys-tem MTC (namnet ändrades senare till NMT)där mobilerna skulle kunna förflytta sig inomsystemets hela geografiska täcknings-område, och mobilerna skulle ligga i sådanprisklass att systemet hade förutsättningaratt nå kommersiell framgång.

1969: MTC ändras till NMTRedan på den tiden insåg man betydelsenav en stor marknad för att få ner priset påmobiltelefonerna. Därför bildades vid nor-diska rådets möte 1969 en arbetsgrupp,NTR 69-5, Nordiska Mobiltelefongruppen,som fick i uppdrag att studera möjligheternatill en gemensam nordisk standardiseringinom mobiltelefonområdet.

Genom den gemensamma satsningenfick de nordiska teleförvaltningarna ekono-miska och personella resurser att utvecklaett modernt automatiskt mobiltelesystem.Samtidigt blev marknaden så stor att mångaav världens ledande industriföretag inom ra-dio- och telesektorn vågade investera i egetutvecklingsarbete.

Beslutet vid nordiska rådets möte 1969ledde till att Norden i början av 1980-taletkunde ta världens modernaste och förstainternationella automatiska mobiltelefon-tjänst i bruk.

1964: Privata mobiltelefonnätÄven privata företag var intresserade av attstarta mobiltelefontjänst. År 1964 erhöllWikanders Ur & Optik i Jönköping frekven-ser för mobiltelefoni i 35 svenska städer, ochtillstånd att koppla samtal till/från Televerketsfasta nät, med begränsningen att kopplingenskulle skötas av telefonist. Helautomatiskkoppling av samtal mellan olika operatörersnät innebar risk för att något av näten skulle”hänga” sig.

Verksamheten växte och 1969 hadebolaget, nu med namnet Telelarm Mobilte-

11


lefon AB, en landsomfattande manuell mobil-telefontjänst med 95 basstationer och 1500abonnenter.

Några mindre mobiltelefonoperatörergick 1971 samman och bildade NordiskaBiltelefonväxeln (NOBAB) med manuellamobiltelefonnät i Stockholm, Göteborg ochMalmö. När bolagen år 1979 tillsammanshade 2500 abonnenter köptes de av Före-tagstelefon i Sverige AB.

1970 – 1987: MTDNMT-systemet skulle inte bli klart att tas ibruk förrän tidigast i slutet av 1970-talet. Föratt konkurrera med de privata manuellamobiltelenäten startade Televerket enmanuell mobiltelefontjänst år 1970 i defrekvensband som hade reserverats för detkommande NMT 450-systemet. Den manu-ella (telefonistexpedierade) tjänsten fick be-teckningen MTD.

MTD fortsatte att växa ända fram tillNMT 450-starten 1981 och hade som mest19 500 abonnenter. MTD-nätet stängdes1987.

1981 – 1996: Comvik 450År 1980 köptes Företagstelefon av Kinne-vik, som döpte om bolaget till Comvik.Viktigaste tillgången i Comvik var rätten attbedriva mobiltelefoni samt frekvenser i 450MHz-bandet. Comvik införde helautomatiskkoppling av samtal från Televerkets fasta nättill sina mobiltelefonkunder, eftersom man

ansåg att detta inte skulle kunna påverkateleväxlarna i Televerkets nät. Efter påtryck-ningar lyckades man även få tillstånd attkoppla samtal automatiskt till Televerketsfasta nät, och kunde starta ett helautoma-tiskt mobiltelefonsystem (Comvik 450) i au-gusti 1981, en dryg månad före NMT 450-starten. Comvik hade som mest ca 20 000abonnenter i sitt 450 MHz-system, somstängdes 31 mars 1996.

Röstbrevlåda och koppling tillpersonsökareTeleverkets mål var att skapa ett mobil-telefonnät, så likt det fasta telenätet sommöjligt, medan Comvik utvecklade mobiltele-tjänsten för att konkurrera om kunderna.Man använde telefonisterna från de manu-ella mobiltelenäten för tjänsten ”telefon-passning”. Dåtidens mobiltelefoner varfordonsmonterade, eller placerade i ”bär-väska”. Comvik utnyttjade sitt personsök-ningsnät Metagram för att nå abonnentersom inte befann sig vid mobiltelefonen, ochpå personsökaren lämnades uppgift om vemsom ringt.

Denna konkurrens ledde till att även Te-leverket tvingades införa tjänster i sitt NMT450-nät som aldrig planerats från början. Idag är det självklart att GSM-telefonen kopp-las till röstbrevlåda och att numret på densom försökt nå oss visas i GSM-telefonensteckenfönster.

MTA (1956 – 1969): Världens första helautomatiska mobiltelefonsystem,med 125 abonnenter i Stockholm och Göteborg

MTB (1965 – 1983): Efterföljaren till MTA med sammanlagt 660 abonnen-ter, i Stockholm, Göteborg och Malmö

Privata manuella mobiltelenät (1964 – 1980): Hade 1969 ungefär 1500abonnenter fördelade på 95 basstationer över hela landet

MTD (1970 – 1987): Televerkets manuella mobiltelenät för att konkurreramed de privata mobiltelenäten. MTD hade som max 19 500 abon-nenter 1981

12


1.2 NMT-utvecklingen

FörarbetetSom grund för NMT-specifikationen låg kra-ven på system MTC:•Trafikmöjligheter och handhavandet skullei så stor utsträckning som möjligt överens-stämma med vad som gäller för den fastatelefontjänsten.

•Fordonsstationerna (mobiltelefonerna)skulle kunna trafikera en lokal basstationlika väl som samtliga basstationer i ettlandsomfattande system, vilket nu utvid-gades till att omfatta Sverige, Norge, Dan-mark och Finland.

•Alla samtal skulle kopplas via det publikatelenätet (via basstationer), även samtalmellan två mobiltelefoner.

•Avvägningen mellan egenskaper ochkostnad skulle göras så att systemet hadeförutsättning att nå kommersiell framgång.

•De mobila radiostationerna skulle vara an-passade till ”Telestyrelsens tekniska be-stämmelser för landmobila radioanlägg-ningar med 25 kHz kanalseparation” ochvara mångkanaliga. Som frekvensband fö-reslogs 400 MHz-bandet.

Hösten 1971 inleddes informations- ochdiskussionsmöten med industrin. Domine-rande företag i mobilradiobranschen var viddenna tid Svenska Radio AB, Storno, Moto-rola och AP.

Den täta kontakten med industrin hadeavgörande betydelse vid framtagningen avNMT. Detta samarbete mellan industrin ochsystemutvecklare spelade senare en fram-trädande roll vid GSM-utvecklingen, förstmellan industrin och CEPT, och efter 1987inom ETSI där industrin ingår som fullvär-dig part.

Vid nordiska telekonferensen 1975 togs deavgörande besluten. Man uppskattade attsystemet skulle kunna tas i drift tidigast i slu-tet av 1970-talet och att systemets livslängdskulle vara minst 15 år. Telekonferensen be-slutade vidare att ett provsystem skulle byg-gas.

Systemprovet genomfördes 1977 – 78i Stockholm med en experimentväxel där

hårdvaran konstruerats vid TeleverketsRadiolaboratorium i Farsta, och mjukvaranutvecklats av norska televerkets forsknings-institut. Som mobiltelefoner utnyttjades tiomodifierade MTD-telefoner.

År 1978 placerade Televerket sin förstaorder på basstationer för NMT. Ordern gicktill japanska Mitsubishi respektive svenskaMagnetic med Svenska Radio AB som un-derleverantör. Bland växelleverantörerna,främst Hitachi, Motorola och NEC, ville samt-liga nordiska länder ha Ericssons AXE-växelmed tilläggsfunktioner för mobiltelefoni. Detkrävdes emellertid påtryckningar. Ericssonhade vid denna tidpunkt en reserverad in-ställning till ett engagemang inom mobil-telefoni.

Första NMT-systemet: Saudi-ArabienI slutet av 1970-talet vann Ericsson tillsam-mans med Philips i Holland en anbudstävlingom att bygga ett nytt landsomfattande tele-fonnät för Saudi-Arabien, i konkurrens medAT&T och ITT. Saudi-kontraktet var detstörsta som någonsin tecknats i telekom-munikationsvärlden. År 1979 utvidgadeskontraktet till att även omfatta ett mobil-telefonsystem. Philips höll på att utveckla ettmobiltelefonsystem i 160 MHz-bandet, mendet visade sig omöjligt att utnyttja dessa frek-venser i Saudi-Arabien. Den enklaste lös-ningen blev att Ericsson levererade ett NMT450-system. Sålunda kom det sig att värl-dens första NMT 450-system öppnades iSaudi-Arabien 1 september 1981.

NMT 450 öppnas i NordenDen 1 oktober 1981 öppnades NMT 450 iSverige, och ungefär samtidigt i Norge,medan starten i Danmark och Finland dröjdetill början av 1982.

Tillströmningen av kunder blev störreän väntat. Den 1 juli 1983 fanns i Sverige18 000 NMT 450-abonnemang, 50 000 ihela Norden. I juli 1984 hade antalet ökat till37 000 i Sverige och 100 000 i hela Norden.Framkomligheten i Stockholm, Göteborg ochMalmö blev allt sämre. Antalet samtidigasamtal per radiocell var begränsat av till-

13


gängliga frekvenskanaler. Enda möjlighetenvar att dela upp cellerna i mindre enheter,och småcelltekniken fick världspremiär iStockholm i februari 1985.

NMT 900Redan 1983 insåg man att frekvenserna i450 MHz-bandet inte skulle räcka tills nästageneration mobiltelefonsystem blev klart attinföras (GSM). Därför utarbetade den nor-diska NMT-gruppen 1985 en specifikationför NMT 900. På samma sätt som det ma-nuella MTD hade klarat abonnenttillström-ningen i väntan på NMT, så skulle NMT 900ta hand om abonnenttillströmningen, påGSM-frekvenserna, i väntan på att GSM blevklart att införas.

I NMT 900-specifikationen infördes för-bättringar jämfört med NMT 450. En viktigförbättring var batterisparfunktion (ficktele-fonen vet när den skall lyssna på basstatio-nen och kan ”sova” däremellan). Batteri-sparfunktionen möjliggjorde införandet avficktelefoner.

Den 1 december 1986 öppnades NMT 900i Sverige och Norge. Introduktionen gicktrögt. NMT 900 var bara utbyggt i storstads-regionerna. Televerket tvingades därför attbygga ut NMT 900-täckningen och vid mit-

ten av 1991 var täckningen nästan likvärdigmed NMT 450.

Tillväxten i NMT 900 tog fart. Vid slutetav 1995 fanns 750 000 abonnemang iSverige. Även NMT 450 ökade, och toppennåddes 1994 med 260 000 svenska NMT450-abonnemang.

I september 1992 öppnade Comviq ochEuropolitan sina GSM-nät. Televerket öpp-nade sitt GSM-nät i november. I takt medabonnenttillströmningen i GSM-näten harNMT 900 återlämnat frekvenser till GSM-nä-ten. NMT 900 lånade ju frekvenserna i vän-tan på GSM. Den 31 december 2000 stäng-des NMT 900-nätet i Sverige.

GSM 450 eller CDMA 450Inom ETSI pågår standardisering som skallresultera i en digital efterföljare till NMT 450,ett GSM-system i 450 MHz-bandet, somskall kunna erbjuda alla de tjänster som ut-vecklas för GSM, datakommunikation medGPRS och högre datahastigheter medEDGE-tekniken.

I USA utvecklas ett CDMA-baserat sys-tem för 400 MHz-bandet, CDMA 450.

400 MHz-bandet är intressant i gles-bygd, eftersom den lägre frekvensen gerlängre räckvidd och dessutom lättare tar sigigenom vegetation. Framtiden får utvisa omefterföljaren till de analoga systemen i 400MHz-bandet blir GSM-baserade som ettkomplement till GSM-tekniken på övrigafrekvensband, eller CDMA-baserad somkomplement till tredje generationensWCDMA-teknik på högre frekvensband.

Comvik 450 (augusti 1981 – mars 1996): Helautomatiskt rikstäckandeprivat mobiltelenät

NMT 450 (oktober 1981 – ): Televerkets rikstäckande helautomatiskamobiltelenät

NMT 900 (december 1986 – 31 december 2000): Televerkets NMT-nät påGSM-frekvenserna, i väntan på GSM

14


AMPS i USASamtidigt med NMT-utvecklingen i de nor-diska länderna utvecklades i USA ett auto-matiskt mobiltelefonsystem i 800 MHz-ban-det som fick namnet AMPS (AdvancedMobile Phone Service). Ett provsystembyggdes i Chicago 1979. AMPS togs i kom-mersiell drift 1983.

”Roaming”AMPS och NMT uppvisar stora likheter vadgäller radiotekniken. Skillnaden ligger på nät-sidan. NMT konstruerades med många sam-verkande mobilteleväxlar, och abonnenternaskulle kunna ströva omkring (roaming) ochöverallt ringa och ta emot inkommande sam-tal. NMT är det första mobiltelefonsystemetmed ”internationell roaming”

Frekvenstillstånd för mobiltelefoni har iUSA auktionerats ut i konkurrens, inte ”riks-täckande” för hela USA, inte för varje en-skild delstat, utan i varje stad. Därför finns iUSA många små mobiltelefonoperatörersom bara har tillstånd att erbjuda mobil-telefoni i den eller de städer där operatörenlyckats köpa frekvenstillstånd. Därför fannsursprungligen inget behov av att koppla ihopflera mobilteleväxlar. AMPS saknade därförroamingfunktion.

Sedan början av 1990-talet finns i USAen kompletterande standard ANSI 645 förmobiltelefonsystemets nätdel, som även

innefattar roamingfunktionalitet.

TACS i EnglandÅr 1985 öppnades analoga mobiltelefon-system på andra håll i Europa, med start iEngland, som valde AMPS-teknik utvidgadmed NMT-systemets roamingfunktion.Denna analoga mobiltelefonteknik fick nam-net TACS (Total Access CommunicationSystem).

NMT 900-system installerades förutom iSverige, Norge, Finland och Danmark, ävenpå Island, i Holland och Schweiz, därsvenska abonnenter med NMT 900-telefo-ner kunde ringa eller bli nådda.

NMT 450-system finns/fanns förutom i ovannämnda länder även i de baltiska staterna, idelar av Ryssland, och på många andra hålli världen. Det var emellertid inte säkert atten svensk NMT 450-telefon med svensktabonnemang kunde användas bara för attlandet hade ett NMT 450-system. Dels fannstekniska skillnader. I vissa länder ligger NMT450 på något avvikande frekvenser. Dess-utom måste det finnas affärsmässiga avtalsom möjliggör för operatören att få betalt församtal som rings till/från dessa besöks-abonnenter som är kunder hos helt andramobiloperatörer.

1.3 Utvecklingen utomlands

2G: andra generationenGSMTDMA/136PDCCDMA/IS-95

Kretskopplat- digital telefoni- SMS- data 9,6/14,4 kbit/s

1G: första generationenNMT 450NMT 900AMPSTACS

Kretskopplat- analog telefoni

15


Analog kretskopplad telefoniFörsta generationens mobiltelesystem er-bjuder tjänsten analog kretskopplad telefoni.Sådana nät byggdes under 1980-talet.

EuropaI Europa byggdes analoga mobiltelenät somantingen följde NMT 450-specifikationeneller någon AMPS-variant. Exempel påAMPS-varianter är Comvik 450, TACS, Netz-C (Tyskland) eller Radiocom 2000 (Frank-rike). Flertalet europeiska länder placeradedessa mobiltelesystem i 400 MHz-bandet,och i några länder byggde man komplette-rande system i 900 MHz-bandet när manfick kapacitetsbrist i 400 MHz-bandet. Med

ett undantag. I bl.a. England förlade mansina TACS-system i 900 MHz-bandet redanfrån början. Detta innebar, som vi skall se,att England fick problem med GSM-frekven-ser när GSM skulle införas. Alltför stor delav 900 MHz-bandet var ockuperat av förstagenerationens mobiltelesystem.

USAI USA var 800 MHz-bandet avdelat för mobil-telefoni. Det var i detta frekvensband manbyggde sina AMPS-nät.

JapanDe japanska analoga näten byggdes i ja-panska 800 – 900 MHz-bandet.

1.4 G1 — Första generationen

NMT 900890-915 935-960

MHz900 950

AMPS (USA m fl)824-849 869-894

MHz800 850 900 950

Olika japanska analoga system843-846 860-885 898-901 915-940

MHz

800 850 900 950

TACS (Storbritannien, Spanien, Italien, Kina m fl)872-905 917-950

MHz800 850 900 950

450-453 460-463 470Comvik 450

NMT 450453-457,5 463-467,5

MHz

16


Digitala signaler i PSTN-nätetNär vi vill överföra digital information, t.ex.telefonnumret vid uppkoppling, så omvand-las telefonnumrets siffror till tonsignaler(DTMF, Dual Tone Multi Frequency).

När vi kopplar upp vår dator till Inter-net, då låter vi ett telefonmodem omvandladatorns digitala signaler till ljudsignaler somkan skickas över analoga telenätet.

Faxen gör en digital avbildning av tex-ten/bilden, och utnyttjar ett modem som finnsinbyggt i faxen.

Modem inne i NMT-telefonenÄven i NMT-telefonen finns ett modem (1200bit/s) för att skicka telefonnumret vid sam-talsuppkoppling. Det är även denna modem-förbindelse som utnyttjas när ficktelefonenbeordras att byta basstation under pågå-ende samtal (hand over). Modemtonerna fil-treras bort i NMT-telefonen så att abonnen-ten inte hör ”kvittret”.

Koppla eget modem till NMT-telefonenDet gick alldeles utmärkt att ansluta ett van-ligt telefonmodem eller en vanlig fax avseddför PSTN-nätet till en NMT-telefon. Om radio-förbindelsen var störningsfri kunde mankomma upp i 19,2 kbit/s. Men detta hördetill ovanligheterna.

Digitala system — inbyggt modem(radiomodem)I andra generationens mobiltelesystem gåralla signaler genom modemet i mobiltelefo-nen. Modemet kallas radiomodem. De digi-tala mobiltelesystemen kan bara överföra di-gital information. Därför måste talsignalen”översättas” till digital form, en översättningsom utförs av talkodaren.

Radiomodemet skiljer sig från det van-liga telefonmodemet genom att utnyttja ”ljud-signaler” som lättare kan urskiljas vid de stör-ningar som finns på en radioförbindelse. Detvanliga telefonmodemet är optimerat för såhög datahastighet som möjligt när man barahar kvantiseringsbruset att ta hänsyn till iPSTN-nätet.

Första generationens mobiltelefonsystemerbjöd bara tjänsten analogt kretskopplat tal.Det stod abonnenten fritt att själv koppla inmodem och skicka data, men detta var ingentjänst som garanterades av mobilopera-tören.

MOBITEXDatakommunikation via mobiltelefon varnågot man började intressera sig för i slutetav 1970-talet, när NMT-utvecklingen var av-klarad. På Televerket Radio i Göteborg hademan utvecklat ett helautomatiskt telex-system för världsomspännande kortvågs-trafik med sjöfarten, MARITEX. Detta följ-des av MOBITEX, ett mobiltelesystem förpaketförmedlad datakommunikation.

Man utnyttjade NMT-telefonens in-byggda modem, det som användes församtalsuppkoppling, och konstruerade ettradiosystem där abonnenten kunde skickaegen datatrafik via NMT-modemet. Och sys-temet var paketförmedlande, inte krets-kopplat.

Kretskopplat kontra paketförmedlandeAtt koppla upp en samtalsförbindelse tar tid,både för abonnenten och för telefonväxeln.Denna uppkopplingstid spelar liten roll omsjälva samtalet är långt eller om det är enlång datafil som skall överföras. Och ävenom datafilen är kort men det bara är en endafil, så spelar uppkopplingstiden ingen roll.Upp- och nedkoppling måste alltid göras.

Om jag däremot behöver skicka mångakorta datafiler utspridda över lång tid? Skalljag koppla upp för varje enskild datafil, ellerkoppla upp och betala för dödtiden mellanvarje datafil? Många korta samtal är besvär-ligt för abonnenten, och ett ännu större pro-blem för operatören, som inte tar betalt föruppkopplingstiden utan bara för självasamtalstiden. Dessutom riskerar operatörenatt få korta snuttar av dödtid på sina förbin-delser, tid som inte kan säljas.

Långa uppkopplingar ger visserligenhög ”uthyrningsgrad” av förbindelserna, men

1.5 Analogt tal och digital datakommunikation

17


taxan kanske ändå inte kan sättas i propor-tion till kostnaderna, och tillgängligt frekvens-spektrum klarar bara ett mindre antal sam-tidigt uppkopplade abonnenter, trots att denöverförda datavolymen är liten.

En effektivare metod är att låta mångaabonnenter koppla upp sig samtidigt påsamma förbindelse. När någon inte skickardata kan andra ta över. Men om flera skickarsamtidigt? Paketkollision! Då får mottagarnabegära omsändning. Men hör du inte allaandra? Nej, varje datapaket har en adress-lapp så att du kan sortera ut de datapaketsom är avsedda för dig.

MOBITEX: analogt tal och dataI början av 1980-talet var det svårt att hittakunder till ett paketförmedlande datanät där-för att kunderna även ville ha talförbindelse.Mobitex blev därför ett kombisystem, där denanaloga kanalen användes för kretskoppladtaltrafik, medan radiomodemet utnyttjades iett paketförmedlande datanät (1200 bit/s).1986 öppnades Mobitex i Sverige, i 80 MHz-bandet, på frekvenser som blev lediga närMTB stängdes.

Nästan ett andra generationensmobiltelenätMed andra generationens mobilnät menasett nät som kan erbjuda digitalt kretskopplattal och låghastighetsdata, digitalt tal för attkunna kryptera så att talförbindelsen bliravlyssningssäker. Mobitex kan sägas ha nåtthalvvägs.

Tio år senare, 1995, öppnades i USAett paketförmedlat datanät som kombinera-des med analoga AMPS-systemet. Dennakombination har stora likheter med Mobitex.

MOBITEX 8k i 400 MHz och 800 MHzEricsson fick överta utveckling och mark-nadsföring av Mobitex på världsmarknaden.Mobitex vidareutvecklades. Kunderna upp-nådde större datormognad. Man tog borttalkanalen så som ursprungligen var tänkt,och utvecklade radiomodemet så att data-hastigheten kunde höjas till 8 kbit/s, Mobitex8k.

Ute i Europa fanns operatörer som ficklägga Mobitexsystem i 400 MHz-bandet, ochför USA och Kanada byggdes Mobitex-

system för 800 MHz-bandet. Den högre frek-vensen gjorde det möjligt att använda hand-terminaler. I dag finns Mobitex 8k i 400 MHz-bandet även i Sverige.

Utvecklingen inom datakommunikationPå 1970-talet infördes i de fasta telenätenbåde kretskopplade datanät, DATEX, ochpaketförmedlande datanät av X.25-typ,DATAPAK. Inget av dessa nät fick någonstörre tillströmning av privatabonnenter, heltenkelt för att man inte kunde experimenterapå dessa nät. Det krävdes skräddarsyddaapplikationer, att man i förväg visste vadman ville göra, för att kunna koppla in sig.

Först när Internet kom, ett öppet proto-koll tillgängligt för experimentlystna ton-åringar, har privatabonnenterna lärt sig ut-nyttja datanät. 1999, nästan femton år efterMobitexstarten, öppnades i Japan ett paket-förmedlande datanät i japanska digitalamobiltelenätet PDC, kallat i-mode, som bli-vit en enorm succe. Med i-mode kan ton-åringarna komma ut på Internet från fick-telefonen.

Mobitex är paketradio på X.25-sätt,medan i-mode är paketradio på Internet-sätt.

18


År 1978 hade Televerkets Radiolaboratoriumi stort sett slutfört utvecklingen av NMT. Ibörjan av 1980-talet bildade de nordiskateleoperatörerna en ny arbetsgrupp meduppgift att studera andra generationensmobiltelesystem vars introduktion ansågsligga runt 1990.

Gemensamt frekvensbandVid WARC 79 (World Administrative RadioConference år 1979) reserverades en delav 900 MHz-bandet för mobiltelefoni. De eu-ropeiska tele- och postmyndigheternas sam-arbetsorganisation CEPT beslöt att prelimi-närt reservera 2 delband om vardera 25MHz (890 – 915 MHz och 935 – 960 MHz) ienlighet med WARC:s tilldelning.

NMT – en gemensam europeiskstandard?I Norden pågick NMT 450-starten för fullt, iTyskland planerades för Netz-C i 450 MHz-bandet, medan Storbritannien och Frankrikehade svårigheter att finna en lämplig väginom mobiltelefonområdet. I juni 1982 ena-des emellertid France Telecom och BritishPost Office om att gemensamt införa NMT i900 MHz-bandet. Det fransk-brittiska sam-arbetet kom emellertid inte till stånd. Så näravar det att Europa redan 1982 hade fått engemensam mobiltelefonstandard. I ställetvalde Storbritannien TACS (Total AccessCommunication System), som är amerikan-ska AMPS försedd med ”roaming”, en funk-tion som NMT var först att utnyttja. Frans-männen valde en egen standard, Radiocom2000.

Groupe Spécial MobileDet blev till slut de nordiska teleoperatörernatillsammans med Holland som i juni 1982 iCEPT föreslog att en grupp skulle bildas föratt utarbeta tekniska och operativa lösningarför ett publikt europeiskt mobiltelefonsystemi 900 MHz-bandet. Gruppen fick namnetGSM (Groupe Spécial Mobile) och hade sittförsta möte i Stockholm 1982. Till ordförandevaldes Thomas Haug vid Televerkets Nät-avdelning. Redan i de allra första dokumen-ten skissades grundläggande egenskaper

1.6 GSM-utvecklingen

och funktioner som borde finnas i ett pan-europeiskt system, funktioner och egenska-per som också i huvudsak kom att bli verk-lighet.

Arbetet under de första åren resulterade1985 i en funktionsspecifikation som i stortmotsvarade vad som angavs när GSM-grup-pen bildades.

Frågan om det kommande systemetskulle vara analogt eller digitalt på radio-sträckan diskuterades under flera år. I slu-tet av 1986 testades och utvärderades åttaexperimentsystem i Paris. Fyra system komfrån fransk-tyska konsortier där tre av sys-temen tillämpade bredbandig TDMA med 2MHz kanalbredd. Fyra smalbandiga TDMA-system kom från Nokia, Elab i Norge,svenska Televerket och från Ericsson.Huvudargumentet mot bredbandig TDMA,som lämpar sig i storstäder och tättbefolkadeområden, var att de skulle bli olönsamma iglest befolkade områden (bl.a. kortare räck-vidd), argument nog så viktiga inte bara förländer som Finland, Norge och Sverige.

Våren 1987 beslöt GSM-gruppen attvälja smalbandig TDMA med åtta tidluckor,och specifikationen fick stora likheter meddet experimentsystem som levererats avEricsson.

Standardiseringsarbetet innebar att jämkasamman tekniskt kunnande och idéer frånhela Europa. Flera gånger hotade arbetetatt bryta samman därför att parterna stodlångt från varandra. I dag inser vi fördelarnamed en gemensam standard och är bereddaatt kompromissa. På den tiden var detta intelika uppenbart. Utan Thomas Haugs för-måga att medla och övertala skulle detkanske aldrig blivit någon gemensam GSM-standard.

SMG (Special Mobile Group)GSM har blivit namnet på mobiltelesystemet(Global System for Mobile Communications)medan standardiseringen inom ETSI be-drivs i kommitteer som numera går underbeteckningen SMG (Special Mobile Group).

19


D-AMPS (Digital AMPS)I Europa hade man frilagt ett särskilt frek-vensområde för andra generationens mobil-telesystem och hade därför full frihet att väljabandbredd för frekvenskanalen. Det blev200 kHz, vilket möjliggör åtta samtidiga sam-tal på varje frekvenskanal.

I USA fanns inget frekvensband somkunde friläggas. Lämpligt frekvensutrymmeutnyttjades redan av första generationenssystem, AMPS-systemet med 30 kHz kanal-bredd. Dessutom började operatörerna fåfrekvensbrist och behövde få in fler samtal ibefintligt frekvensutrymme.

År 1988 presenterade amerikansk in-dustri och Ericsson var sitt förslag som gickut på att få in tre samtidiga telefonsamtal ien 30 kHz-kanal. Detta skulle ge möjlighetatt gradvis ersätta AMPS-basstationer medny teknik, med början i de områden därfrekvensbristen var som störst.

Det amerikanska förslaget innebar attdela radiokanalen i tre smalbandiga analogakanaler, Narrow AMPS. Ericssons förslagvar digitalt och baserat på tidluckor påsamma sätt som GSM. Det skulle ge tre digi-tala samtal på en 30 kHz-kanal.

En gradvis övergång innebar att detmåste finnas kombitelefoner som klaradebåde gamla AMPS och det nya systemet.Många tvivlade på möjligheten att få in bådeanalog och digital radio i samma ficktelefon.Men det lyckades och Ericssons förslag val-des som standard, IS-54.

Många namn: D-AMPS, NADC, IS-54,IS-136, TDMA, TDMA/136Eftersom detta digitala system skulle ersättade analoga AMPS-systemen så fick detnamnet D-AMPS (Digital AMPS). Men be-teckningen på standarden är IS-54, och ibörjan förekom även NADC (North AmericaDigital Cellular).

D-AMPS har utvecklats och finns nu-mera även i det amerikanska 1900 MHz-bandet. För att slippa associationer med detanaloga AMPS-systemet har man i USAövergått till beteckningen TDMA, eller Ame-

rican TDMA, eller IS-136 som är beteck-ningen på den nya standarden, eller TDMA/136 för att inte förväxlas med TDMA som ärden allmänna förkortningen för all tekniksom använder tidluckor. Även GSM är ju ettTDMA-baserat system.

CDMA/IS-95, numera cdmaOneI början av 1990-talet standardiserades yt-terligare ett amerikanskt förslag, en efter-följare till AMPS som bygger på bandsprid-ningstekniken CDMA.

CDMA standardiserades med beteck-ningen IS-95. Den första större marknadenför IS-95 blev inte USA utan Korea, där hög-skolor och universitet aktivt deltar i utveck-lingsprocessen.

I GSM delar åtta abonnenter på sammaradiosändare genom tidsdelning, TDMA. ICDMA/IS-95 har sändaren en frekvenskanalpå 1,25 MHz och alla abonnenter använderhela frekvenskanalen under all tid, d.v.s.samtalen pågår hela tiden. Man skiljer deolika abonnenterna åt genom att koda varjedatabit med ett långt kodord. Mottagaren kla-rar att särskilja de olika kodorden från var-andra, CDMA (Code Division Multiple Ac-cess).

1.7 Digital radio i USA

20


PDC (Pacific Digital Cellular)I Japan fanns ett flertal olika analoga mobil-telesystem i 800/900 MHz-bandet. Japa-nerna insåg fördelen med en gemensamstandard, som ger stora tillverkningsserier,nödvändigt för att få ner priset på fick-telefonerna. Men man kunde inte frilägga defrekvensband som utnyttjades av GSM.Därför fick Ericsson uppdraget av de japan-ska myndigheterna att specificera ett D-AMPS-liknande system för den japanskamarknaden. Detta system fick först beteck-ningen JDC (Japan Digital Cellular), menändrades nästan omedelbart till PDC(Pacific Digital Cellular). PDC har ändå intekunnat säljas utanför Japan utan är fortfa-rande ett renodlat japanskt system.

D-AMPS är konstruerat som en utvidg-ning av analoga AMPS. Nätutrustningensom styr AMPS, ANSI-41, har utvidgats tillatt även styra D-AMPS.

PDC skulle bli ett helt fristående digi-talt system som inte bygger på några tidi-gare analoga system. Därför styrs PDC avdåtidens mest avancerade nätstyrutrustning,GSM-strukturen. Detta blev betydelsefullt idet japansk-europeiska samarbetet införtredje generationens mobiltelesystem. Så-väl i Japan som i Europa ville man byggavidare på befintlig infrastruktur.

1.8 Digital radio i Japan

2G: andra generationenGSMTDMA/136PDCCDMA/IS-95

Kretskopplat- digital telefoni- SMS- data 9,6/14,4 kbit/s

1G: första generationenNMT 450NMT 900AMPSTACS

Kretskopplat- analog telefoni

21


PCN, DCS 1800 och GSM 1800Begreppet PCN (Personal CommunicationNetworks) skapades i England 1987 ochkom så småningom att betyda en form avpersonlig telefon med personligt nummer,som man i England tänkte sig skulle ligga i1800 MHz-bandet.

Tre operatörer fick licens med kravet attvara i drift 1994. Den enda teknik som skullevara tillgänglig 1994 var DECT eller GSM,där GSM var ett säkrare val eftersom mankommit längre i standardiseringsarbetet.Därför gick de tre operatörerna till ETSI ochbad att få en GSM-variant standardiserad i1800 MHz-bandet. Det blev DCS 1800. Endaskillnaden mellan DCS 1800 och GSM ärfrekvensområdet och lägre uteffekt. Därförtalar vi i dag oftare om GSM 1800 än omDCS 1800. (DCT 1800 är Ericssons benäm-ning på DECT!)

Kombitelefoner 900/1800 MHzNär NMT 900 infördes försökte Televerketskapa en speciell mobilteletjänst som barahade täckning i storstäderna. Men abonnen-terna nobbade. Först när man byggt ut NMT900 så att det blev rikstäckande kom abon-nenterna. För att slippa råka ut för sammasak igen och tvingas bygga ett rikstäckande1800 MHz-nät gick Telia till ETSI och be-gärde ändring av standarden så att denmedgav kombitelefoner, GSM-telefoner somkunde användas både på 900 MHz och på1800 MHz.

I många europeiska länder, bl.a.Sverige, kräver GSM-operatörerna att enGSM-telefon för 1800 MHz alltid skall varaen kombi som även klarar 900 MHz. RenaGSM 1800-telefoner är förbjudna (utlänningpå besök får r inga). Då behöver inteoperatörerna bygga rikstäckande nät på1800 MHz utan kan använda 1800 MHz-bandet enbart för expansion i trafiktäta om-råden. Kombitelefon innebär att pågåendesamtal kan växla mellan 900 MHz och 1800MHz, helt beroende på var det finns ledigatrafikkanaler.

1.9 Personkommunikation

PCS — Personal CommunicationServicesÄven i USA behövdes nya frekvensband föratt klara abonnenttillströmningen till det somskulle bli en massmarknad, PCS (PersonalCommunication Services). Man valde 1900MHz-bandet som styckades upp i delbandom 15 MHz respektive 5 MHz, som auktio-nerades ut för PCS-tjänsten.

När operatörerna väl hade köpt frek-venserna, då gällde det att välja radiotek-nik, och valet var fritt.•Så kom det sig att det i dag i USA finnsPCS-operatörer som använder GSM-tek-nik, under benämningen GSM 1900 ellerDCS1900. I de delar av USA där det finnsGSM 1900-nät kan en GSM-abonnentfrån Europa stoppa in sitt SIM-kort i enlånad ficktelefon och utnyttja sitt europe-iska GSM-abonnemang även i USA (för-utsätter roamingavtal mellan operatö-rerna). Det finns i dag även multibandGSM ficktelefoner som klarar både 900MHz, 1800 MHz och 1900 MHz. Störstasvårigheten är att få en amerikan att slåett europeiskt telefonnummer för att nåmig när jag befinner mig i USA och an-vänder vad som ser ut som en amerikanskficktelefon.

•Andra PCS-operatörer valde den digitalaAMPS-tekniken, flyttad till 1900 MHz.Samtidigt bytte man namn till TDMA/136.

•Ytterligare andra PSC-operatörer använ-der CDMA/IS-95, som numera kallascdmaOne, i sina PSC-nät.

PCS 1900 är namnet på en tjänst, PCS-tjänsten i 1900 MHz-bandet. En operatör kanvälja DCS 1900 som teknisk plattform försin PCS 1900-tjänst!

22


Digital kretskopplad telefoni ochlåghastighets datakommunikationFörsta generationens mobiltelesystem er-bjöd analog kretskopplad telefoni, inga an-dra tjänster. Det gick att ansluta telefon-modem till ficktelefonen och koppla uppkretskopplad data in till fasta telenätet, omsignalstyrkan var hög och radiokanalen varfri från störningar. Men operatören lämnadeinga garantier och oftast kom man inte uppi högre datahastighet än 4,8 kbit/s (beroendepå att NMT-systemet införde 32 kbit/s-ADPCM på de fasta förbindelserna ut tillbasstationerna).

Andra generationens mobiltelesystemerbjuder digital kretskopplad telefoni ochdata, minst med hastigheten 9,6 kbit/s. Vidbitfel kan dock omfrågningar innebära attden effektiva datahastigheten sänks. Dess-utom innehåller andra generationens mobil-telesystem en kortmeddelandetjänst, SMS(Short Message Service).

EuropaFörsta generationens mobiltelesystem kanses som ett provisorium. Visserligen hademan mobil telefoni, men i flertalet länderkunde telefonen bara användas inom detegna landets gränser. Dessutom var ana-log mobiltelefoni lätt att avlyssna.

GSM skulle bli det första verkligt mo-bila telesystemet i Europa, uppbyggt så attman kunde ta med sig ficktelefonen till vil-ket land som helst och överallt kunna ringaoch bli nådd. Dessutom var talet digitalt ochkrypterat och därigenom skyddat mot av-lyssning.

Eftersom GSM var heltigenom digitaltså var det enkelt att åstadkomma en data-tjänst som medgav säker datakommunika-tion vid datahastigheten 9,6 kbit/s eller i ettsenare utförande 14,4 kbit/s. GSM-systemetkonstruerades för i första hand kretskoppladtelefoni. Därför blev även datatjänsten krets-kopplad.

USAI början av 1990-talet blev frekvensbristenkännbar i det amerikanska 800 MHz-ban-det. Eftersom amerikanska AMPS-opera-törer betalat för sina frekvenstillstånd, oftamycket höga belopp, så var de inte intres-serade av att köpa nya frekvenser utan villei första hand utnyttja frekvenserna de redanbetalt för, på ett så effektivt sätt som möjligt.Detta var drivkraften bakom D-AMPS, dendigitala radioteknik som möjliggjorde tresamtidiga telefonsamtal på en AMPSfrekvenskanal.

CDMA/IS-95 behöver en enda frek-venskanal på 1,25 MHz, men samma frek-venskanal används i alla celler. En annanexpansionsmöjlighet för AMPS-operatöre-rna blev därför att frilägga 1,25 MHz av sittinköpta frekvensband och installera ettCDMA-system. Man kunde få in fler samti-diga samtal per MHz med CDMA än vid denanaloga AMPS-tekniken, samtidigt som manlockade nya kunder, eller behöll gamla kun-der, genom att erbjuda ett alternativ sombyggde på avancerad teknik.

Under andra halvan av 1990-talet harAMPS-operatörerna dessutom kompletteratmed CPDP för att erbjuda kunderna paket-förmedlad data, och moderniserat sin nät-struktur i enlighet med ANSI-41, för att er-bjuda roaming med andra operatörer. Pådetta sätt har en 800 MHz AMPS-operatörkunnat växa inom ramen för sina möjlighe-ter, och kan i dag erbjuda tjänster som fulltut tillhör andra generationens mobiltele-tjänster.

1.10 G2 — Andra generationen

23


PDC i Japan810-826 940-958

MHz

800 850 900 950

1429-1441 1453-1465 1477-1489 1501-1513

MHz

1400 1450 1500 1550

GSM + NMT 900 i Sverige890-915 935-960

MHz900 950

1710-1785 1805-1880

MHz

1700 1800 1900 2000

DCS 1800 (GSM 1800)

GSM i Storbritannien905-915 950-960

MHz800 850 900 950

D-AMPS + AMPS (USA)824-849 869-894

MHz800 850 900 950

MHz

1700 1800 1900 2000

1850-1910 1930-1990

PCS i USA

System Abonnenter*) Länder/nätoperatörer*) tillväxt/månad*)

GSM 183 milj 120/284 7,6 miljPDC 42,3 milj 1/30 (Japan) 0,6 milj

TDMA 24,3 milj 34/104 1,4 miljcdmaOne 31,5 milj 12/31 1,5 milj

*) juni/juli 1999

24


Bitfel vid datakommunikationNästa steg i GSM-utvecklingen blev att in-föra högre bithastighet vid datakommu-nikation.

Den verkliga bithastigheten vid ettGSM-samtal är 22,8 kbit/s. När man kopp-lar upp en talkanal behövs 13 kbit/s för attöverföra talet. Men det kan bli bitfel.

För att klara bitfel finns två vägar. An-tingen lägger man till extra databitar somanvänds som checksumma, CRC (CyclicRedundant Check). Med hjälp av check-summan kan man avgöra om det finns bit-fel, men inte vilka databitar som är fel. Dåfrågar man om, begär omsändning, ARQ(Automatic Repeat Request). Omfrågningtar tid. Därför kan detta inte tillämpas på entalförbindelse. Talet skulle bli hackigt.

Andra möjligheten är att lägga till data-bitar så att man kan rätta bitfel utan att be-höva fråga om, FEC (Forward Error Correc-tion). Detta kan göras på två sätt. Antingenlägger man till databitar med vars hjälp manidentifierar vilka databitar som är fel. Dettaanvänds t.ex. på FM-sändarnas RDS-kanal,som tidigare utnyttjades för RDS person-sökning. Tekniken ger både felrättning ochkontroll av att databitarna är rätt mottagna.

Den andra möjligheten är att lägga tilldatabitar så att information om varje nytto-databit finns på flera platser i dataströmmen,och avkoda genom att välja den mest san-nolika nyttodatabiten. Detta ger färre bitfel,men man vet inte om datasekvensen är rättmottagen. Faltningskodning är en sådankodningsform som medger att man väljer detmest sannolika utseendet på sin data-sekvens, dock utan att veta om data-sekvensen är rätt mottagen.

Vid GSM tal utnyttjas trafikkanalens22 800 b/s så att 13 kbit/s är nyttodatabitar,9,650 kbit/s adderas för faltningskodning,medan 150 bit/s är checksumma, för att av-göra hur många bitfel som återstår. Vissadatabitar måste vara rätt mottagna, annarskastar GSM hela datasekvensen och använ-der det man sade 20 millisekunder tidigare.

GSM data 9,6 kbit/sVid data 9,6 kbit/s är 9,6 kbit/s nyttodatamedan 10,8 kbit/s adderas för faltnings-kodning, och 2,4 kbit/s används för check-summa och ”paketidentifiering”. Vid data-överföring är det viktigt att checksummanklarar att avgöra om det finns bitfel, efter-som dataöverföring måste vara bitfelsfri. Närchecksumman indikerar bitfel så frågar manom, ARQ.

GSM data 14,4 kb/sOm radiokanalen är störningsfri är det onö-digt att addera så mycket som 10,8 kbit/sför faltningskodning. Man klarar sig medomfrågning om det sällan blir bitfel. Därförfinns en tilläggsspecifikation GSM data 14,4kbit/s, där bara 6 kbit/s reserveras för falt-ningskodningen.

Ett vanligt telefonmodem kopplar upp i hög-sta hastigheten, t.ex. 33,4 kbit/s om telefon-förbindelsen är tillräckligt störningsfri. Ominte, så kopplar modemet ner till lägre has-tighet, t.ex. 28,8 kbit/s eller 19,2 kbit/s, ef-tersom det är effektivare att ligga permanentvid den lägre hastigheten än att ha alltförmånga omfrågningar vid en högre hastig-het. På samma sätt vid GSM. Om basstationoch ficktelefon klarar tilläggsspecifikationens14,4 kbit/s och radioförbindelsen är tillräck-ligt störningsfri så kopplas datakanalen uppför denna hastighet. Annars väljer systemet9,6 kbit/s.

HSCSDNästa steg i utvecklingen blev HSCSD (HighSpeed Circuit Switched Data), höghastig-hets kretskopplad data, som innebär att fleratrafikkanaler (tidluckor) kopplas upp paral-lellt (egentligen ”efter varandra”).

Med tre trafikkanaler (tre tidluckor avåtta) kommer man upp i 28,8 kbit/s om data-hastigheten är 9,6 kbit/s på varje tidlucka,eller 43,2 kbit/s om datahastigheten är 14,4kbit/s på varje tidlucka.

1.11 Högre datahastighet i GSM

25


GPRS — paketförmedlad dataHSCSD är fortfarande kretskopplad data.Detta innebär, på samma sätt som i fastatelenätet, att om man kopplar upp en data-förbindelse så ligger förbindelsen, alla tid-luckorna, blockerade av mitt samtal underhela uppkopplingstiden. Detta är accepta-belt om det gäller filöverföring. Man får upp-koppling, filöverföring, nedkoppling. Men viduppkoppling mot Internet så går största de-len av tiden åt till att sitta framför skärmenoch läsa. Den del av samtalstiden då vi verk-ligen skickar databitar på förbindelsen är li-ten. Under övrig tid borde andra få möjlig-het att använda radiokanalen. Inte bara föratt få ner samtalskostnaden. Radiokanalerär en begränsad resurs. Om många skall fåmöjlighet till radiouppkoppling mot Internet,då måste vi samsas om radiokanalerna.

GPRS (General Packet Radio Service) ären teknik som möjliggör att ficktelefonenkopplar upp en eller flera tidluckor mot bas-stationen, på samma sätt som vid HSCSD.När ficktelefonen väl sänt eller tagit emotsina data så kopplas tidluckorna ner, menapplikationen (egentligen ”TCP/IP-klienten”)tror att förbindelsen fortfarande är uppkopp-lad. När applikationen vill sända sker en blixt-snabb uppkoppling, och sedan släpper mantidluckorna igen. På detta sätt kan mångaabonnenter ligga samtidigt på samma tid-luckor. Allihop upplever som om de har till-gång till tidluckorna hela tiden. Men i verk-ligheten har de bara tidluckorna när det finns

data att sända eller ta emot.Nackdelen är att man kan hamna i kö,

få vänta ett kort ögonblick om flera abon-nenter vill utnyttja tidluckorna samtidigt. Enkort väntetid någon enstaka gång är inte stö-rande vid datakommunikation. Däremot blirsådan väntetid störande vid talkommu-nikation. Det är därför som kretskopplat, enhelt egen förbindelse hela tiden, är att före-dra vid talkommunikation.

Om åtta abonnenter får var sin kretskopp-lade dataförbindelse, GSM data 14,4 kbit/s,då kommer de allihop att uppleva förbindel-sen som långsam. Men om alla åtta gemen-samt samsas om de åtta tidluckorna meden total bithastighet på 115,2 kbit/s, då skullede uppleva förbindelsen som blixtsnabb.

Om abonnenterna vill ladda hem dataexakt samtidigt så kommer de att dela påförbindelsen. Förbindelsen till var och en blirlångsammare. Men det är bara om alla åttavill ha data exakt samtidigt som hastighe-ten sjunker till 14,4 kbit/s, den hastighet somingen av abonnenterna kan överskrida i ettkretskopplat system.

GPRS innebär att man i GSM-systemet fårmöjlighet till tjänster som funnits sedan 1986i Mobitex. Den paketförmedlande teknikeninnebär att man upplever sig vara uppkopp-lad hela tiden, men bara belastar radio-kanalen under den korta tid då man verkli-gen har något att sända eller ta emot.

2,5 GGPRS

Paketförmedlat- data 9 – 160 kbit/s

26


I början av 1990-talet var man fortfarandekvar i mobiltelefonins första generation. Eu-ropa hade sina NMT- och TACS-nät, USAsitt AMPS-system och i Japan hade man ettflertal egna analoga system. Den enda tjänstdessa nät erbjöd var analog kretskoppladtelefoni.

Drivkraften i Europa, drivkraften bakomGSM, var egentligen ett enhetligt mobiltele-system så att alla skulle kunna röra sig frittoch överallt kunna ringa och ta emot sam-tal. Digitalteknik gav vissa fördelar, bl.a. flersamtidiga samtal på en basstationssändare.Dessutom var digitalt tal lätt att kryptera.GSM blev avlyssningssäkert. Och när sys-temet ändå var digitalt var det lätt att införaen datakommunikationstjänst. Men data-kanalen specificerades i slutet av 1980-ta-let, innan Internet och publik datakommu-nikation kommit igång på allvar.

CDPD — Cellular Digital Packet DataEn bit in på 1990-talet började efterfråganpå datatjänster dyka upp i USA. Införandetav D-AMPS pågick, men bara i områden däroperatörerna hade frekvensbrist, inte somgenerellt system. Eftersom man ville erbjudadatatjänster till alla abonnenter, även därman bara hade analog AMPS-täckning, såkunde datatjänsten inte bygga på D-AMPS.

Lösningen blev ett separat datanät,med egna sändare/mottagare, på frekven-ser som passade in i AMPS-frekvensplanen.På detta sätt kunde AMPS-operatörernakomplettera sitt AMPS-nät med datatjänstenhelt oberoende av en eventuell D-AMPS-utbyggnad.

I GSM är datatjänsten kretskopplad därföratt hela GSM-strukturen är optimerad förkretskopplad telefoni. CDPD är fristående.Det enda man har gemensamt med AMPSär att man delar på frekvenskanalerna. Där-för kunde datanätet optimeras för data-tjänsten. Och vid alla datatjänster där detibland blir dödtid därför att abonnenten be-höver tänka, där är paketförmedlad överfö-ring det optimala.

1.12 Datakommunikation i USA och Japan

Således har man i USA byggt upp, med bör-jan 1994, ett paketdatanät med data-hastigheten 19,2 kbit/s. Effektiv datahas-tighet blir 5 – 10 kbit/s, beroende på stör-nivån på radiokanalen och hur många abon-nenter som är aktiva samtidigt. CDPD är ut-format för att utnyttja AMPS-frekvenskanalersom för tillfället inte används för telefoni. Närfrekvenskanaler behövs för telefoni minskasantalet aktiva CDPD-stationer.

CDPD har givit de amerikanska operatö-rerna möjlighet att erbjuda alla mobiltele-abonnenter, oavsett om deras talkommu-nikation går via analoga AMPS eller digitalaD-AMPS, en SMS-tjänst (Short MessageService) och ständig paketförmedlad upp-koppling mot Internet.

I-mode — PDC-PI Japan startades i februari 1999 en paket-förmedlande kanal i PDC-nätet med data-hastigheten 9,6 kbit/s, som går under nam-net PDC-P (PDC Packet). På denna data-kanal har man skapat tjänsten i-mode sommedger kontakt med Internet. Ficktelefonen(i-mode-telefonen) har liten skärm och data-hastigheten är låg, men trots detta har nä-tet i dag 20 miljoner abonnenter. Detta visaratt det inte är datahastigheten utan möjlig-heten att ständigt ligga uppkopplad, en sortsinteraktiv text- och bildförmedlande person-sökare, som är det primära.

27


Andra generationen var kretskopplad tele-foni och låghastighetsdata. Med tredje ge-nerationen menar man telefoni och data-hastighet i intervallet 384 kbit/s – 2 Mbit/s.Övre gränsen, 2 Mbit/s, kan bara erhållas ibasstationens omedelbara närhet. Högdatahastighet innebär alltid att man får kor-tare räckvidd, eller behöver högresändareffekt.

EDGEGSM är ett europeiskt projekt, med del-projekt som bl.a. inriktats mot högre data-hastigheter. Ett sådant delprojekt är EDGE(Enhanced data rates for GSM and TDMA/136 evolution).

EDGE bygger på standard GSM-teknikmed skillnaden att själva radiomodemet mo-derniserats. I stället för bara en databit persymbol så överför man tre databitar per sym-bol. På samma 200 kHz radiokanal klararman att överföra en bithastighet som är tregånger så hög. Men bara vid högre signal-styrka, d.v.s. vid lägre störnivå, än vid stan-dard GSM. Den högre datahastigheten kandärför inte utnyttjas av alla GSM-abonnen-ter i en radiocell. Men tekniken är utformadså att varje abonnent får den högsta data-hastighet som är möjlig med hänsyn tillsignalstyrka och störnivå.

ECSD (Enhanced Circuit SwitchedData)EDGE-tekniken kan utnyttjas för att ge hög-re datahastighet per tidlucka vid krets-kopplade dataförbindelser, ECSD (Enhan-ced Circuit Switched Data). Tjänsteutbudetblir som vid HSCSD och maximala data-hastigheten är fortfarande 64 kbit/s, pågrund av begränsningar i det kretskoppladenätet. Vinsten är att man klarar sig med färretidluckor, trafikkanaler, för att uppnå maxi-mala datahastigheten 64 kbit/s.

EGPRS (Enhanced GPRS)EDGE-tekniken kommer även att införas förpaketförmedlad data, EGPRS (EnhancedGPRS). Här finns inga begränsningar i nä-

1.13 GSM mot tredje generationens mobiltelefoni

tet mer än rena kapacitetsproblem som kanuppstå när många vill utnyttja hög data-hastighet samtidigt.

Med GPRS, standard GSM-teknik, kanman uppnå datahastigheter i intervallet 8 –20 kbit/s per tidlucka, medan EDGE-tekni-ken ger datahastigheter i intervallet 8 – 60kbit/s på varje tidlucka, och maximalt kanalla åtta tidluckorna utnyttjas. Vad data-hastigheten i verkligheten blir, i intervallet 8– 480 kbit/s, beror på signalstyrka och stör-nivå på radioförbindelsen. EDGE-teknikenär utformad att automatiskt ställa in sig påhögsta möjliga datahastighet och följa radio-kanalens fluktuationer när man t.ex. är i rö-relse.

I ett inledningsskede kommer baravissa av de möjliga datahastigheterna iGPRS och EDGE att implementeras. Ovannämnda siffror hänför sig till ett fullt utbyggtsystem.

28


ITU — ITU-T — ITU-RInternationellt standardiseringsarbete inomtelekommunikationsområdet leds av FN-organet ITU (International Telecommuni-cations Union) med säte i Geneve. Fastatelenätet hörde tidigare till underavdelningenCCITT som numera benämns ITU-T, medanradiokommunikation låg under CCIR somfått byta namn till ITU-R.

FPLMTS — IMT-2000Redan 1986 började man inom CCIR, se-dermera ITU-R, att studera FPLMTS (FuturePublic Land Mobile TelecommunicationsSystems).

Under 1990-talet har man slopat för-kortningen FPLMTS och talar i stället omIMT-2000 (International Mobile Telekommu-nications). I dag innebär IMT-2000 den in-ternationella överenskommelsen, ITU-stan-darden, för tredje generationens mobilnät.

Rekommenderade frekvensband förIMT-2000Vid WARC79 reserverades frekvensband förandra generationens mobiltelefoni, menfrekvensbanden blev inte lika i de tre regio-nerna. När det blev aktuellt med frekvenserför tredje generationens mobiltelesystem såvar målet att försöka uppnå en gemensamvärldsstandard.

Den bästa kompromiss som gick attåstadkomma bestod av två frekvensband,

1.14 Standardisering mot tredje generationen

1,9 – 2 GHz och 2,1 – 2,2 GHz, för att möj-liggöra tekniska lösningar som behöver olikafrekvensband i upp- och nedlänken.

Även om man inte klarar att följa dennarekommendation i alla regioner, så är detviktigt att frekvenserna för satellittjänsternaär gemensamma för hela världen. Satelli-terna snurrar runt jorden. Det innebär onö-diga tekniska problem om ett frekvensbandsom används av satelliten utnyttjas för nå-got helt annat i vissa delar av världen.

Total enighet gick inte att uppnå. Vi serav bilden att frekvensbanden för satellit-tjänster, MSS, är utökade (förskjutna) i Re-gion 2 eftersom viss del av det rekommen-derade (svarta) frekvensbandet redan an-vänds för andra tjänster.

PC (Personal Communicator)I arbetet på det framtida radiobaseradetelekommunikationssystemet lanseradesbegreppet ”Personal Communicator”, PC,som benämning på den radioterminal somman bär med sig för att över hela världenkunna ringa och bli nådd, med såväl tele-foni som data.

ITU-R frekvensplan för IMT-2000

MHz1800 1900 2000 2100 2200

MSS MSS

MSS: Mobile Satellite Service”Streckat område”: Utökat/förskjutet frekvensområde för MSS i Region 2

ITU Region 1: Europa, Afrika, Mellanöstern, förutvarande Sovjetunionen.ITU Region 2: Nord- och Sydamerika med Grönland.ITU Region 3: Australien, Söderhavsregionen, Japan, Kina, Indien m.fl.

29


Europa — ETSISamordnande organ för standardiseringinom Europa är ETSI (European Telecom-munications Standards Institute). Standar-diseringen av GSM påbörjades inom CEPT(Conférence Européene des Postes et desTelecommunications), som består avmyndighetsrepresentanter från de europe-iska länderna, men flyttades över till detnybildade ETSI där även tillverkare ochoperatörer fick delta i standardiserings-processen.

År 1991 bildade ETSI en undergruppsom skulle studera tredje generationensmobilnät. Tredje generationens mobilnät fickarbetsnamnet UMTS (Universal MobileTelecommunication System).

UMTS underindelas i en radiodel sombenämns UTRA (UMTS Terrestrial RadioAccess) samt en större del som även om-fattar basstationsstyrningen, UTRAN (UTRANetwork). Resten av UMTS-nätet består avdelar från GSM-nätet. UTRAN är därför denkomplettering en GSM-operatör behövergöra för att få ett UMTS-nät (dessutom kannya frekvensband behövas för UTRA).

RadioteknikenVilken radioteknik skulle väljas för UTRA?Arbetet inom ETSI gick i tre riktningar:•EDGE som bygger på GSM.•WCDMA (FD-CDMA) som behöver tvåfrekvensband, ett i upplänk och ett i ned-länk (FDD, Frequency Division Duplex).

ETSI frekvensplan för UMTS

MHz1800 1900 2000 2100 2200

segment 1 2 3 4 5 6 7GSM1800

Segment MHz Typ Access-metod Användning1 1880-1900 U TDD DECT2 1900-1920 U TDD

3+6 1920-1980 P FDD WAM (Wide Area Mobility)4+7 1980-2010 P FDD MSS

5 2010-2025 U TDD6 2110-21707 2170-2200

•TD-CDMA där både upp- och nedlänktidsdelar på ett gemensamt frekvensband(TDD, Time Division Duplex).

Europeisk anpassning till ITU-RfrekvensplanI Europa uppstod inga problem eftersomman av tradition varit sparsam med att delaut frekvensband till nya tjänster. Hela det avITU rekommenderade frekvensspektrat gickatt avsätta för 3G, med ett litet undantag:DECT ligger mellan 1880 – 1900 MHz.

Som vi skall se hade Japan kommitlångt i standardiseringen av ett tredjegenerationens system, som byggde påCDMA-teknik i två frekvensband, typ P(Paired). För att få en standard som omfat-tade så stor del av världen som möjligt såenades Europa och Japan om att avsättaden del av frekvensområdet som ETSI kal-lar segment 3 och 6 för ett sådant gemen-samt system.

Segment 4 och 7 var internationellt re-serverade för satellitbaserade mobiltjänster.Återstod segmenten 1, 2 och 5. Dessafrekvensband var av typ U (Unpaired). I seg-ment 1 hade Europa redan DECT, och försegmenten 2 och 5 enades Europa omCDMA-teknik med TDD (Time Division Du-plex, tidsdelningsduplex), som fick benäm-ningen TD-CDMA.

30


Japan — ARIBI det japanska 800 MHz-bandet gick utveck-lingen från första generationens analogasystem till andra generationens PDC somgav tre digitala trafikkanaler i en 25 kHzfrekvenskanal. När efterfrågan ökade påPCS-tjänster byggde man PDC-system i1500 MHz-bandet, PCD 1500. PDC har un-der 1999 kompletterats med den paket-förmedlande datakanalen PDC-P, sommarknadsförs under namnet ”i-mode”.

När man i Japan skulle fortsätta mottredje generationens mobilnät så fanns defrekvensband som ITU rekommenderar förIMT-2000 att tillgå. I Japan har man därförspecificerat ett FDD CDMA-system i så närasamarbete med ETSI att Japan och Europakunnat enas om ett gemensamt förslag. Ja-panska standardiseringsorganet ARIB före-språkar alltså WCDMA som radioteknik itredje generationens mobilnät, IMT-2000.

PHPS (Personal Handy PhoneSystems)I början av 1990-talet utvecklades i Japanen trådlös telefon, PHPS, som har likhetermed DECT.

DECT var ursprungligen ett renodlatinomhussystem för upp till 12 samtidigasamtal på samma radiobas. Symbol-hastigheten i luften var 1,152 Msymb/s. Såhög symbolhastighet utan skydd i radio-tekniken mot långa reflexer gör att DECTfår svårt att klara utomhusmiljö. DECT-stan-darden medger visserligen uppbyggnad avkompletta DECT-baserade mobiltelesystem.Men problemen med långa reflexer utom-hus har inte gått att lösa inom ramen förDECT-standarden.

PHPS har en symbolhastighet på 92ksymb/s, med två databitar per radiosymbol.Eftersom symboltiden är mer än tio gångerlängre, så klarar PHPS reflexer som gått merän tio gånger så lång väg, jämfört med

DECT. Nackdelen är att den lägre bit-hastigheten, 384 kbit/s, bara räcker till 4samtidiga samtal på varje radiobas.

PHPS finns som trådlös telefon för hem-mabruk och i företagsmiljö, men också somenklare form av mobiltelefon i många Japan-ska städer. PHPS ligger i frekvensbandet1895 – 1907 MHz.

USAUSA hade sin första generations AMPS-sys-tem, 30 kHz frekvenskanaler i 800 MHz-ban-det. För att klara abonnenttillströmningenkompletterade man med D-AMPS som gavtre digitala talkanaler på en AMPS frekvens-kanal. Under 1990-talets andra hälft speci-ficerades det separata paketförmedlandedatanätet CDPD, och operatörerna kundepå så sätt erbjuda andra generationensmobilteletjänster.

När det blev efterfrågan på PCS-tjäns-ter auktionerade FCC (Federal Communica-tions Commission) ut 1900 MHz-bandet.Varje operatör fick en mindre del, två del-band om 5 MHz eller två delband om 15MHz, benämnda från a till f, se bilden.

Operatörerna kunde fritt välja radiotek-nik för sin PCS 1900-tjänst. Därför finns idag i USA vissa operatörer som har GSM1900, andra som har CDMA/IS-95 som nu-mera kallas cdmaOne, och operatörer somhar D-AMPS som numera kallas TDMA/136.

När diskussionerna om tredje generationensmobiltelesystem tog fart befann sig USA iden situationen att de inte hade några frek-venser. De frekvensband som ITU rekom-menderade för tredje generationens systemhade tagits i anspråk för PCS-systemen.

Japans frekvensplan för WCDMA

MHz1800 1900 2000 2100 2200

WCDMA MSS WCDMA MSSPHS

31


PCS-operatör med cdmaOneDe PCS-operatörer som byggt sin PCS-tjänst på CDMA-tekniken ville att tredjegenerationens system skulle vara en utvidg-ning av cdmaOne. Därför specificerades iUSA ett bredbandigt CDMA-system därtredje generationens mobila terminaler sän-der bredbandigt, ett CDMA-system med3,75 MHz frekvenskanal, medan basstatio-nerna kombinerar tre frekvenskanaler med1,25 MHz bandbredd. Två av dessa ärcdmaOne-system och den tredje ärcdma2000, totalt 3,75 MHz bandbredd. Pådetta sätt kan nuvarande abonnenter medcdmaOne-terminaler fortsätta att ha kontaktmed basstationerna via en cdmaOne-kanal,medan cdma2000-abonnenter utnyttjar tresamtidiga cdma-kanaler, och får tillgång tillhögre datahastighet. En operatör som barahar tillgång till 5 MHz men har cdmaOne-teknik kan växa utan att det påverkar hansnuvarande PCS-abonnenter.

PCS-operatör med GSM 1900 ellerTDMA/136Men de operatörer som bara har tillgång till5 MHz och har fyllt större delen av sittfrekvensband med GSM 1900 eller TDMA/136? De klarar inte att frilägga tillräckligt stordel av sitt frekvensband för att få in ny bred-bandig CDMA-teknik utan att störa nuva-rande PCS-abonnenter.

UWCC (Universal Wireless Commu-nications Consortium), en sammanslutningsom tillvaratar TDMA/136-operatörernas in-tressen, kom med förslaget att tredje genera-

tionens mobilsystem även skulle inbegripaGSM påbyggd med EDGE-tekniken. EDGEger möjlighet att erbjuda datatjänster meddatahastigheter upp till 384 kb/s, ett förslagsom fick benämningen EDGE/UWC-136.

Så kom det sig att den teknik som Eu-ropa betraktade som en övergångsfas tilltredje generationens nät, EDGE-tekniken,har införlivats i IMT-2000-specifikationen.

I länder där operatörerna betalat höga sum-mor för sitt frekvensband är avskrivnings-tiden för investeringen mycket lång. Dessaoperatörer måste beredas möjlighet att följamed i teknikutvecklingen. Om alla PCS-frekvensband från början varit 15 MHzbreda, då hade operatörerna kunnat stuvaom sina GSM 1900- eller TDMA/136-bas-stationer och frilägga ett tillräckligt stort del-band för att dessutom få in bredbandsCDMA-teknik. Men ett frekvensband sombara är 5 MHz brett måste tömmas på GSM1900- eller TDMA/136-basstationer. Undertiden kommer abonnenterna, operatörenslevebröd, att fly till annan operatör.

MHz

1850 1900 1950 2000

PCS-band i USA

a d b e f c a d b e f c

Frekvensplan för G3 i USA

MHz1800 1900 2000 2100 2200

MSS MSSPCS PCS reserverat (rundradio)

32


IMT-2000 minimiprestandaMinimiprestanda för IMT-2000 är specifice-rade till följande:• Inomhus, t.ex. kontorsmiljö, skall data-hastigheten uppgå till 2 Mbit/s vid en bit-felshalt BER (Bit Error Rate) på 10–6.

•Utomhus eller inomhus, när man är fot-gängare, skall datahastigheten uppgå till384 kbit/s vid BER som ovan.

•När man befinner sig i fordon i rörelse skallbithastigheten uppgå till 144 kbit/s vidBER som ovan.

•Vid kommunikation via satellit skall bit-hastigheten uppgå till 9,6 kbit/s vid BERsom ovan.

IMT-2000 radioteknikDet som styrt val av radioteknik har natur-ligtvis varit de olika ländernas önskan attgynna sin egen radioindustri med dess kun-skap och patent. Men det går att lära nytt,och patent kan säljas och köpas, eller släp-pas fria genom internationella överenskom-melser.

Besvärligare har varit arvet från de nu-varande mobilteleoperatörerna. En anpass-ning i USA till en världsstandard skulle inne-bära att förutsättningarna för flertalet mobil-operatörer raseras. De måste börja från bör-jan. Och abonnenterna måste byta fick-telefoner.

Radiotekniken för 3G skulle bli det mestavancerade. Men detta kan inte genomförasfullt ut, därför att vi har arvet från tidigaresystem som ligger och blockerar den natur-resurs som vi alla måste dela, radiofrek-venserna.

EuropaI Europa utvecklades EDGE-tekniken somen första påbyggnad på GSM. Men tankenvar att gå längre. Därför utvecklades CDMA-system, dels för två frekvensband, WCDMA(FD-CDMA), dels för ett tidsdelat frekvens-band, TD-CDMA. Möjligheten att gå sam-man med Japan om ett gemensamt systemgjorde att man valde WCDMA som radio-teknik för UTRA, men även TD-CDMA, där-för att frekvensplanen innehåller två seg-ment som inte kan utnyttjas med FDD-tek-nik. Nätstyrningen skulle baseras på nuva-rande GSM infrastruktur.

JapanÖnskemålen från Japan var WCDMA efter-som frekvensbanden fanns tillgängliga. Denuvarande PDC-näten styrs av GSM-infra-struktur. Det var därför naturligt för Japanatt koppla WCDMA till GSM-infrastruktur, påsamma sätt som i Europa.

USAI USA såg man inga möjligheter att införaW-CDMA, inte ens om man valde andrafrekvensband än Europa och Japan. Detfinns helt enkelt inga lediga frekvensbandutan all ny teknik måste passa in i frekvens-band där det redan finns befintlig mobil-telefoni av andra generationen.

Eftersom de amerikanska operatörernafått fria händer så var det inte en enhetligteknik man skulle anpassa sig till, utan treolika: cdmaOne, GSM 1900 respektiveTDMA/136. Det enda dessa system hadegemensamt var nätstyrningen, där infra-strukturen är baserad på ANSI-41.

De operatörer som har GSM 1900 ellerTDMA/136 och som inte kan frilägga frek-vensutrymme för bredbandig CDMA-teknikfår möjlighet att gradvis byta mot GSM-tek-nik utbyggd med EDGE. Detta blir EDGE-nät som inte styrs av GSM-styrutrustningutan av ANSI-41-styrutrustning (UWC-136).

De operatörer som redan har CDMA-teknik men inte kan byta mot bredbandigCDMA får möjlighet att växa genom att mantagit fram ett bredbandigt alternativ sombygger vidare på tre smalbandiga CDMA-system (3 x 1,25 MHz), cdma2000.

33


Sedan 1950-talet har kommunikationsradioanvänts av polis och taxi, och på 1960-taletspreds användningen till åkerier, men äventill privatpersoner i form av det fria 27 MHzprivatradiobandet.

Den ursprungliga formen av kommunika-tionsradio bestod av en högt belägen bas-station med användarterminaler som varfordonsmonterade. I dag finns även hand-terminaler. Karakteristiskt för kommunika-tionsradio var att alla lyssnade hela tiden.Alla hörde alla. När någon ropade och pra-tade med basstationen så hörde även allaandra.

Varje företag behövde en egen frek-venskanal för att inte radiokommunikationenfrån flera företag skulle blandas. Dessutomkanske man behövde flera frekvenskanaler.En frekvenskanal som anropskanal och förmeddelanden som riktades till alla företa-gets bilförare, och en extra frekvenskanalatt växla över till för samtal som bara rikta-des till en eller några få bilförare.

MRTNär varje företag ville ha egna frekvens-kanaler så blev det frekvensbrist. I slutet av1960-talet påbörjade Televerket utvecklingav ett system kallat M

Documents

GSM-boken - PERANT · 2018. 5. 2. · GSM-boken är en berättelse om GSM-systemet och dess utveckling i riktning mot tredje generationens mobiltelefoni med WCDMA. Mitt mål har varit