Mobilnäten

Mobilnätet som i efterhand kallas ”1G” är NMT-nätet (Nordiskt Mobiltelefonisystem). Som det hörs på namnet härstammar det från Norden. Sverige med grannländer ses därför ofta som mobiltelefonins vagga. NMT var ett analogt mobilnät som låg på 450- och 900 MHz-bandet. NMT på 900 MHz-bandet ersattes redan vid millennieskiftet av GSM-tekniken (”2G”), men NMT på 450 MHz släcktes inte förrän 2007. NMT på 450 MHz-bandet hade nämligen otroligt bra täckning, och användes för att erbjuda mobiltelefoni till abonnenter som bodde långt ut i glesbygden.

Det lågfrekventa 450 MHz-bandet fortsatte även efter nedsläckningen av NMT-nätet att användas för att ge bra täckning i glesbygden. Idag används nämligen frekvensbandet till en typ av 4G-lösning från operatören Net1 (läs mer senare i kapitlet).

GSM-nätet kallas den andra generationens mobilnät. Förkortningen sägs numera stå för Globalt System för Mobiltelefoni, men den ursprungliga betydelsen var Groupe Spécial Mobile (namnet på gruppen som tog fram systemet). Målet med GSM-nätet var att skapa ett mobiltelefoninät som fungerade i hela Europa.

GSM-nätet är fortfarande i drift och används av både renodlade GSM-mobiler och moderna smartphones, men framförallt i styrenheter och larmlösningar. Smartphones använder GSM-nätet som ett backup-nät, eftersom det fortfarande täcker större del av Sveriges yta än 3G-, 4G- och 5G-näten. Runt om i världen har däremot GSM-näten börjat släckas ned. I Svergie förväntas 2G-nätet stängas ned till slutet av 2025. Läs mer om nedstängningen på Post- och telestyrelsens hemsida: https://www.pts.se/teknikskifte

När GSM-nätet uppgraderades med GPRS (General Packet Radio Services) förbättrades möjligheterna att skicka datatrafik med mobilen. GPRS möjliggjorde visserligen endast ett tiotal kilobit per sekund (kb/s) i nedladdningshastighet, men tekniken var ändå revolutionerande. GPRS gjorde nämligen GSM-nätets dataanslutningar paketbaserade, vilket innebar att användarna började betala sina operatörer utifrån använd datamängd istället för utifrån uppkopplingstid.

Den efterföljande utrullningen av EDGE-tekniken (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) gjorde att även hastigheterna i GSM-nätet förbättrades. EDGE höjde nedladdnings­hastigheten upp till 0,2 Mb/s, vilken med den tidens mått mätt var ganska imponerande.

EDGE-tekniken används idag i både Telias nät samt i Tele2 och Telenors samägda GSM-nät5. För moderna mobiler fungerar det som ett backup-nät där de snabbare näten saknar täckning. När en mobil är ansluten via EDGE ­brukar det indikeras med bokstaven E bredvid mobilens signalstyrkemätare.

Tekniken i vårt tredje generations mobilnät lanserades 2003 och heter UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Grundnedladdningshastigheten i 3G-nätet är upp till 384 kb/s, vilket knappt räcker för mobilt bredband. 3G-nätet har därför uppgraderats med tekniken HSPA (High-Speed Packet Access) som kallas Turbo 3G. Termen HSPA samlar begreppen HSDPA (downlink, sv. nedlänk) och HSUPA (uplink, sv. upplänk). Tekniken möjliggjorde nedladdningshastigheter upp till 14,4 Mb/s (läs mer om ned- och uppladdningshastigheter i Ned- och uppladdningshastighet i nätverkssektionen).

HSPA har uppdaterats med HSDPA+ och DC-HSDPA som möjliggör hastigheter upp till teoretiskt 21 Mb/s respektive 42 Mb/s. Vilken den faktiska maxhastigheten blir bestäms utifrån den ”minsta gemensamma nämnaren”. Begränsningen sätts av antingen klienten (t.ex. mobilen), mobilnätet eller abonnemanget. Vilken hastighet en anslutning får i verkligheten påverkas i sin tur av omgivningarna, avståndet till basstationen samt belastningen i nätet (hur många som använder nätet samtidigt).

Tekniken som vi i Sverige kallar 4G heter egentligen LTE (Long Term Evolution) och den medför inte bara högre hastigheter: en av de största fördelarna med LTE jämfört med HSPA är att svarstiderna är mycket lägre. Korta svarstider (som mäts i millisekunder) är viktiga i realtidskommunikation för att det inte ska uppstå fördröjningar. När en fil laddas ned spelar svarstiderna inte speciellt stor roll, men vid telefonsamtal, videosamtal och onlinegaming är de däremot av högsta vikt. En liten fördröjning i nedladdningen av en fil märks inte ens. Vid strömning av film över nätet håller datorerna, mobilerna och surfplattorna alltid en liten buffert (förnedladdat material) för att undvika att filmuppspelningen hackar vid små fördröjningar i uppkopplingen. I telefonsamtals-, videosamtals- och gamingsammanhang är det däremot inte möjligt att hålla någon buffert, vilket gör svarstiderna kritiska.

Operatören Net1 använder det gamla NMT-bandet (450 MHz) för LTE-uppkopplingar. De uppgraderade sitt nät med stöd för LTE under 2015. Tidigare användes en teknik som kallas CDMA EV-DO, som är en 3G-teknik.

Fördelen med 450 MHz-bandet är att det har extremt lång räckvidd. Stora ytor kan täckas av en mast och på så sätt nå ut på platser där det annars hade varit svårt att få täckning. Net1 uppger själva att de täcker 95 % av Sveriges yta och 99,8 % av befolkningen. Nackdelen är att hastigheten är betydligt lägre än i övriga LTE-nät.

450 MHz-bandet används inte av någon annan operatör än Net1 och vanliga mobiler/modem har inte stöd för bandet. Det krävs därför speciell hårdvara och speciella antenner för att använda 450 MHz-bandet. Kommande innehåll tar därför inte 450 MHz-bandet i åtagande.

Olika länder använder olika frekvensband för LTE. För att en enhet ska kunna användas med ett specifikt frekvensband krävs det att enheten har stöd för det. Detta är något som tidigare orsakade problem. När iPhone 5 släpptes i Sverige kunde den inte användas för att surfa på LTE-näten. Den hade inte stöd för de frekvensbanden som vi då använde för LTE. Idag stöter vi sällan på problemet eftersom tillverkarna utrustar sina mobiler med radiofunktioner som fungerar i merparten av världen.

Anledningen till att olika länder använder olika frekvenser grundas i att radiofrekvenser kan ses som vilken naturresurs som helst. Det finns endast ett begränsat antal frekvenser som är lämpliga att använda för denna typ av radiokommunikation, och två tjänster kan inte använda samma frekvens eftersom de då stör varandra. Förr användes exempelvis 800 MHz-bandet till marksänd TV, men de sändningarna fick flyttas när det beslutades att 800 MHz-­bandet skulle användas för mobilkommunikation. När mobiltelefonin lanserades runt om i världen var redan stora delar av frekvensbanden upptagna, vilket gjorde att mobilkommunikationen fick trängas in där det fanns plats. Det gav i sin tur upphov till den stora variationen i frekvensanvändning.

I maj 2017 beslutade EU att alla länder som ingår i unionen ska tillåta att 700 MHz-bandet (694–790 MHz) används för mobila bredbandstjänster senast 30 juni 20207. Detta är ett steg mot att uppnå ännu bättre kompatibilitet mellan länderna inom EU (som redan är relativt god). Sverige har redan förberett för bredbandstjänster på 700 MHz-bandet genom att under 2017 flytta marksänd TV från frekvensbandet.

En världsstandardisering av mobiltelefoninätens frekvensband är givetvis eftersträvansvärd, men att flytta tjänster mellan olika frekvensband är synnerligen omständligt och dyrt. En världsstandard kan bli möjlig på lång sikt, men omställningens omfattning kan nästan liknas vid det som skulle krävas för att alla länder skulle börja använda samma elnät och eluttag.

Våra svenska operatörer använder flera olika frekvensband för att distribuera vår 4G-datatrafik. Frekvensbanden delas upp i täckningsband och kapacitetsband. Täckningsbanden är lågfrekventa, täcker stora ytor och är relevanta på landsbygden. Kapacitetsbanden är högfrekventa, täcker små ytor och är relevanta i stadsmiljö.

Utöver att det finns olika frekvensband finns det också två olika duplextekniker (d.v.s. lösningar för att skicka och ta emot data samtidigt). Den vanligaste lösningen heter FDD (Frequency-division Duplexing). Där använder mobilnätet olika bärfrekvenser för att skicka respektive ta emot data. Den andra lösningen heter TDD (Time-division Duplexing) och använder olika tidsluckor för att sända respektive ta emot data. I Sverige använder alla operatörer FDD förutom Tre som använder både FDD och TDD.

Eftersom det är svårt att hålla reda på både vilka frekvensband och vilka duplextekniker som används, har kombinationerna helt enkelt numrerats. Ett nummer motsvarar ett specifikt frekvensband och en specifik duplexteknik. Här följer en översikt över vilka LTE-bandnummer som svenska operatörer använder.

De flesta mobilerna fungerar i merparten av världen tack vare att de har stöd för många frekvensband. Separata LTE-modem, som till exempel USB-modem, har däremot oftast inte stöd för lika många frekvenser. Det finns därför god anledning till att undersöka vilka frekvensband som modemet stödjer om det ska användas utomlands. På ­frequencycheck.com finns ett register över vilka frekvensband olika länder och ­operatörer använder.

Så här ser frekvensbandsanvändningen ut april 2018

Namnet LTE (Long Term Evolution) avslöjar att tekniken är tänkt att utvecklas med tiden. LTE-tekniken delas in i olika kategorier som avslöjar vilken maxhastighet som kan uppnås. Både sändarna (masterna) och mottagarna (mobiler eller separata modem) måste ha stöd för samma klass för att uppnå den högsta hastigheten. Lyckligtvis är tekniken bakåtkompatibel vilket gör att en äldre mobil kan användas med en uppdaterad mast och vice versa. I LTE-standarden ryms följande fem kategorier:

Kategori 2 och senare har stöd för Mimo. Det innebär att både sändare och mottagare utrustas med två eller fler antenner. I stället för att bara skicka signalen en gång, som görs i kategori 1, skickas signalen flera gånger. Det ger bättre stabilitet och möjliggör högre hastigheter.

Hastigheterna är de teoretiskt högsta hastigheterna som går att uppnå. Hastigheten påverkas av omgivningarna, avståndet till basstationen, vilka frekvensband som används samt belastningen i nätet (hur många som använder nätet samtidigt).

Utvecklingen av modemen, framförallt i flaggskeppsmobiler, har gått extremt snabbt de senaste åren. De flesta moderna mobiler har stöd för högre hastigheter än vad som ryms inom den ursprungliga LTE-standarden. LTE Advanced tar vid där LTE slutar och fyller på listan med fler kategorier (upp till kategori 19). Det är dock inte alla kategorier som används i de kommersiella LTE-näten  (8, 14 och 17), och därför behandlas de inte i denna boken. Kategori 17 och senare kallas LTE Advanced Pro.

Kategori 16 och senare specificerar nya tekniker för nedladdning, men inte för uppladdning. De kombineras därför av en av de tidigare kategorierna för uppladdning.

De svenska LTE-näten baseras idag på kategori 4, 6 eller 9. De två senare kategorierna brukar kallas för 4G+ av operatörerna och håller på att byggas ut för fullt. För att uppnå de riktigt höga hastigheterna som kategori 6 och 9 möjliggör krävs uppkoppling till fler än ett frekvensband (kallas för Carrier Aggregation). Användaren måste därför befinna sig där det finns täckning på två eller flera band. Det bidrar till att slutanvändaren sällan har möjlighet att uppleva de riktigt höga hastigheterna.

Trots att både näten och mobilerna stödjer väldigt höga hastigheter var medelhastigheten under första kvartalet 2017 endast 35 Mb/s i nedhastighet på 4G-näten8. Vad beror det på?

Högsta hastigheten i nätet baseras på 20 MHz breda kanaler. Det är endast på kapacitetsbanden som så breda kanaler är tillgängliga. På täckningsbanden är kanalerna smalare och därför är den högsta teoretiska hastigheten lägre.

De teoretiska maxhastigheterna tar heller inte hänsyn till avstånd till masten, antal användare eller störningar. Ju längre från masten enheten som ansluter befinner sig, desto lägre blir hastigheten. Hur belastningen ser ut på masten påverkar också hastigheten. När många användare ansluter till en mast sänks prestandan. Det blir mest tydligt på stora konserter och sportevenemang. Signalen måste dessutom ofta ta sig genom väggar, träd och övriga hinder. Det påverkar hastigheten negativt.

De högsta hastigheterna är bara tillgängliga vid anslutning till flera frekvensband tillsammans med Mimo och 20 MHz breda kanaler. Det krävs alltså att många parametrar stämmer för att de högsta hastigheterna ska nås. Det är dock inte ovanligt att användare kommer upp i nedladdningshastigheter över 100 Mb/s på kapacitetsbanden. LTE-näten byggs hela tiden ut för högre hastighet, bättre täckning och högre belastning. Därför kommer vi se ännu högre verkliga hastigheter i LTE-näten i framtiden.

Se Bättre mobilt bredband för hur du kan få stabilare uppkoppling och högre hastigheter i LTE-näten.

Till skillnad från UMTS-nätet är LTE-nätet helt IP-baserat, även när det gäller rösttrafik. Tekniken för att ringa vanliga samtal över LTE-nätet kallas för Volte (Voice Over LTE). För att kunna utnyttja funktionen krävs stöd i mobilen. De flesta mobilerna från 2016 och senare har stödet. Det krävs dessutom att operatören har lagt till stöd för Volte på den exakta mobilmodellen. Se på din operatörs webbsida om din mobilmodell stödjer Volte-samtal.

Det finns flera fördelar med IP-baserade röstsamtal. Framförallt blir samtalskvaliteten bättre och uppkopplingstiden kortare. Genom att även kunna föra samtal på 4G-näten blir täckningen för samtal bättre. Detta eftersom GSM-, 3G- och 4G-näten alla kan användas för röstsamtal.

Den femte generationens mobilnät är under utveckling och förväntas lanseras på bred front 2020. 5G förbättrar hastigheterna, sänker svarstiderna, öppnar för riktigt strömsnåla applikationer och kan hantera mer trafik än LTE. Det kommer dock inte ersätta LTE-näten inom en överskådlig framtid utan i stället komplettera den. 5G öppnar upp nya användningsområden som till exempel självkörande bilar och utökade möjligheter för IOT-enheter tack vare möjligheten att kombinera höga hastigheter och strömsnåla enheter i samma nät.