NMT vs GSM

1.11.1999

Mikko Nurmi
Markus Sankari
Tik
Teknillinen korkeakoulu
mnurmi@cc.hut.fi
tsankari@cc.hut.fi

Tiivistelmä

Tiedonsiirto langallisissa/langattomissa yhteyksissä voidaan tehdä kahdella tapaa: digitaalisesti(GSM) tai analogisesti(NMT). Analogisessa tiedonsiirrossa tieto välittyy siinä muodossa, kuin se syötettiin lähettävään laitteeseen. Digitaalisessa tiedonsiirrossa tieto taas muutetaan biteiksi lähetyksen ajaksi. Analogisen tiedonsiirron hyviä puolia on laitteiston yksinkertaisuus. Digitaalisen tiedonsiirron etu on siinä, että tieto voidaan vastaanottaa täsmälleen lähetetyn kaltaisena. Esim. digitaalisesti lähetetty ääni on aivan eri luokkaa kuin analogisesti lähetetty. Ja mm. siksi digitaalinen teknolgia on korvannut käyännössä lähes kokonaan analogisen teknologian langattomasa tiedonsiirrossa.

Sisällysluettelo

1 Johdanto

2 Yleisesti langattomasta tiedonsiirrosta

2.1 Analoginen langaton tiedonsiirto

2.2 Digitaalinen langaton tiedonsiirto

3 NMT-tekniikka

3.1 NMT-verkon looginen rakenne

3.2 NMT-verkon tekninen rakenne

4 GSM-tekniikkaa

4.1 GSM-verkon rakenne

4.2 GSM:n kehityksen suunta

5 Langattoman tiedonsiirron tarve

5.1 Ratkaisut langattoman tiedonsiirron tarpeisiin

5.2 Langattoman tiedonsiirron tulevaisuus

6 Langattoman tiedonsiirron historiaa

7 Matkapuhelimet Suomessa

Lähdeluettelo

Lisätietoa

1 Johdanto

 Tarve matkapuhelimille syntyi aluksi talouden ja liike-elämän sekä armeijan vaatimuksista. Heille oli tärkeää matkapuhelimien luottettavuus joka tilanteessa. Nykyään matkapuhelinten pääkäyttö on siirtynyt yksityisille henkilöille ja näin ollen palvelujen hinnat ovat tärkeitä kilpailutekijöitä. Matkapuhelinverkkoja on toteutettu kahdella lähetystavalla: analogisella ja digitaalisella.

2 Yleisesti langattomasta tiedonsiirrosta

2.1 Analoginen langaton tiedonsiirto

 Analoginen tiedonsiirrossa tieto siirretään ilman että sitä muutetaan toiseen muotoon siirron ajaksi. Tiedonsiirtovälineistö on suhteellisen yksinkertaista tehdä, mutta vaurioitunutta signaalia ei voida korjata, ja tieto ei ole salattua. [5]

2.2 Digitaalinen langaton tiedonsiirto

 Digitaalisessa tiedonsiirrossa tieto esitetään binaariaakkostolla {0,1}. Siinä käytettävät laitteet ovat monimutkaisempia ja kalliimpia kuin analogisessa tiedonsiirrossa, mutta tieto voidaan salata tehokkaasti ja signaalien virheenkorjaus mahdollistaa eksaktin tiedonsiirron. Digitaalinen tiedonsiirto käyttää huomattavasti analogista tiedonsiirtoa paremmin hyväkseen käytettävissä olevaa kapasiteettia. Siinä yhdellä taajuudella voi olla useita puheluita, kun taas analogisessa voi olla vain yksi. Näin ollen digitaaliseesa tiedonsiirrossa tarvitaan vähemmän tukiasemia. [4]

3 NMT-tekniikkaa

3.1 NMT-verkon looginen rakenne

 NMT-verkko on automaattinen solukkopuhelinverkkoverkko, joka perustuu hunajakennomaiseen solurakenteeseen. Jokainen tukiasema hulehtii oman solunsa alueen liikenteestä. Solurakennetta voidana muuttaa lisäämällä tukiasemien määrää. Kun tarvitaan enemmän kapasitettia, käytetään pienempää solukokoa, jolloin selvitään pienempitehoisilla puhelimillakin. Käytönnön ratkaisuissa solun halkaisija on 2-30 km luokkaa. Solut ovat pääsääntöisesti kuusikulmion muotoisia,mutta maaston/rakennusten muodot voivat myös suuresti vaihdella solun muotoa (esim. pitkän tunnellin sisällä solun muoto on pitkulainen. NMT-verkon keskus päättää mihin tukiasemaan puhelimen yhteys muodostetaan. Puhelun aikana NMT-puhelin on kerrallaan yhteydessä yhteen tukiasemaan ja varaa tästä käyttöönsä yhden kanavan. Puhelut kulkevat tukiasemalta NMT-verkon keskukseen, josta ne ohjataan edelleen joko yleiseen puhelinverkkoon tai toiseen NMT-puhelimeen. Verkon automatiikka mahdollistaa, että NMT-puhelin voi vaihtaa tukiasemalta toiselle puhelun aikana. [1]

3.2 NMT-verkon tekninen rakenne

 NMT-verkko koostuu kolmesta erityyppisestä komponentista: NMT-puhelimesta, tukiasemasta sekä NMT-keskuksesta. Keskus huolehtii NMT-puheluiden siirtämisestä yleiseen puhelinverkkoon sekä tukiasemien kautta toisiin NMT-puhelimiin. NMT-puhelin on yhteydesä NMT-verkkoon ollessaan jonkun tukiaseman kuuluvuusalueella. NMT-verkosta on olemassa kaksi erillistä versiota, NMT-450 ja NMT-900, jotka eroavat toisistaan ainoastaan käytetyn taajuusalueen ja radiotekniikan osalta. Radiotiellä on varattu omat taajuuskaistansa sekä tukiasemasta puhelimeen että puhelimesta tukiasemaan liikenneöintiä varten. Tämä mahdollistaa kaksisuuntaisen full-duplex liikenteen, jossa yhtä aikaa liikennöidään kummankin suunnan radiokanavalla. Samoja lähetys- ja vastaanottokanavia ei voida käyttää vierekkäisisä soluissa häiriöiden vuoksi. 450 MHz taajuusalueel- la signaalit etenevät paremmin ja pidemmälle. Siitä syystä se soveltuu paremmin harvemmin asutuille alueille, koska tukiasemia ei tarvitse rakentaa niin paljon kuin 900 MHz:n tekniikkaa käytettäessä tarvitsisi. Kuitenkin tiheään asutuilla seuduilla NMT-900 soveltuu paremmin, koska siitä syystä kun sen signaalit eivät etene niin pitkälle, niin pienillä alueilla sillä on käytössä huomattavasti lukuisampia kanavia kuin NMT-450:ssa. Lisäksi NMT-900 on suunniteltu siten,että matkapuhelimissa tarvittavat lähetys tehot ovat pienempiä,joten sen puhelimien akkuja ei tarvitse ladata niin usein kuin NMT-450:ssä. [1]

4 GSM-tekniikkaa

4.1 GSM-verkon rakenne

 GSM-verkko on NMT-verkon tapaan solurakenteista muodostuva verkko. Tekninen rakenne on myös NMT-verkon kaltainen, mutta siinä on lisäksi verkon keskusta tukevia tietojärjestelmiä. Kehittyyneemmän digitaalitekniikkansa vuoksi siinä on mahdollista samalla kuuluvuusalueella olla huomattavasti enemmän puheliyhteyksiä kun kummassakaan NMT-verkossa. Nykyään on käytössä kaksi GSM-verkkoa, GSM-900- ja GSM-1800-verkot. GSM järjestelmän radiotekniikka perustuu laajakspektriseen lähetykseen, taajuushyppelyn ja aikajakomultipleksoinnin käyttöön. Käytetty radiotekniikka mahdollistaa tehokkaan taajuusaluueen käytön ja hyvän immuniteetin monitie-etenemisen aiheuttamille häiriöille. Radioyhteys puhelimesta tukiaseman rakentuu kolmesta kerroksesta: fyysisesta kerroksesta, joka huolehtii bittien siirrosta radioteitse, toisesta kerroksesta, joka huolehtii virhenkorjauksesta ja kolmannesta kerroksesta, joka huolehtii puhelun ohjauksesta, radioresurssien hallinasta ja liikkuvuuden hallinnasta. [1]

4.2 GSM:n kehityksen suunta

 Seuraava askel GSM:stä UMTS:ään (komannen sukupolven matkapuhelinjärjestelmä) on uudet nopeammat datasiirtojärjestelmät: nopea piirikytkentäinen yhteys (HSCSD) ja yleinen pakettikytkentäinen palvelu (GPRS).

Perusidealtaan HSCSD on yksinkertainen. Yhdelle yhteydelle annetaan enemmän kuin yksi aikaväli kehyksestä. Tällöin käytettävät nopeudet ovat 9,6 kbit/s kerrannaisia aina 76,8 kbit/s asti, jolloin käytössä ovat kaikki kahdeksan aikaväliä. Nopeutta pystytään vielä kasvattamaan pakkaamalla lähetettävä data. Lisäksi yhden kanavna nopeus pyritään nostamaan 14,1 kbit/s. [2]

Datasiirto on usein luonteeltaan hyvin purskeista, varsinkin jos kyseessä ovat Internet-palvelut, esimerkiksi sähköpostiohjelmien käyttö. Piirikytkentäisessä verkossa radiotie on koko ajan varattu käyttäjän puuhaillessa esimerkiksi sähköpostiohjelmansa kanssa, vaikka dataa siirtyy yhteyden aikana vähän. Pakettikytkentäisyys tarkoittaa tietyn liikennekanavan varaamista vain varsinaisen datasiirron ajaksi. GPRS käyttää pakettikytkentäistä yhteyttä sekä nopeaan että hitaaseen datasiirtoon. Tällöin samalla liikennekavalla voi olla monta yhtäaikaista käyttäjää. GPRS:ssä on myös kiinnitetty huomiota mahdollisimman tehokkaaseen signalointiin ja siten hyötydatan suhdetta on saatu parannettua. [2]

5 Langatoman tiedonsiirron tarve

Aluksi varsinkin armeija kiinnostui menetelmistä, joilla voi siirtää tietoa langattomasti yksiköiden välillä. Myöhemmin myös talous- ja liike- elämä kiinnostuivat siitä, että oli tapa (matkapuhelin), jolla yksikölle tärkeät ihmiset voitiin pitää kokoajan tavoitettavissa (ja tavoitettavissa mielellään linjalla , jota ei voitu salakuunnella). Mutta jo ennen matkapuhelimien keksimistä radio oli tärkeä väline valtiolle, sillä sen avulla valtio pystyi neuvomaan helposti suuria joukkoja kriisi-tilanteessa. Ja nykyäänkin voidaan langaton tiedonsiirto jakaa kahteen luokkaan: interaktiiviseen (esim. GSM-puhelu) ja ei interaktiiviseen tiedonsiirtoon (esim. radio).

5.1 Ratkaisut langattoman tiedonsiirron tarpeisiin

 Radio-aaltojen keksimisen jälkeen kaikki tiedonsiirto oli analogista tekniikan alkeellisuuden takia. Ja mm. kun armeija antoi käskyjä yksiköilleen,se antoi käskyt koodikielellä ettei vihollinen ymmärtäisi mitä sanottiin. 60-80-luvuilla kehitettiin matkapuhelin järjestemät. Alkuun puhelimet toimivat analogisesti, mutta digitaalisen tekniikan kehittymisen myötä 90-luvulla otettiin käyttöön GSM-verkko(digitaalinen-verkko) ja se on pikku hiljaa osoittanut huomattavasti analogista verkkoa paremmaksi salaus menetelmiensä ja kehittyneen virheenkorjaus kykynsä ansiosta, ja NMT-verkko häipynee matkapuhelin markkinoilta piakkoin. Kuitenkin mm. radion ja tv:n tiedon siirto tapahtuu yhä pääsiassa analogisesti, sillä niissä ei ole tarvetta tiedon salaukseen ja yleensä tv:t ja radiot ovat niin lähellä lähetysasemaa ettei signaali vääristy liian paljon.

5.2 Langattoman tiedonsiirron tulevaisuus

 Tulevaisuudessa kuitenkin tekniikan kehittyessä digitaaliset laitteet tulevat luultavasti yhä halvemmiksi ja lopulta analogisuus hävinnee lopulta lähes kokonaan langattomasta tiedonsiirrosta, ja digitaalisuus jää pääasiassa ainoaksi tiedonsiirtomuodoksi.
(Esimerkiksi Suomessa on jo kehitteillä digitaalisia tv-kanavia ja digitaalitelevisioita on jo myynnissä.)

6 Langattoman tiedonsiirron historiaa

 Valtion rautatiet (VR) avasi linjaradiojärjestelmän juniin pidettäviä yhteyksiä varten ja siitä varsinaisesti alkoi radiopuhelimien kehitys Suomessa. 1966 viestialan neuvvottelukunta teki aloitteen valtakunnallisen matkapuhelinjärjestelmän kehittämisestä. Tämän seurauksena tehtiin suunnitelma autoradiopuhelinverkon (ARP) kehittämisestä. 1969 Posti- ja lennätinlaitos aloitti ARP-verkon rakentamisen ja koekäytön. 1971 spesifikaatiot ARP-puhelinlaitteille julkaistiin ja ensimmäiset tyyppihyväksytyt ARP-puhelimet tulivat markkinoille (Televa, Salora, AGA). 1972 posti- ja lennätinlaitos avasi virallisesti ARP-verkon [1]. Yhteispohjoismaisen NMT-verkon suunnittelu aloitettiin. 1977 aloitettiin NMT-450-verkon suunnittelu Suomeen. 1981 NMT450-verkko otettiin käyttöön Pohjoismaissa Suomea lukuunottamatta. 1982 verkko otettiin käyttöön myös Suomessa. 1983 NMT450-verkko alkoi osittain tukkeutua tiheästi asutuilla alueilla. NMT900-verkon suunnittelu aloitettiin. 1987 NMT-900-verkko otettiin kaupalliseen käyttöön Suomessa. 1990 NMT-450-verkko saatiin kattamaan koko Suomen alue. 1991 Telecom Finland otti GSM-verkon testikäyttöön Suomessa [6]. 1992 Telecom Finland ja Radiolinjan GSM-verkot aloittivat kaupallisen toiminnan Suomessa. 1993 syyskuussa avattiin maailman ensimmäinen 1800 MHz taajuusalueella toimiva GSM-järjestelmä (DCS-1800). 1997 Matkapuhelinliittymiä oli 207 miljoonaa, joista GSM-liittymiä 112 miljoonaa ja NMT-liittymiä 95 miljoonaa. 1998 30.1.98 Euroopan telekommunikaatioalan standardisointijärjestö ETSI hyväksyi Pariisissa kolmannen sukupolven matkapuhelimien uuden standardin. Sen takana ovat kaikki kilpailevat matkaviestinyhtiöt. Standardi yhdistää Nokian ja Ericssonin kehittämään laajakaistaiseen koodijakoi-seen W-CDMA-teknologiaan Siemensin ja Motorolan tukeman aikajakoisen TDMA-teknologian osia. Ja nykyään NMT on enää harvinaisuus. [3]

7 Matkapuhelimet Suomessa

 Suomessa on nykyään kaksi matkapuhelinoperaattoria: Sonera ja Radiolinja. Käytännössä NMT-puhelimia ei ole enää myynnissä. Vielä muutama vuosi sitten kaupattiin Ringo-puhelimia, mutta nykyään vain GSM on jäljellä kaupallisesti. Uutena uutuutena matkapuhelin markkinoille on tullut kaksitaajuus-puhelin, joka valitsee aina käytössä olevista verkoista (GSM-900 , GSM-1800) vapaana olevan tai edullisemman kanavan. Viimeaikoina markkinoille on tullut myös uusi operaattori - Telia, mutta se on keskittynyt vain taajamiin, eli city-puhelimiin. NMT-liittymä siis vielä on olemassa, mutta kohtapuolin varmaankin jo verkon ylläpito tulee kalliimmaksi kuin asiakkailta saadut käyttömaksut, ellevät ole siis jo nyt ylittäneet niitä.

Lähdeluettelo
  • [1] Engdahl T.,Matkapuhelinten kehitys, 14.10.1997 www.hut.fi/~then/matkapuhelin
  • [2] Marjamäki T., Uudet GSM-datasiirtostandardit, syksy 1997 http://www.hut.fi/~tjmarjam/tele.htm
  • [3] Nummela J., GSM-digitaalinen matkapuhelijärjestelmä,16.4.1998 http://www.vaoltl.edu.hel.fi/paattot/NummelaJouni_GSM_13051998/gsm.html
  • [4] Omar G., Abdelali B., Global cellular phones, 27.10.1997 http://www.mikkeliamk.fi/~jkap/courses/telecom/essay/glmobile.htm
  • [5] Puhakka J., Pöyhönen S., Salminen S., NMT datakäytössä 21.4.1996 http://www.hut.fi/~tssalmin/ttp/ttp.htm#NMT

    Lisätietoa

  • GSM-linkkejä http://www.valtanen.com/gsm/links/index.html
  • Tiivistettyä tietoa GSM datalinkeistä. http://www.tcm.hut.fi/Studies/Tik-110.300/1998/Newtech/fast_gsm_2.html
  • Tietoa NMT- ja GSM-datasiirrosta http://www.niksula.cs.hut.fi/~walther/fin/topsel
  • Yksinkertaisesti matkapuhelimen toimintaperiaate, linkkejä http://www.foto.hut.fi/~kkyk/kartoitus/verkot.html
  • GSM-sanastoa http://www.wwnet.fi/users/juhak/gsm/gsmsanastoa.htm
  • Todella yksinkertaisesti GSM:stä http://www.ee.jytol.fi/henkunta/hauja/langaton/gsm.htm
  • Kertoo selvästi ja suppeasti GSM:stä http://www.tcm.hut.fi/Studies/Tik-110.300/1998/Essays/gsm.html
  • Kertoo selvästi GSM-datapalvelun kehittämismahdollisuuksista http://keskus.hut.fi/opetus/s38116/1997/esitelmat/42690u