Utbildning mobil datakommunikation 2G/3G/4G

Lär dig mer om mobil datakommunikation över 2G, 3G och 4G nätet

Utbildning om mobil datakommunikation

OBS denna utbildning är något förenklad men är tänkt att skapa en översiktlig bild över mobil datakommunikation

För att förstå mobil kommunikation så börjar vi från det första automatiska mobilnätet (NMT) och stegar oss via 2G/GSM, 3G/UMTS och sedan till 4G/LTE

NMT

NMT var ett analogt nät där varje samtal fick en egen kanal (frekvens) som tilldelades dynamiskt.
En kanal (inom 451-456 Mhz) som telefonen sänder mot basstationen (s.k. Uplink).
Och en kanal (inom 461-466 MHz) som basstationen sänder till mobiltelefonen (s.k. Downlink).
NMT450 var endast tal och ingen (inbyggd) data.

GSM

GSM lanserades som en digital teknik där upp till åtta telefoner samsades på samma kanal/frekvens genom att telefonen och basstationen delar upp kanalen i åtta tidsluckor. En tidslucka för varje telefon. Tekniken Time-Division Multiple Access (TDMA) som är en typ av Time Division Multiplexing.  GSM Band

GSM har idag en dataöverföring som heter GPRS eller EDGE beroende på kapacitet. Vanligtvis används GPRS eller EDGE endast som fallback om ingen annan dataförbindelse kan öppnas men på grund av kapaciteten (56Kbit/s eller 236Kbit/s).

Dock används GPRS eller EDGE idag i saker som inte behöver snabb dataöverföring såsom larm eller betalkortsläsare.

Radiomässig uppbyggnad

Varje GSM-basstation har vanligtvis tre celler (antenner) som i en "treklöver". Varje cell använder en kanal/frekvens. Och denna kanal/frekvens får inte överlappa andra basstationer i närheten.

Uppbyggnad av kanaler och fravenser i GSM nätet

Varje kanal i GSM är 200KHz bred och tar man Telia som ett exempel så har de ett frekvensband som är 10 MHz brett på 900-bandet. 5 MHz av detta tar Telia ofta för att köra 3G på.

Övriga 5 MHz räcker till 25 stycken GSM kanaler som skall fördelas mellan basstationerna i området utan att de överlappar någonstans. Flera kanaler/frekvenser kan kombineras i en cell om man har ledig kapacitet. 

Exempel på Telias 900 MHz-band (totalt 10 MHz bredd) som det ser ut utanför Communicas kontor.

GSM signal 900 MHz Spectrum Analyzer 

3G / UMTS
Grund

GSM hade ett relativt dåligt utnyttjande av frekvensbandet. Så när 3G skapades så började man med en ny typ av teknik som heter Spread Spectrum-teknik. I den tekniken delar alla basstationerna på samma frekvensband (i Sverige 20 MHz per operatörsband. Totalt 60 MHz på 2100 MHz-bandet). 3G/UMTS band

Nedan syns svenska UMTS frekvenserna där man ser 12 olika så kallade UMTS Carriers. Uppdelade på tre olika operatörsband med fyra stycken Carriers per operatörsband.

UMTS/3G frekvensband sverige spectrumanalysator

Varje operatörsband i Sverige har 20 MHz total bredd och varje Carrier tar 5 MHz (inklusive guard band)

UMTS/3G Carrier frekvens spektrumanalysator

Det som är unik med 3G/UMTS är att basstationerna inte längre skickar datat över separata kanaler/frekvensband utan att alla basstationer inom ett operatörsband sänder på samma frekvenser.

I stället tilldelas basstationen en Primary Scrambling Code som "krypterar" signalen analogt inom en Carrier enligt Spread Spectrum-tekniken.

Alla 3G/4G basstationer sänder på samma frekvens

Hur fungerar du Spread Spectrum och Scrambling Key

Själva Spread Spectrum tekniken bygger på att man sprider ut en smal signal över en större bredd och använder en "nyckel" eller Spreading Code som mottagaren sedan använder för att plocka ut "sin" signal ur ett bredare frekvensblock.

Frequency Spreading tekniken i 3G / UMTS

Skillnaden mellan olika tekniker.

I gamla NMT skiljer man bara på samtalen genom att ha olika kanaler på olika frekvenser.
I GSM delade man dessutom upp kanalerna i olika tidsluckor för att få plats med flera samtal.
I UMTS/LTE delar man upp signalerna via Spread Spectrum teknik över både tid och frekvens.

förklaring TDMA vs Spread Sprecrum med Scrambling Code

4G / LTE

LTE-tekniken kom till för att få bättre datakapacitet jämfört med 3G/ UMTS.

I alla tidigare mobilstandarder så fanns en inbyggd tal-kanal som gjorde att alla enheter enkelt kunde hantera telefonsamtal. Men från och med 4G/LTE så har man inte längre någon talkanal utan standarden är rent IP-baserad.
Så vanligtvis använder telefoner 2G eller 3G för datasamtal.  Läs mer om LTE kategorier och hastigheter

Men man kan lösa tal över 4G/LTE genom Voice Over IP. I LTE kallas detta VoLTE (Voice over LTE) men detta kräver stöd både hos telefonen och motsvarade stöd hos operatören.

LTE har några fördelar över 3G/UMTS

  • Högre datakapacitet på samma frekvensbredd
  • Flexibel bandbredd (1,4-20 MHz) där operatören kan utnyttja ledigt utrymme (t.ex. på 900 MHz-bandet)
  • Lägre latency
Radioteknik i LTE

LTE använder en teknik som heter OFDMA som delvis liknar tekniken i 3G/UMTS men där man splittar upp en signal i många små carriers

OFDM signaler inom 4G / LTE

Läs mer om LTE / 4G frekvensband

Läs mer om GSM band (2G)

Läs mer om våra svenska mobiloperatörer och deras band / frekvenser

Läs mer om LTE kategorier (LTE CAT)

Läs mer om kommunikation för IoT

CS2389

CS2389 är ett mätinstrument för personer som vill kontrollera vilka operatörer som har täckning på platsen. Dessutom används det av installatörer av antenner och repeatrar för att mäta in optimal antennrikning. Instrumentet klara alla 2G , 3G och 4G-frekvenser och kan både göra en snabbmätning över alla operatörer såväl som att låsa på enskild operatör/frekvens för inställning av antenner.

CS2389 är handhållen och batteridriven. Den klarar sig en hel dag på en laddning. Antennen går att skruva av (SMA-kontakt) för att ansluta till yttre antenn.

Antenner