Feature

Stor guide: Fra NMT til 3G og 5G

Det har skjedd mange usannsynlige ting de siste 20 årene.

Denne artikkelen ble første gang publisert i januar 2014.

Undertegnede husker godt biltelefonen i min fars Opel Kadett Sedan og senere i Volvo 240. Biltelefonen var sjelden i bruk, kanskje fordi det var dyrt å bruke den, men den kunne sikkert være kjekk å ha tilgjengelig i bilen på nordnorske vinterveier. Dette må ha vært på slutten av åttitallet og/eller tidlig på nittitallet.

Ingen eller veldig få ville på den tiden tenkt at mobiltelefoner sannsynligvis ville bli utstyrt med fargeskjermer i fremtiden. Eller kamera. Eller e-postklient. Eller spill. Eller... Ja, du skjønner poenget. Mobiltelefonen var revolusjonerende nok i seg selv, og veldig nyttig. Man kunne ringe dersom det gikk et snøras, eller dersom det hadde skjedd en bilulykke. Det var vanskelig å tenke seg at fargeskjermer kunne være nyttig til noe som helst, hvis de nå er det da.

NMT-telefoner var gjerne biltelefoner, kofferttelefoner eller ryggsekktelefoner, altså med begrenset mobilitet. Men etter hvert kom det også håndholdte NMT-telefoner, som Motorola International 3200. I Norge ble NMT-nettet åpnet i 1981.

Her kan du se en video fra da vi besøkte Norsk Telemuseum for å se på gamle NMT-klosser »

NMT, som står for Nordisk Mobiltelefonisystem, var et helautomatisk system der overføring av lyd skjer ved FM-modulasjon, analogt og ukryptert. Man trengte ikke å sveive og bli koblet over av en telefonoperatør, men kunne likevel bli avlyttet.

Radiokommunikasjonen foregikk først kun i frekvensbåndet 450 MHz. Dette er veldig lave frekvenser i forhold til dagens mobilnetteknologier, med den fordelen at signalene når langt og gjennomtrenger vegger og andre hindringer bedre enn høye frekvenser. Men i Oslo, der det var mange brukere, ble det fort overbelastet. Derfor bygde man NMT-900, med frekvenser i 900 MHz-båndet, i tettbygde strøk. Høyere frekvenser gir god kapasitet i et mindre geografisk område.

Den store nordiske mobilsuksessen – GSM

Torleiv Maseng begynte å jobbe i SINTEF i 1981, samme året som NMT ble åpnet. Maseng omtales gjerne som GSM-ens far. Fra SINTEF ble han leid ut til et prosjekt hos Televerket og tilsvarende monopolister i de andre nordiske landene. De ville lage et nytt nordisk mobiltelefonisystem som skulle erstatte NMT.

I Europa for øvrig tenkte man også samme tanken. Organisasjonen for teleselskaper i Europa, CEPT, hadde tatt initiativ til et felleseuropeisk prosjekt for å finne et nytt mobiltelefonisystem. I 1987 hadde en rekke land blitt enige om å bruke den standarden som CEPT valgte. Dette skulle utvikle seg til en konkurranse mellom åtte systemer fra de fem deltakerlandene Norge, Finland, Sverige, Frankrike og Tyskland.

Det systemet som ga mest båndbredde og som var best i stand til å håndtere forstyrrelser skulle vinne.

Ess i ermet

Det ble sagt at det Nordiske systemet hadde liten sjans i konkurransen mot de store aktørene, men Maseng og kollegaene hadde gjort godt forarbeid.

Når et mobilnett har høy båndbredde, blir det mange forstyrrelser på steder der signalene reflekteres mye – som i urbane miljøer og stedet med topografiske utfordringer. Ved lav båndbredde er det problemer med at signalene ligner for mye på ekko, og dermed siles ut. En viktig utfordring var å få båndbredden på rett nivå.

Vanskelig topografi reflekterer signalene. Det påstås at det fransk-tyske systemet var laget for flatere landskaper, og ville krevd langt flere antenner og basestasjoner for å fungere godt i Norge.

Det var bare det nordiske teamet som klarte å variere båndbredden samtidig som de leste av signalet. På den måten fant de den optimale båndbredden, med god hjelp fra superdatamaskinen Cray som Norges tekniske høgskole kjøpte inn i 1986.

Og dermed vant det nordiske systemet konkurransen, og barnet ble hetende GSM. Det er et digitalt system, i motsetning til det analoge NMT. Dette åpner for bedre talekvalitet og bedre sikkerhet mot avlytting, i tillegg til dataoverføring og en rekke andre tjenester. Gjennom 90-tallet skulle GSM ta over for NMT.

God lyd og nye tjenester

Signaleringer over radiostrekningene er basert på ISDN, og dette gir bedre talekvalitet enn i det analoge NMT-systemet. Men talen tar mye plass, og etter hvert som GSM-telefoner ble veldig populære lagde man en mindre plasskrevende algoritme for å oversette stemmer til digitale signaler. Det opprinelige var Full-rate (FR), men nå fins også Half-rate (HR) som brukes der det er trangt om plassen. Det gir litt dårligere talekvalitet når nettet belastes mye.

I dag brukes det en videreutviklet variant av FR, EFR (Enhanced full rate), som sørger for talekvalitet er tilnærmet det du får i fasttelefonen. I HR-modus kan UMTS-nettet vi skal snakke om senere bedre talekvaliteten.

SMS var en artig liten tilleggstjeneste som ble lagt til i GSM-systemet, nesten bare for moro skyld. Norge var nummer to i verden som innførte det i sitt kommersielle GSM-nett – i juni 1993. Kun Los Angeles hadde SMS-funksjonalitet i mobilnettet før oss.

GSM-nettet opererte først bare i 900 MHz-båndet, men båndet ble raskt overbelastet mange steder. I tettbygde strøk begynte man derfor å bygge ut dekning i 1800 MHz-båndet. De lave frekvensene sørger for lang rekkevidde, mens de høye frekvensene sørger for god kapasitet over korte avstander.

Krypteres mot avlytting – men godt nok?

Med digitale signaler i stedet for analoge, kan man låse informasjonen slik at det i praksis ikke er mulig å lytte på telefonsamtalen din ved hjelp av signalene som sendes gjennom luften. Informasjonen krypteres med en matematisk nøkkel. Lenge har det vært A5/1-kryptering i GSM-nettet, med en nøkkellengde på 54 bits i praksis (64 bits med ti nuller på slutten).

Aftenposten har nylig bragt ny informasjon på banen om hvorfor nøkkellengden ble så kort. Britene skal ha presset på for å holde sikkerheten nede. De ville nemlig ikke at et spesifikt asiatisk land skulle ha muligheten til å ikke bli overvåket.

Fortsatt er det A5/1-krypering hos NetCom i GSM-nettet, mens Tele2 og Telenor bruker A5/3 med 128 bits kryptering. Det er uvisst om NSA har anledning til å avlytte A5/3-krypterte samtaler, men det er lite sannsynlig, ifølge Aftenposten.

Les mer hos Aftenposten »

HSCSD åpner for “multitasking”

I vanlig GSM fikk du en hastighet på 9,6 kbps hvis du koblet mobilen mot internett, på modem-vis. Hver bruker hadde også bare én kanal tilgjengelig. Når du snakket i telefonen eller når du surfet over GSM brukte du denne ene kanalen, og du betalte for den tiden du brukte kanalen.

Etter hvert åpnet teknologien High speed circuit switched data (HSCSD) for å bruke flere kanaler. Det åpnet for høyere nedlastingshastigheter – inntil 40 kbps ned og 28,8 kbps opp, og det åpnet for tjenester som “samtale venter”. Fortsatt betalte du “tellerskritt” for hver kanal når mobilen skal kommunisere med basestasjoner. Den såkalte linjesvitsjingen ble mer avansert.

I 1999 wappet vi

Det var nå 200 millioner mobilbrukere på verdensbasis. WAP var fremtiden, trodde man. Kanskje ikke så rart, ettersom man også trodde at biler og andre elektriske og elektroniske dingser kom til å slutte å fungere på grunn av mange nuller klokken 00:00:00 den 01.01.2000. Fra spøk til alvor, det var ennå fire år til fargeskjermen skulle bli vanlig vanlig, og det å lese HTTP-sider på en mobiltelefon var en veldig futuristisk tanke. Det virket rett og slett uoppnåelig.

WAP-telefonen Nokia 7110 kostet 9000 kroner på et tidspunkt.Foto: Finn Jarle Kvalheim

WAP-protokollen gjorde det mulig å surfe på forenklede mobiltilpassede nettsider som det i starten fantes veldig få av. Kanskje husker du den første WAP-telefonen, Nokia 7110. Ja, WAP var virkelig det store. Faktisk fikk start.no og wapland.no selveste Arve Juritzen som konferansier når årets wap-priser skulle kåres. Gullwappen het arangementet, og det ble kåret årets beste wapside, beste portal, beste nyhetstjeneste, beste nyttetjeneste og en rekke andre priser.

I 1999 skrev DinSide at store deler av kommunikasjonsmarkedet ser på WAP som fremtidens stor-teknologi for det trådløse markedet, og at store krefter jobbet for at WAP skulle bli den dominerende protokollen for denne type kommunikasjon, på samme måte som IP ble det for Internett.

VG Nett kunne på sin side konstatere at å vise frem WAP-telefonen var et dårlig sjekketriks, fordi man ble sittende og trykke og trykke... Journalisten skulle bare visst...

Undertegnede wappet litt med Siemens M35 (ekstern lenke), den gule telefonen som ellers var prikk lik den langt mer populære Siemens C35 (ekstern lenke), men savner det egentlig ikke. Ordet, derimot – å wappe. Kanskje det burde gjenintroduseres, og erstatte "mobilsurfe" og slikt?

GPRS gjorde wapping raskere

Året var 2000, og det var 300 millioner mobilbrukere i verden. General packet radio service heter teknologien som skulle sette fart på wappingen. I Norge ble GPRS introdusert tidlig i 2001.

Når mobilen var på internett, kunne du lese e-post og wappe nesten hvor som helst.

GPRS står for General packet radio service, og er en integrert del av GSM. Her brukes det også flere kanaler, men kanaler kunne i dette nye systemet også være reservert mens du ikke bruker dem – og uten at du betaler for dem. Med GPRS betalte du i stedet for den akkurat den dataen som ble overført.

I tidlige tider for GPRS var det mange som lurte på om GPRS-ikonet øverst på mobilskjermen kunne føre til høye mobilregninger, men det betydde altså bare at mobilen din var klar til å sende og motta pakker. Mobiltelefonene i den tiden kunne ikke gjøre flere oppgaver samtidig, så det var ingen widgeter som gjorde uante ting i bakgrunnen – slik de driver med nå for tiden.

Antall nedlastingskanaler, eller tidsluker, er det som bestemmer hastigheten i GPRS. Hver tidsluke kan for eksempel gi 20 kbps hastighet, og for GPRS klasse 10 med 3+2 tidsluker får du typisk 60 kbps nedlastingshastighet og 40 kbps opplastingshastighet.

MMS-nasjonen Norge

MMS-telefonen Sony Ericsson T68i.

Vi nordmenn sendte flest MMS i verden, og i 2008 brukte over 84 prosent av mobilabonnentene i Norge MMS. Etterpå tok kineserne over. Fortsatt nå i 2014 sender vi stadig MMS, men tallet går ned. Facebook, Instagram, Snapchat og andre sosiale tjenester tar sakte, men sikkert over en større andel av julekortene og sydenbildene vi sender. I 2002 var det 600 millioner mobilbrukere i verden.

Fargeskjermen begynte såvidt å få fotfeste, og mange kjenner Sony Ericsson T68i som den telefonen som bragte MMS på banen i Norge. Amobil er akkurat for ungt til å ha testet denne telefonen, men vi har skrevet en retrotest av Ericsson T68 som var i praksis den samme telefonen uten MMS-funksjonalitet.

EDGE – høy hastighet i hele nettet

Enhanced data rates for GSM evolution (EDGE) eller Enhanced general packet radio service (EGPRS) var enda en oppgradering som bare krevde ekstrautstyr til eksisterende GSM-basestasjoner, og det var derfor relativt lett å bygge ut EDGE-dekning i hele Norge. Nye transcievere og litt programvareoppgradering var det som skulle til.

EDGE sørget for flere bits per radiokanal og dermed høyere ytelse enn med GPRS. I dag er det dekning for EDGE overalt der det er dekning for GPRS, og EDGE støttes av praktisk talt alle telefoner. Slik har det ikke alltid vært. Faktisk manglet mange av Sony Ericssons proffe 3G-telefoner EDGE-støtte, noe som var frustrerende utenfor bykjernene.

Norge var trege med 3G

UMTS var det nye som skulle gi enda raskere mobilsurfing – ja til og med videosamtaler skulle være mulig over denne nye teknologien som skulle utfylle GSM-nettet. UMTS ble populært kalt 3G, fordi det var et tredje generasjons mobilnett. Det var ikke bare en oppgradering av GSM (2G), slik som GPRS, men noe helt nytt.

Dermed kreves det helt ny infrastruktur. UMTS brukte radiokommunikasjonssystemet Wideband code division multiple access (W-CDMA), som skal gi høyere båndbredde og effektivitet. Datamengden kommer i pakker. Hvis det er mye ledig kapasitet, er pakkene store. Hvis det er liten ledig kapasitet, er pakkene små – og du opplever lav hastighet.

3G-mobilen K600i har et kamera som vender mot deg, for videosamtaler over 3G.

I Norge var det først rundt årtusenskiftet 2004-2005 at vi fikk 3G. Frekvensbåndet er 2100 MHz, og dermed var det bare byene som først fikk 3G-dekning. På denne tiden jobbet undertegnede hos en Telenor-forhandler i Narvik, og husker godt de enorme reklameplakatene for Sony Ericsson K600i. Dette var 3G-telefonen Telenor frontet hardt, spesielt med tanke på mobil-TV i forbindelse med et eller annet OL-arrangement.

Hastigheten på 384 kbps åpnet altså for mobil-TV, men de fleste bruker mobiltelefonen mer interaktivt og mobil-TV har ikke vært det helt store her til lands.

Hastighetene øker og øker

I 2005 var det 1500 millioner mobilbrukere i verden. Fargeskjermene hadde definitivt kommet for å bli (i motsetning til det mange trodde), og var i tillegg gode nok til å vise detaljerte bilder. Kameraene begynte nå å knipse i oppløsninger på over en megapiksel. Du husker kanskje Sony Ericsson K750i eller Siemens S65?

Mobilnettet måtte holde følge, og neste steg var HSPA, som igjen er en utvidelse av W-CDMA-protokollene. Super-3G ble det mer folkelige navnet. Først var det 14 Mbps nedlastingshastighet og 5,76 Mbps opplastingshastighet, men senere kom støtte for noe høyere hastigheter.

2008 var året for HSPA+, som er en videre oppgradering av 3G-nettet. Det begynte på rundt 42 Mbps, men etter hvert har hastighetene økt noe.

Raskere enn internettlinjen hjemme

LTE (Long Term Evolution) ble den neste store oppgraderingen – populært kalt 4G. NetCom lanserte 4G allerede i 2009. Telenor ventet helt til oktober 2012 med å spille opp til neste generasjon, selv om de lenge hadde bygget på infrastrukturen.

Når du snakker i telefonen over LTE, bruker du ikke en reservert kanal som du holder på helt til du legger på røret slik som i NMT, GSM og UMTS – såkalt linjesvitsjing. I stedet brukes det pakkesvitsjing også for mobilsamtaler, på samme måte som internettsystemene. Mobilsamtaler over LTE-nettet blir altså IP-telefoni, på samme måte som Skype.

Dette byr på utfordringer for at du skal kunne ha en sømløs samtale mens du og motparten beveger dere fra basestasjon til basestasjon for eksempel ved å kjøre bil, og i tillegg har forskjellige operatører. Her må ting standardiseres, men operatørene nærmer seg stadig en løsning.

LTE er inntil ti ganger raskere enn 3G-nettet. I teorien kan du laste ned filer i 100 Mbps, eller laste opp filer i 50 Mbps. Gjennom LTE får du dermed ofte raskere internetthastighet enn du har på bredbåndslinja hjemme. På grunn av potensielle kapasitetsproblemer i mobilnettene må du likevel belage deg på å ha internett i veggen hjemme i stedet for trådløst.

Nå kan du koble PC-en til en 4G-enhet for å få rask internettilkobling.

LTE-nettet bruker i all hovedsak frekvenser rundt 2 600 MHz, og noen steder 1 800 MHz. En så høy frekvens gir stor kapasitet over et begrenset område, men det trengs mange basestasjoner for å gi god dekning og det kan være utfordrende å bygge 4G i distriktene. I tillegg kan så høye frekvenser ha vanskelig for å trenge gjennom vegger. Derfor har operatørene nå også bygget ut i frekvensområdet 800 MHz, frekvenser som tidligere ble brukt til å formidle analoge TV-signaler. Disse frekvensene rekker lenger, slik at man kan få god dekning over store arealer uten å sette basestasjonene tett. Og signalene skal gi bedre 4G-dekning innendørs. Dette sendeutstyret vil bli skrudd på gradvis utover våren 2014, så snart de nødvendige tillatelsene fra myndighetene er gitt.

Fremtiden

LTE-Advanced

LTE-Advanced er sakte, men sikkert på vei. Dette er en videreutvikling av LTE, og gjør det mulig å slå sammen flere kanaler. Teknologien åpner også for bruk av flere antenner og basestasjoner. Det jobbes for fullt med teknologien, og den testes i skrivende stund en rekke byer i verden.

Gjennom denne artikkelen fremtrer det et tydelig mønster. 2G – oppgraderinger – 3G – oppgraderinger – 4G – oppgraderinger. En ny generasjon mobilnett har dukket opp omtrent hvert tiende år siden NMT ble introdusert i 1981. Det spekuleres derfor i at det kan være godt under 10 år til 5G kommer.

5G kan gi bedre dekning og mindre batteribruk

"Beyond 2020 mobile communications technologies", kalles gjerne neste generasjons mobilnett, og det sier også noe om tidsaspektet. Vi vet ingenting om spesifikasjoner i 5G-nettene ennå, ettersom ingenting er spesifisert fra noe offisielt hold. Foreløpig har det heller ikke blitt igangsatt noe internasjonalt 5G-utviklingsprosjekt.

Det er fra forskning at industrien kan foreslå elementer inn til 5G. En rekke relevante forskningsrapporter har blitt belyst som interessante i så måte, og ved å anta at industrien for øvrig også synes det kan man spekulere i hva vi kan få se av et femte generasjons mobilnett om trolig seks år eller mer.

Forskningsrapportene som er belyst på Wikipedia i skrivende stund går på høyere antall samtidig tilkoblede enheter, høyere datavolum per areal, lavere batteribruk, bedre dekning, høyere hastighet i større deler av dekningsområdet, kortere ventetider (latencies), flere støttede enheter, lavere kostnader for infrastrukturen, mer allsidighet og skalerbarhet eller høyere pålitelighet.
På bakgrunn av hvilke frekvenser som er ledige går spekulasjoner mot at det ikke vi ikke får se betydelig økt båndbredde i det nye 5G-nettet, men flere av de andre mulige 5G-funksjonene vil kunne komme brukerne til gode kanskje vel så mye som en hastighetsøkning.

Les også om hvordan de bygger 4G i T-banetunnelene »

Les også
Vi oppnådde nesten 300 Mbps i NetComs nye nett
Les også
Her er trikset som gir deg bedre mobildekning
Les også
Har du hatt en dårlig opplevelse med mobildekning?
Les også
Dette nyttige leketøyet gir deg bedre mobildekning
Les også
Slik startet Nokia-eventyret
Les også
Slik kan Tesla bli verdens batterikonge
Les også
Telenor skrur opp prisene
Les også
Telenor satte rekord da Norge tok OL-gull
Les også
Knebler ytringsfriheten på Internett
Les også
– 5G får tusen ganger bedre kapasitet enn 4G
Les også
Heller smartmobil enn radio under OL
Les også
Se hvordan de redder tapte data fra en mobiltelefon
Les også
I denne byen får alle gratis Internett
Les også
Mobilmerkene som forsvant
Les også
Slik får du topp talekvalitet
Les også
Nå virker tale og SMS via 4G
annonse