Artikkel

GSM-teknologi er størst

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.

640px-gsm_structures_svg.png

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

Kategori: 
Tags: 

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)