 |
Utbildning mobil datakommunikation 2G/3G/4G/6G |
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.
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 (och 4G från 2021) 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.
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.
Varje operatörsband i Sverige har 20 MHz total bredd och varje Carrier tar 5 MHz (inklusive guard band)
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.
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.
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.
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
New Radio - 5G
5G bygger till stor del på OFDMA likande LTE/4G.
För gemene man är skillnade huvudsakligen en högre hastighet och lägre latency. Under 2021 är de flesta 5G nät kopplade tillsammans med befintliga 4G-nät och ger en halverad latency jämfört med 4G (ca 10 ms på 5G jämfört med ca 20 ms på 4G). Men i framtiden när 5G är fullt utbyggt kommer 5G-nätet ha en helt egen infrastruktur där man kommer ner till ca 1 ms i latency.
5G är ger ca 3 gånger bättre utnyttjande frekvensutrymmet jämfört med 4G. Och många 5G frekvensband släpps på högre frekvenser som erbjuder bredare spektrum (t.ex. 3500 MHz-bandet som har 100 / 120 MHz frekvensbredd per operatör vilket är 5-6 gånger så mycket kapacitet som t.ex. 4G på 2600 MHz och med 3 gånger effektivare frekvensutnyttjande så har totalt ca 15 gånger mer bandbredd än på 2600-bandet)
Men 5G är mycket mer flexibel är 4G och kan dynamiskt anpassas för rådande belastning. Däregenom kunna hantera både många samtidiga devicer och stora datamänger nät det behövs.
5G är unik på så sätt att den kan delvis köras parallellt på samma frekvens som aktiva 4G basstationer.
Till skillnad från 4G så är 5G tänkt att användas på frekvenser upp till 52 GHz.
5G är också dimensionerat för betydligt fler anslutna enheter. Räkna med att du kan ha ca 500 gånger så många anslutna enheter per km² i ett 5G nät som ett 4G nät. 5G nätet är därför bättre förberett för Internet of things där allt är uppkopplat.
Läs mer om NR (New Radio) / 5G frekvensband
Läs mer om LTE / 4G frekvensband
Läs mer om våra svenska mobiloperatörer och deras band / frekvenser
