Elämme aikakautta, jolloin elämä ilman matkapuhelinta tuntuu vähintäänkin hyvin epätavalliselta. Ericssonin raportin (Ericsson Mobility Report Nov 2019) mukaan vuoden 2019 kolmannella neljänneksellä oli noin 8 miljardia matkapuhelinliittymää, mikä voi tarkoittaa, että maailmassa saattaa olla jo nyt enemmän matkapuhelinliittymiä kuin ihmisiä. Kun kaikki alkoi 1980-luvun alussa, matkapuhelimet olivat enemmänkin ylellisyyshyödyke niille meistä, joiden piti soittaa tärkeitä puheluita ollessaan liikkeellä. Meillä oli tuolloin vielä kiinteitä puhelimia, mutta liikkuvuuden kysyntä kasvoi johdonmukaisesti 80-luvun alun pelkästä puheviestinnästä nykyään lähes kaikkiin viestintämuotoihin. Älypuhelinten tulo on ollut todellinen käänteentekevä tekijä, joka muutti matkapuhelimemme minitietokoneiksi, joissa äänipuhelut ovat vain yksi monista käytettävissä olevista vaihtoehdoista.

Matkapuhelinten kehittyminen on ehkä ollut itsestään selvä osa, mutta kaiken tämän on mahdollistanut koko matkaviestinnän ekosysteemin tekninen kehitys. Matkaviestinverkoissa on tehty merkittäviä parannuksia, joilla on voitettu keskeisiä haasteita, jotka liittyvät valmiuksiin, laatuun ja turvallisuuteen, niiden perustamisesta lähtien. Ne ovat kehittyneet jatkuvasti 1980-luvun alun ensimmäisen sukupolven (1G) matkaviestinverkoista nykyiseen viidenteen sukupolveen (5G). Voit lukea lisää 5G:stä toisesta postauksesta klikkaamalla tätä linkkiä.

Oliko matkaviestinverkot aina digitaalisia?

Nykyaikana matkapuhelinoperaattorit ja muut viestintäpalvelujen tarjoajat käyttävät sanaa “digitalisointi” melko usein. Kun 5G-verkot ovat jo saatavilla ja ne voivat mahdollisesti digitalisoida monia toimialoja, on vaikea kuvitella aikaa, jolloin matkaviestinverkot itsessään eivät olisi olleet digitaalisia. Ensimmäisen sukupolven matkaviestinverkot (1G) olivat analogisia, ja niissä käytettiin FDMA:ta (Frequency Division Multiple Access) langattomien yhteyksien mahdollistamiseksi. Matkaviestinverkkojen digitaalinen aikakausi alkoi 90-luvun alussa, kun käyttöön otettiin toisen sukupolven (2G) verkot, jotka olivat turvallisempia. Keskeiset teknologiat, jotka mahdollistivat 2G:n, olivat GSM (Global System for Mobile Communications) ja D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone System). Voit lukea lisää digitaalisista ja analogisista verkoista tästä postauksesta.

2G

Matkapuhelinverkkojen toinen sukupolvi (2G) toi käyttöön kaksi uutta liittymätekniikkaa TDMA (Time Division Multiple Access) ja CDMA (Code Division Multiple Access). Yksinkertaisuuden vuoksi liittymätekniikka on se, joka yhdistää matkapuhelimen matkaviestinverkkoon lähettämällä ja vastaanottamalla signaaleja langattomasti ilmarajapinnan kautta.

GSM oli laajimmin käytössä oleva standardi toisen sukupolven matkaviestinverkoissa. Se käytti FDMA:n ja TDMA:n yhdistelmää matkaviestintäpalvelujen tarjoamiseen. GSM:ssä käytettävissä oleva taajuusspektri jaetaan ensin pienempiin taajuuskanaviin ja sitten edelleen aikaväleihin perustuen. GSM-verkkojen alkuperäinen taajuuskaista oli 890 MHz-915 MHz nousukanavaa varten ja 935 MHz-960 MHz laskukanavaa varten. Tämä taajuuskaista tunnetaan nimellä Primary GSM band tai P-GSM. Ensisijaista GSM-taajuusaluetta laajennettiin myöhemmin lisäämällä 10 MHz sekä nousu- että laskulinkkiin.

GPRS eli General Packet Radio Service oli nykyiseen GSM-verkkoon tehty parannus, jonka tarkoituksena oli tarjota mobiilidatapalveluja tehokkaasti. GPRS pystyi tarjoamaan jopa 171,2 kbps:n huippunopeuden. Myöhemmin tuli toinen parannus nimeltä EDGE (Enhanced Data for Global Evolution), joka nosti downlink-piikkinopeuden 384 kbps:iin. GPRS:stä käytetään joskus nimitystä 2,5G ja EDGE:stä 2,75G. Voit tutustua GSM:ään tarkemmin GSM:ää käsittelevässä postauksessamme klikkaamalla tästä.

Se on edelleen saatavilla GSM-puhelimia, vaikka niiden ensimmäisestä käyttöönotosta on kulunut lähes 30 vuotta. Jos ajattelet GSM:ää matkapuhelinten näkökulmasta, sinun kannattaa hankkia mikä tahansa älypuhelin, joka tukee 2G/3G/4G:tä. Mutta jos ajattelet GSM:ää vaihtoehtona kiinteälle puhelimelle, voit edelleen hankkia hienon näköisen GSM-puhelimen ja käyttää sitä kotipuhelimena äänipuheluihin. Easyfone tarjoaa erästä GSM-puhelinta, jossa on latausteline ja joka näyttää lähes langattomalta puhelimelta. Koska kyseessä on GSM-puhelin, voit ottaa sen mukaan kodin ulkopuolelle ja jopa matkustaa sen kanssa ilman huolta yhteyden katkeamisesta niin kauan kuin GSM-peitto toimii. Löydät tämän puhelimen Amazonin verkkosivuilta täältä tai Amazon UK:n verkkosivuilta täältä.

D-AMPS eli Digital AMPS oli toinen 2G-standardi, joka myös käytti FDMA:n ja TDMA:n yhdistelmää ilmarajapinnassa. D-AMPS:n ajoitus oli samanlainen kuin GSM:n eli 1990-luvun alussa. D-AMPS käyttää viestintään samaa taajuuskaistaa kuin sen 1G-vastine AMPS (Advanced Mobile Phone System), joka on 824 MHz – 894 MHz. Voit lukea lisää D-AMPS:stä ja AMPS:stä omassa postauksessamme täällä. Samaan aikaan otettiin käyttöön kolmas tekniikka nimeltä Interim Standard 1995 (IS-95), joka käytti CDMA:ta (Code Division Multiple Access) ilmaliitäntänä. Yksityiskohtaiset tiedot IS-95:stä löytyvät tätä aihetta käsittelevästä postauksestamme täällä.

3G

Kolmannen sukupolven matkaviestinverkoilla (3G) on ollut kaksi keskeistä kehityslinjaa, ja molemmat niistä perustuivat CDMA:han (Code Division Multiple Access). Ensimmäinen raide oli UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems), jota käytettiin GSM-verkkojen siirtämisessä 3G:hen. Toinen raide oli CDMA2000, joka mahdollisti IS-95:n (cdmaOne) sekä D-AMPS:n siirtymisen 3G:hen.

UMTS perustui laajakaistaiseen koodijakomonipulttiliittymään (Wideband Code Division Multiple Access, WCDMA), ja se pystyi tarjoamaan jopa 2 Mbit/s:n huippunopeuksia alaspäin. Koska GSM:ssä, GPRS:ssä ja EDGE:ssä käytettiin eri radiotekniikkaa, UMTS:ään siirtyminen edellytti radiotukiasemien päivittämistä WCDMA:ta tukeviksi. UMTS-verkoissa käytettiin samaa pakettikytkentäistä lähestymistapaa kuin GPRS:ssä ja EDGE:ssä, ja niissä käytettiin SGSN:ää ja GGSN:ää runkoverkossa mobiilidatapalvelujen tukemiseen. Koska UMTS-verkot suunniteltiin GSM-verkkojen rinnakkaiseloa varten, ne integroitiin hyvin yhteen sen varmistamiseksi, että tekniikoiden väliset vaihdot (IRAT – Inter Radio Access Technology) olivat mahdollisia. WCDMA-pohjaisten UMTS-verkkojen korkean tason arkkitehtuuri näkyy alla olevassa kaaviossa. Jos olet kiinnostunut WCDMA-verkkojen yksityiskohtaisesta suunnittelusta, suosittelemme lukemaan WCDMA Design Handbook -käsikirjan Amazonin verkkosivuilta täältä tai Amazon UK:n verkkosivuilta täältä.

Asiakkaille tämä tarkoitti uusia 3G/UMTS-ominaisuuksiin kykeneviä matkapuhelimia, jotka kykenivät tukemaan uutta liityntäyhteystekniikkaa sekä UMTS-verkkojen käyttämiä uusia taajuuksia. Aivan kuten GPRS- ja EDGE-tekniikat otettiin käyttöön GSM:n parannuksina, HSPA (High-Speed Packet Access) otettiin käyttöön UMTS-verkkojen parannuksena. Tässä parannuksessa keskityttiin 3G-verkkojen tiedonsiirtonopeuksien kasvattamiseen entisestään. HSPA on yhdistelmä HSDPA:sta (High-Speed Downlink Packet Access) ja HSUPA:sta (High-Speed Uplink Packet Access). Se voi tarjota jopa 14,4 Mbps:n ja 5,76 Mbps:n huippunopeuden downlink- ja uplink-nopeuden. HSPA+:n myötä nämä nopeudet ovat nousseet 42 Mbit/s:iin ja 11,5 Mbit/s:iin. Jos kaipaat lisätietoja HSPA:sta ja HSPA+:sta, voit tutustua aiheelle omistettuun postaukseemme klikkaamalla tästä.

Jos haluat saada nopean yhteenvedon UMTS-verkoista, tutustu tähän kolmeminuuttiseen videoon.

Kahden muun 2G-teknologian, D-AMPS:n ja IS-95:n, 3G-siirtyminen noudatti eri reittiä ja käytti CDMA2000:ta. CDMA2000, joka tunnetaan myös nimellä CDMA2000 1xRTT tai IS-2000, on aikaisemman standardin IS-95 (cdmaOne) seuraaja, ja se tarjoaa 3G-matkaviestintäpalveluja IMT2000:n (International Mobile Telecommunication specifications for the year 2000) mukaisesti. CDMA2000 on taaksepäin yhteensopiva edeltäjänsä IS-95:n kanssa, joten siirtyminen IS-95:stä CDMA2000:een on helppoa ja saumatonta. Se käyttää samaa 1,25 MHz:n kaistanleveyttä ja on sekä piiri- että pakettikytkentäinen. Aivan kuten HSPA otettiin käyttöön UMTS-verkkojen tiedonsiirtonopeuksien parantamiseksi, CDMA2000:ssa otettiin käyttöön EVDO (Evolved Data Optimized) -tekniikka suurempien tiedonsiirtonopeuksien tarjoamiseksi. EVDO voi tarjota jopa 14,7 Mbps:n ja 5,4 Mbps:n huippunopeuksia alas- ja ylöspäin. Jos olet kiinnostunut, voit tutustua IS-95:tä ja CDMA2000:ta käsittelevään kirjoitukseemme klikkaamalla tästä. Meillä on myös viesti EVDO:sta, jonka löydät täältä.

4G

Mobiiliverkkojen neljännen sukupolven (4G) mahdollisti uusi tekniikka nimeltä LTE, joka on lyhenne sanoista Long Term Evolution eli pitkäaikainen evoluutio. LTE on 4G-siirtymäpolku keskeisille 3G-tekniikoille, kuten Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) ja CDMA2000. Toinen tekniikka WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) voi myös tarjota 4G-päivityspolun, mutta LTE on ollut ensisijainen tekniikka, jota on käytetty maailmanlaajuisesti 4G-verkkojen käyttöönotossa.

Toisin kuin GSM:ssä ja UMTS:ssä, LTE:ssä käytetään erillisiä moniliityntäyhteystekniikoita downlinkissä (tukiasemasta matkapuhelimeen) ja uplinkissä (matkapuhelimesta tukiasemaan). Se käyttää ortogonaalista FDMA:ta (OFDMA) downlinkissä ja yhden kantoaallon FDMA:ta (SC-FDMA) uplinkissä. LTE on paljon tehokkaampi kuin aiemmat 3G-tekniikat, ja se myös vähentää tiedonsiirron viivettä. Saavutettavissa olevat tiedonsiirtonopeudet riippuvat siitä, mistä LTE-versiosta on kyse, mutta seuraavat huipputason tiedonsiirtonopeudet voidaan saavuttaa:

• LTE – jopa 300 Mbit/s downlinkissä
• LTE Advanced – jopa 1 Gbit/s downlinkissä
• LTE Advanced pro – jopa 3 Gbit/s downlinkissä

Kuten ehkä ajatteletkin, nämä nopeudet eivät ole lähes koskaan saavutettavissa tosielämässä, koska ne ovat huippunopeuksia. Katso tästä postauksesta todelliset keskinopeudet, joita voit saada 4G LTE -verkoissa.

Voit lukea lisää LTE:stä omasta postauksestamme klikkaamalla tästä. Jos etsit LTE Advanced -verkosta syvällistä tietoa, suosittelemme LTE-Advancedia: A Practical Systems Approach to Understanding 3GPP LTE Releases 10 and 11 Radio Access Technologies. Löydät tämän kirjan Amazonin verkkosivuilta täältä tai Amazon UK:n verkkosivuilta täältä.

Yhteenvetona voidaan todeta, että GSM-, UMTS- ja LTE-verkot edustavat vastaavasti matkaviestinverkkotekniikoita, jotka ovat tyypiltään 2G, 3G ja 4G. GSM on lyhenne sanoista Global System for Mobile Communications (maailmanlaajuinen matkaviestintäjärjestelmä), UMTS on lyhenne sanoista Universal Mobile Telecommunications System (yleinen matkaviestintäjärjestelmä) ja LTE on lyhenne sanoista Long Term Evolution (of Mobile Networks). GSM käyttää TDMA:ta ja FDMA:ta ilmarajapinnassaan, UMTS käyttää WCDMA:ta ja LTE käyttää OFDMA:n ja SC-FDMA:n yhdistelmää.

Joissakin tämän postauksen linkeissä on “affiliate-linkkejä”, linkki, jossa on erityinen seurantakoodi. Tämä tarkoittaa, että jos napsautat affiliate-linkkiä ja ostat kohteen, saatamme saada affiliate-palkkion ilman lisäkustannuksia sinulle.

Commsbrief Limited osallistuu Amazon Services LLC Associates -ohjelmaan, joka on affiliate-mainontaohjelma, jonka tarkoituksena on tarjota sivustoille keino ansaita mainospalkkioita mainostamalla ja linkittämällä Amazon.comiin ja Amazon.co.ukiin.