Vi lever i en tid där ett liv utan våra mobiltelefoner minst sagt verkar mycket ovanligt. Enligt en rapport från Ericsson (Ericsson Mobility Report Nov 2019) fanns det cirka 8 miljarder mobilabonnemang under Q3 2019, vilket skulle kunna betyda att vi kanske redan har fler mobilabonnemang i den här världen än människor. I början av 1980-talet, när allting började, var mobiltelefoner mer av en lyxvara för de bland oss som behövde ringa viktiga telefonsamtal när de var på resande fot. Vi hade fortfarande fasta telefoner på den tiden, men efterfrågan på mobilitet växte konsekvent från enbart röstkommunikation i början av 80-talet till praktiskt taget alla kommunikationssätt i dag. Framväxten av smarttelefoner har varit den verkliga spelförändringen som förvandlat våra mobiltelefoner till minidatorer där röstsamtal bara är ett av de många tillgängliga alternativen.
Men även om utvecklingen av mobila enheter kan ha varit en självklar del, är det de tekniska framstegen i det övergripande ekosystemet för mobilkommunikation som har gjort allt detta möjligt. Mobilnäten har genomgått stora förbättringar för att övervinna de viktigaste utmaningarna när det gäller kapacitet, kvalitet och säkerhet sedan de skapades. De har utvecklats kontinuerligt från den första generationen (1G) mobilnät i början av 1980-talet till den femte generationen (5G) som vi har i dag. Du kan läsa mer om 5G i ett annat inlägg genom att klicka på den här länken.
Har mobilnäten alltid varit digitala?
I dagens värld används ordet ”digitalisering” ganska ofta av mobiloperatörer och andra leverantörer av kommunikationstjänster. Med 5G-nät som redan finns tillgängliga och som potentiellt kan digitalisera många branscher är det svårt att föreställa sig en tid då själva mobilnäten inte var digitala. Den första generationen mobilnät (1G) var analog och använde FDMA (Frequency Division Multiple Access) som luftgränssnitt för att möjliggöra trådlös uppkoppling. Den digitala eran för mobilnäten inleddes i början av 90-talet med införandet av andra generationens (2G) nät som var säkrare. De viktigaste teknikerna som möjliggjorde 2G var GSM (Global System for Mobile Communications) och D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone System). Du kan lära dig mer om digitala och analoga nät genom att läsa det här inlägget.
2G
Med den andra generationen (2G) av mobilnät introducerades två nya åtkomsttekniker TDMA (Time Division Multiple Access) och CDMA (Code Division Multiple Access). För enkelhetens skull är åtkomstteknik det som ansluter en mobiltelefon till mobilnätet genom att skicka och ta emot signaler trådlöst via luftgränssnittet.
GSM var den mest utbredda standarden för den andra generationens mobilnät. Den använde en kombination av FDMA och TDMA för att erbjuda mobila kommunikationstjänster. I GSM delas det tillgängliga frekvensspektrumet först upp i mindre frekvenskanaler och sedan ytterligare uppdelat baserat på tidslotter. Det ursprungliga frekvensbandet för GSM-nät var från 890 MHz till 915 MHz för upplänken och 935 MHz till 960 MHz för nedlänken. Detta frekvensband är känt som det primära GSM-bandet eller P-GSM. Det primära GSM-bandet utökades senare för att lägga till 10 MHz till både upplänken och nedlänken.
GPRS eller General Packet Radio Service var en förbättring av det befintliga GSM-nätet för att tillhandahålla mobila datatjänster på ett effektivt sätt. GPRS kunde erbjuda topphastigheter i nedlänken på upp till 171,2 kbps. Senare kom ytterligare en förbättring kallad EDGE (Enhanced Data for Global Evolution) som ökade topphastigheterna i nedlänken till 384 kbps. GPRS och EDGE kallas ibland 2,5G respektive 2,75G. Du kan läsa mer om GSM i vårt särskilda inlägg om GSM genom att klicka här.
Även idag, nästan 30 år efter deras första introduktion, kan du fortfarande köpa GSM-telefoner. Om du tänker på GSM ur ett mobilperspektiv är det bättre att skaffa en smartphone med stöd för 2G/3G/4G. Men om du tänker på GSM som ett alternativ till din fasta telefon kan du fortfarande skaffa en snygg GSM-telefon och använda den som din hemtelefon för röstsamtal. Det finns en GSM-telefon från Easyfone som levereras med en laddningsvagga och ser nästan ut som en trådlös telefon. Eftersom det är en GSM-telefon kan du ta med den utanför hemmet och till och med resa med den utan att oroa dig för att förlora uppkopplingen så länge det finns GSM-täckning. Du hittar den här telefonen på Amazons webbplats här eller Amazon UK:s webbplats här.
D-AMPS eller Digital AMPS var den andra 2G-standarden som också använde en kombination av FDMA och TDMA för luftgränssnittet. Tidpunkten för D-AMPS liknade den för GSM, dvs. början av 1990-talet. D-AMPS använder samma frekvensband för kommunikation som sin 1G motsvarighet AMPS (Advanced Mobile Phone System), dvs. 824-894 MHz. Du kan läsa mer om D-AMPS och AMPS i vårt särskilda inlägg här. Under samma period introducerades en tredje teknik kallad Interim Standard 1995 (IS-95) som använde CDMA (Code Division Multiple Access) som luftgränssnitt. Mer information om IS-95 finns i vårt särskilda inlägg om detta ämne här.
3G
Det har funnits två huvudspår för tredje generationens mobilnät (3G) och båda var baserade på Code Division Multiple Access (CDMA). Det första spåret var Universal Mobile Telecommunications Systems (UMTS), som användes för att migrera GSM-nät till 3G. Det andra spåret var CDMA2000 som gjorde det möjligt för IS-95 (cdmaOne) samt D-AMPS att migrera till 3G.
UMTS byggde på Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA) och kunde erbjuda topphastigheter i nedlänken på upp till 2 Mbps. Eftersom GSM, GPRS och EDGE använde en annan teknik för radioåtkomst krävde övergången till UMTS att radiobasstationerna uppgraderades för att stödja WCDMA. UMTS-näten använde samma paketförmedlade tillvägagångssätt som GPRS och EDGE och använde sig av SGSN och GGSN i stamnätet för att stödja mobila datatjänster. Eftersom UMTS-näten utformades för att samexistera med GSM-näten var de väl integrerade för att säkerställa att övergångar mellan olika tekniker (IRAT – Inter Radio Access Technology) kunde äga rum. Arkitekturen på hög nivå för de WCDMA-baserade UMTS-näten kan ses i diagrammet nedan. Om du är intresserad av de detaljerade konstruktionsaspekterna av WCDMA-näten kan vi rekommendera att du läser WCDMA Design Handbook på Amazons webbplats här eller Amazon UK:s webbplats här.
För kunderna innebar detta nya 3G/UMTS-kompatibla mobiltelefoner som kunde stödja den nya åtkomsttekniken samt de nya frekvenser som UMTS-näten använde. Precis som GPRS- och EDGE-teknikerna introducerades som förbättringar av GSM, introducerades HSPA (High-Speed Packet Access) som en förbättring av UMTS-näten. Denna förbättring var inriktad på att öka datahastigheterna i 3G-näten ytterligare. HSPA är en kombination av HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) och HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access). Det kan erbjuda topphastigheter i nedlänk och upplänk på upp till 14,4 Mbps respektive 5,76 Mbps. Med ytterligare förbättringar i form av HSPA+ har dessa hastigheter ökat till 42 Mbps och 11,5 Mbps. Om du behöver mer information om HSPA och HSPA+ kan du läsa vårt särskilda inlägg om detta ämne genom att klicka här.
Om du vill få en snabb sammanfattning av UMTS-näten kan du titta på den här videon på 3 minuter.
Migreringen till 3G för de två andra 2G-teknikerna D-AMPS och IS-95 följde en annan väg och använde CDMA2000. CDMA2000, även känd som CDMA2000 1xRTT eller IS-2000, är en efterföljare till den tidigare standarden IS-95 (cdmaOne) och erbjuder 3G-mobiltjänster enligt IMT2000 (International Mobile Telecommunication specifications for the year 2000). CDMA2000 är bakåtkompatibel med sin föregångare IS-95, vilket gör uppgraderingen från IS-95 till CDMA2000 enkel och smidig. CDMA2000 använder samma bandbredd på 1,25 MHZ och är både kretskopplad och paketkopplad. Precis som HSPA infördes för att förbättra datahastigheterna i UMTS-näten, infördes en teknik kallad EVDO (Evolved Data Optimized) i CDMA2000 för att erbjuda högre datahastigheter. EVDO kan erbjuda topphastigheter i nedlänk och upplänk på upp till 14,7 Mbps respektive 5,4 Mbps. Om du är intresserad kan du läsa vårt särskilda inlägg om IS-95 och CDMA2000 genom att klicka här. Vi har också ett inlägg om EVDO som du hittar här.
4G
Den fjärde generationen mobilnät (4G) möjliggjordes av en ny teknik som kallas LTE som står för Long Term Evolution (of mobile networks). LTE är 4G-migrationsvägen för viktig 3G-teknik, inklusive Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) och CDMA2000. En annan teknik, WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access), kan också erbjuda en uppgraderingsväg för 4G, men LTE har varit den primära tekniken som används över hela världen för utbyggnaden av 4G-nät.
Till skillnad från GSM och UMTS använder LTE separata tekniker för multipel åtkomst för nedlänken (från basstationen till mobiltelefonen) och upplänken (från mobiltelefonen till basstationen). Den använder ortogonal FDMA (OFDMA) för nedlänken och Single-Carrier FDMA (SC-FDMA) för upplänken. LTE är mycket effektivare än den tidigare 3G-tekniken och minskar även latensen i dataöverföringen. De dataöverföringshastigheter som kan uppnås beror på vilken typ av LTE vi talar om, men följande högsta dataöverföringshastigheter kan uppnås:
- LTE – upp till 300 Mbps i nedlänken
- LTE Advanced – upp till 1 Gbps i nedlänken
- LTE Advanced pro – upp till 3 Gbps i nedlänken
Som du kanske tänker är dessa hastigheter nästan aldrig möjliga att uppnå i verkligheten, eftersom det är topphastigheter. Ta en titt på det här inlägget för att ta reda på de faktiska genomsnittliga hastigheterna som du kan få med 4G LTE-nätverk.
Du kan lära dig mer om LTE i vårt dedikerade inlägg genom att klicka här. Om du letar efter en djupgående referens om LTE Advanced rekommenderar vi LTE-Advanced: A Practical Systems Approach to Understanding 3GPP LTE Releases 10 and 11 Radio Access Technologies. Du hittar boken på Amazons webbplats här eller på Amazon UK:s webbplats här.
För att sammanfatta: GSM, UMTS och LTE representerar 2G-, 3G- respektive 4G-mobilnätsteknik. GSM står för Global System for Mobile Communications, UMTS för Universal Mobile Telecommunications System och LTE för Long Term Evolution (of Mobile Networks). GSM använder TDMA och FDMA för sitt luftgränssnitt, UMTS använder WCDMA och LTE använder en kombination av OFDMA och SC-FDMA.
En del av länkarna i det här inlägget är ”affiliatelänkar”, en länk med en särskild spårningskod. Detta innebär att om du klickar på en affilierad länk och köper varan kan vi få en affilierad provision utan extra kostnad för dig.
Commsbrief Limited deltar i Amazon Services LLC Associates Program, ett program för affilierad reklam som är utformat för att tillhandahålla ett sätt för webbplatser att tjäna annonseringsavgifter genom att annonsera och länka till Amazon.com och Amazon.co.uk.