Matkapuhelinverkko
Yleistä
Matkapuhelinverkko on tietoliikenneverkko jossa viimeinen "linkki" eli laite joka yhdistää käyttäjän laitteeseen on langaton. Mobiiliverkko koostuu soluista (cells), sekä tukiasemista (base station) joilla on oma oma lähetin/vastaanotin (transceiver, koostuu sekä lähettimestä että vastaanottimesta). Nämä solut ja tukiasemat yhdistetään koko maan kattavaksi verkoksi jolla pystytään lähettämään radioaalloilla langattomasti esim. ääntä ja dataa.
Laaja matkapuhelinverkko mahdollistaa mm. suuremman kapasiteetin, pienemmän laitteen virrankulutuksen sekä paremman kattavuuden kuin yksittäiset, suuret lähettimet. Matkapuhelinverkkoon voidaan lisätä käytännössä rajattomasti soluja, jolloin yhteys voidaan saada käytännössä minne vain. Kaistan kapasiteettiakin voi nostaa jo valmiiksi rakennetuitta tukiasemilla periaatteessa rajattomasti koska ne niihin tuodaan yhteys kuidulla.
Matkapuhelinverkon teknologiat, standardit sekä taajuudet
Standardit/teknologiat
Matkapuhelinverkon ensimmäistä standardia tai versiota kutsutaan nimellä 0G (0-Generation) eli ensimmäinen sukupolvi. Tätä versiota käytettiin radiopuhelimen kanssa ensimmäisenä jo 1946-luvulla. Analoginen.
1G on matkapuhelinverkon seuraava kehitetty standardi. Tätä versiota kutsutaan yleensä ensimmäiseksi, vaikka radiopuhelin olikin virallisesti ensimmäinen. Tämä versio tuli monta vuotta myöhemmin 1980-luvulla ja oli viimeinen analoginen matkapuhelinverkko.
2G tai GSM oli ensimmäinen digitaalinen matkapuhelinverkko, joka tuli vuonna 1991 suomeen (ensimmäisenä maailmassa). Isoin ero vanhemman 1G:n ja 2G:n kanssa on se että 2G:n data oli digitaalisesti enkryptoitu eli salattu. 2G mahdollisti myös SMS-viestien (teksti) sekä MMS (multimedia) lähettämisen digitalisaation ansiosta. 2G:stä on myös parenneltut versiot 2.5G ja 2.75G mutta 2G:tä käytetään silti suuressa osassa maapalloa. 2G verkko mahdollisti datan siirtämisen vain joidenkin kilobittien nopeudella. 2G eli GSM on vielä toistaiseksi suomen kattavin järjestelmä, mutta uudemmat 3G ja 4G laajentuvat nopeasti.
3G tai W-CDMA on kolmannen sukopolven matkapuhelinverkko. 3G:n tulee virallisesti antaa vähintään 200Kb/s nopeudet. 3G on siinä mielessä merkittävä että se mahdollisti datan kuljettamisen langattomasti jopa megabittien nopeudella, joka taas mahdollisti mm. mobiililaajakaistan käytön (mokkula, mobiilireititin) jopa ilman langallista yhteyttä. Tämä on kätevää paikoissa joissa langallinen yhteys ei ole saatavilla tai se on heikkolaatuinen. 3G:stä on julkaistu päivitetyt versiot HSPA ja HSPA+ (High Speed Packet Access), joita kutsutaan yleensä nimillä 3.25G ja 3.50G ja voivat antaa 7.2Mb/s ja 21.6Mb/s nopeudet.
4G on neljännen sukupolven, uusin käytettävä matkapuhelinverkkoteknologia. Jotta yhteyttä voisi kutsua 4G:ksi, tulee sen täyttää tietyt ITU:n (International Telecommunication Union) kriteriat, joihin kuuluu mm. 100Mbit/s nopeudet liikkeessä, täysin IP-pohjainen verkko, dynaaminen solunvaihto ja 5-20MHz solukaista (vaihtoehtoisesti 40MHz). Kaikki 4G:ksi kutsutut matkapuhelinverkot eivät täytä näiti kriteereitä, vaikka niitä mainostetaankin 4G:nä. Näihin kuuluu mm. suomessa laajasti käytetty LTE (Long Term Evolution) -matkapuhelinverkko, jota mainostetaan 4G:nä, vaikka ei virallisesti niiden kriteereitä täytä (yleensä). LTE on silti erittäin nopea matkapuhelinverkko tästä huolimatta ja on saatavilla n. 80-90% suomesta. LTE-verkosta on myös päivitetty versio LTE-Advanced, joka tuo monta päivitystä LTE-verkkoon, kuten taajuuksien samanaikaisen käytön ja suuremman kaistan (100MHz) mutta on saatavilla vain harvoilla alueilla, useimmiten kaupunkien keskustoissa. LTE on virallisesti parannettu 3G-verkko, kuin 4G-verkko.
5G on nimestä päätellen viidennen sukupolven matkapuhelinverkko, ja siihen suunnitellaan jopa 1Gbit/s maksiminopeuksia (parhaissa olosuhteissa), sekä jopa 3x keskimääräiset nopeudet 4G:hen (LTE) verrattuna. Vaikka nopeudet käytännössä nopeutuvat, on 5G:n päätarkoitus laskea verkon vasteaika niin pieneen kuin mahdollista. LTE -yhteyden keskinmääräinen vasteaika on noin 20-30ms, ja 5G:n vasteajaksi yritetään saada jopa 5ms, joka helpottaisi mm. lääketeollisuuden käyttöä matkapuhelinverkon yli. 5G:n rakentamisen alkua suunnitellaan 2018 alkupuolella Helsinkiin. Etelä-Koreaan rakentaminen aloitetaan jo 2017.
Taajuudet
Operaattorit käyttävät suomessa seuraavia taajuuksia mobiiliverkoille (MHz):
2G: GSM 900, GSM 1800
3G: UMTS 900, 2100
4G: LTE 700 (rakennus aloitetaan 2017), LTE 800, LTE 1800, LTE 2600
5G: Ei varmistettu vielä
Matkapuhelinverkon toiminta ja rakenne
Matkapuhelinverkko koostuu tukiasemista ja kiinteästä verkosta. Puhelu tai tieto siirtyy matkapuhelimesta radiosignaalina lähimpään tukiasemaan ja siitä edelleen kiinteään verkkoon joko suoraan tai mikroaaltolinkin kautta. Mikroaaltolinkki on mikroaaltoja hyödyntävä tiedonsiirtomenetelmä, jolla voidaan siirtää tietoa kahden tai useamman kohteen välillä.
Tukiaseman muodostaman solun koko ja "muoto" riippuvat lähettimen taajuusalueesta, tehosta, tukiasema-antennien suuntakuvioista ja maastosta. Harvaan asutuilla alueilla solujen koko on yleensä suurempi ja tukiasemien lähettimien tehot suuria, koska tarvitaan laajempi peittoalue. Taajamissa yhdellä alueella voi olla useita tukiasemia, koska yksi tukiasema voi käsitellä vain rajallisen määrän puheluita ja dataa kerralla. Samassa lähetyspaikassa voi olla useamman operaattorin tukiasema-antenneja. Tukiasemaverkko peittää käytännössä koko Suomen eli lähes mistä tahansa pisteestä mitattuna parin kilometrin säteellä on vähintään yksi tukiasema.
Kaupungeissa ja taajamissa suurta aluetta palvelevat niin sanotut makrosolutukiasemat on sijoitettu usein talojen katoille. Harvaan asutuilla seuduilla käytetään enemmän tukiasemamastoja. Makrosolutukiasemat ovat kapeita korkeita paneeleita, joiden säteilykeila on vaakasuoran viuhkan mallinen ja se on suunnattu horisonttiin. Väestön altistumisrajat voivat ylittyä säteilykeilan keskellä noin 10 metrin päässä antennista. Sivullisilla ei saa olla pääsyä tälle alueelle. Antennit eivät säteile juurikaan alas tai taaksepäin, joten suuritehoisetkin antennit on mahdollista asentaa turvallisesti seinälle tai katolle. Makrosolujen toimintasäde voi olla jopa useita kilometrejä ja lähetysteho max. 200 wattia.
Mikrosolutukiasemat osoittavat alaviistoon katolta tai talon seinältä. Ne hoitavat liikennettä muutamien satojen metrien säteellä. Väestön altistumisrajat saattavat ylittyä muutaman kymmenen sentin päässä antennin edessä. Tukiasemien antennit on asennettava niin, että niitä ei pääse koskettamaan tuuletusikkunoista tai parvekkeilta. Myös mikrosolujen antennit säteilevät käytännössä vain eteenpäin ja hyvin vähän muihin suuntiin. Mikrosolutukiasemien toimintasäde on n. 100-1000m ja lähetysteho muutama watti.
Pikosolutukiasemat ovat yleensä pienikokoisia seinälle katonrajaan kiinnitettyjä elementtejä. Niillä saadaan parempi kuuluvuus paikallisiin katvealueisiin kuten rakennusten sisätiloihin. Lähetystehot ovat pieniä, joten pikosolutukiasemien aiheuttama altistuminen ei edes kosketusetäisyydellä ylitä väestön altistumisen raja-arvoja. Pikosolutukiasemien toimintasäde on vain joitakin kymmeniä metrejä ja lähetysteho alle watti.
Lähikuva Soneran käyttämästä 4G/LTE-tukiasemasta
Matkapuhelinverkon laitteet ja tukiaseman löytäminen
Laitteet
Nimestä huolimatta matkapuhelinverkkoon liitetään paljon muitakin laitteita kuin matkapuhelimia. 4G-standardi on mahdollistanut mm. 4G-modeemien käytön kotilaajakaistana (mobiililaajakaista). Käytössä on myös mobiilitukiasemia (hotspot) sekä mokkuloita tähän käyttöön. Isoin ongelma näiden käytössä on matkapuhelinverkon ruuhkautuminen. Ruuhkautuminen ei välttämättä nosta verkon vasteaikaa (koska jokainen yhteys on käytännössä uniikki) mutta tukiaseman kokonaiskaistaa käyttää kaikki siihen liittyneet. Tämän voi nähdä esim. illalla verkon nopeuden hidastumisella (esim. aamulla speedtest.net näyttää 80Mbit/s latausnopeudeksi, mutta illalla 10Mbit/s). Tätä ruuhkaumista pystytään helpottamaan tukiaseman kapasiteetin nostamisella (päätelaitteitten päivittämisellä) sekä ns. soluhengityksellä, jossa laite vaihtaa solua ja mahdollisesti tukiasemaa sen käyttäjien mukaan, jolloin ruuhkautuneelle tukiasemalle saadaan lisää tilaa.
4G:n parannettu vasteaika on myös mahdollistanut paljon teollisuuden sekä lääketieteen laitteita mobiiliverkon yli.
Tukiaseman löytäminen
Tukiaseman voi löytää usealla eri tavalla. Yksinkertaisin ja helpoin tapa on käyttää sivustoa kuten cellmapper.net. Cellmapper.net -sivusto näyttää lähes kaikkien tukiasemat ja niiden solut Google Maps -kartalla. Cellmapper.net käyttää käyttäjien tallennettua ja lähettämää dataa, joten mitä enemmän ihmisiä käyttää sovellusta Cellmapper, sitä tarkempaa tietoa tukiasemista saadaan.
Cellmapperistä voi valita operaattorin, verkon ja maan perusteella.
Cellmapperin sovelluksella, joka on androidilla, voi tukiasemien sijainnin lisäksi tallentaa dataa mm. signaalin laadusta (dBm) ja taajuusalueesta. Cellmapper myös tallentaa operaattorin signaalinlaadun paikan mukaan (näkyy vihreä jos hyvä ja punainen jos huono) kartalla. Cellmapperilla voi myös itse löytää tukiasemia jos niitä ei vielä ole löydetty teidän alueella, kulkemalla Cellmapper sovellus auki lähellä teidän kotia.
Toinen saman kaltainen sovellus on OpenSignal. OpenSignal toimii käytännössä samalla lailla, mutta heidän sovellus on hieman yksinkertaistettu, ja vaikka siinä on paljon enemmän käyttäjiä Cellmapper on silti tarkempi suomessa. Cellmapperhän on suomalainen sovellus. Jotkin tukiasemat näkyvät myös kansalaisen karttapaikka -sivustolla, mutta tällä ei voi katsoa tukiaseman solujen taajuuksia tai operaattoreita.
Yleistä
Matkapuhelinverkko on tietoliikenneverkko jossa viimeinen "linkki" eli laite joka yhdistää käyttäjän laitteeseen on langaton. Mobiiliverkko koostuu soluista (cells), sekä tukiasemista (base station) joilla on oma oma lähetin/vastaanotin (transceiver, koostuu sekä lähettimestä että vastaanottimesta). Nämä solut ja tukiasemat yhdistetään koko maan kattavaksi verkoksi jolla pystytään lähettämään radioaalloilla langattomasti esim. ääntä ja dataa.
Laaja matkapuhelinverkko mahdollistaa mm. suuremman kapasiteetin, pienemmän laitteen virrankulutuksen sekä paremman kattavuuden kuin yksittäiset, suuret lähettimet. Matkapuhelinverkkoon voidaan lisätä käytännössä rajattomasti soluja, jolloin yhteys voidaan saada käytännössä minne vain. Kaistan kapasiteettiakin voi nostaa jo valmiiksi rakennetuitta tukiasemilla periaatteessa rajattomasti koska ne niihin tuodaan yhteys kuidulla.
Matkapuhelinverkon teknologiat, standardit sekä taajuudet
Standardit/teknologiat
Matkapuhelinverkon ensimmäistä standardia tai versiota kutsutaan nimellä 0G (0-Generation) eli ensimmäinen sukupolvi. Tätä versiota käytettiin radiopuhelimen kanssa ensimmäisenä jo 1946-luvulla. Analoginen.
1G on matkapuhelinverkon seuraava kehitetty standardi. Tätä versiota kutsutaan yleensä ensimmäiseksi, vaikka radiopuhelin olikin virallisesti ensimmäinen. Tämä versio tuli monta vuotta myöhemmin 1980-luvulla ja oli viimeinen analoginen matkapuhelinverkko.
2G tai GSM oli ensimmäinen digitaalinen matkapuhelinverkko, joka tuli vuonna 1991 suomeen (ensimmäisenä maailmassa). Isoin ero vanhemman 1G:n ja 2G:n kanssa on se että 2G:n data oli digitaalisesti enkryptoitu eli salattu. 2G mahdollisti myös SMS-viestien (teksti) sekä MMS (multimedia) lähettämisen digitalisaation ansiosta. 2G:stä on myös parenneltut versiot 2.5G ja 2.75G mutta 2G:tä käytetään silti suuressa osassa maapalloa. 2G verkko mahdollisti datan siirtämisen vain joidenkin kilobittien nopeudella. 2G eli GSM on vielä toistaiseksi suomen kattavin järjestelmä, mutta uudemmat 3G ja 4G laajentuvat nopeasti.
3G tai W-CDMA on kolmannen sukopolven matkapuhelinverkko. 3G:n tulee virallisesti antaa vähintään 200Kb/s nopeudet. 3G on siinä mielessä merkittävä että se mahdollisti datan kuljettamisen langattomasti jopa megabittien nopeudella, joka taas mahdollisti mm. mobiililaajakaistan käytön (mokkula, mobiilireititin) jopa ilman langallista yhteyttä. Tämä on kätevää paikoissa joissa langallinen yhteys ei ole saatavilla tai se on heikkolaatuinen. 3G:stä on julkaistu päivitetyt versiot HSPA ja HSPA+ (High Speed Packet Access), joita kutsutaan yleensä nimillä 3.25G ja 3.50G ja voivat antaa 7.2Mb/s ja 21.6Mb/s nopeudet.
4G on neljännen sukupolven, uusin käytettävä matkapuhelinverkkoteknologia. Jotta yhteyttä voisi kutsua 4G:ksi, tulee sen täyttää tietyt ITU:n (International Telecommunication Union) kriteriat, joihin kuuluu mm. 100Mbit/s nopeudet liikkeessä, täysin IP-pohjainen verkko, dynaaminen solunvaihto ja 5-20MHz solukaista (vaihtoehtoisesti 40MHz). Kaikki 4G:ksi kutsutut matkapuhelinverkot eivät täytä näiti kriteereitä, vaikka niitä mainostetaankin 4G:nä. Näihin kuuluu mm. suomessa laajasti käytetty LTE (Long Term Evolution) -matkapuhelinverkko, jota mainostetaan 4G:nä, vaikka ei virallisesti niiden kriteereitä täytä (yleensä). LTE on silti erittäin nopea matkapuhelinverkko tästä huolimatta ja on saatavilla n. 80-90% suomesta. LTE-verkosta on myös päivitetty versio LTE-Advanced, joka tuo monta päivitystä LTE-verkkoon, kuten taajuuksien samanaikaisen käytön ja suuremman kaistan (100MHz) mutta on saatavilla vain harvoilla alueilla, useimmiten kaupunkien keskustoissa. LTE on virallisesti parannettu 3G-verkko, kuin 4G-verkko.
5G on nimestä päätellen viidennen sukupolven matkapuhelinverkko, ja siihen suunnitellaan jopa 1Gbit/s maksiminopeuksia (parhaissa olosuhteissa), sekä jopa 3x keskimääräiset nopeudet 4G:hen (LTE) verrattuna. Vaikka nopeudet käytännössä nopeutuvat, on 5G:n päätarkoitus laskea verkon vasteaika niin pieneen kuin mahdollista. LTE -yhteyden keskinmääräinen vasteaika on noin 20-30ms, ja 5G:n vasteajaksi yritetään saada jopa 5ms, joka helpottaisi mm. lääketeollisuuden käyttöä matkapuhelinverkon yli. 5G:n rakentamisen alkua suunnitellaan 2018 alkupuolella Helsinkiin. Etelä-Koreaan rakentaminen aloitetaan jo 2017.
Taajuudet
Operaattorit käyttävät suomessa seuraavia taajuuksia mobiiliverkoille (MHz):
2G: GSM 900, GSM 1800
3G: UMTS 900, 2100
4G: LTE 700 (rakennus aloitetaan 2017), LTE 800, LTE 1800, LTE 2600
5G: Ei varmistettu vielä
Matkapuhelinverkon toiminta ja rakenne
Matkapuhelinverkko koostuu tukiasemista ja kiinteästä verkosta. Puhelu tai tieto siirtyy matkapuhelimesta radiosignaalina lähimpään tukiasemaan ja siitä edelleen kiinteään verkkoon joko suoraan tai mikroaaltolinkin kautta. Mikroaaltolinkki on mikroaaltoja hyödyntävä tiedonsiirtomenetelmä, jolla voidaan siirtää tietoa kahden tai useamman kohteen välillä.
Tukiaseman muodostaman solun koko ja "muoto" riippuvat lähettimen taajuusalueesta, tehosta, tukiasema-antennien suuntakuvioista ja maastosta. Harvaan asutuilla alueilla solujen koko on yleensä suurempi ja tukiasemien lähettimien tehot suuria, koska tarvitaan laajempi peittoalue. Taajamissa yhdellä alueella voi olla useita tukiasemia, koska yksi tukiasema voi käsitellä vain rajallisen määrän puheluita ja dataa kerralla. Samassa lähetyspaikassa voi olla useamman operaattorin tukiasema-antenneja. Tukiasemaverkko peittää käytännössä koko Suomen eli lähes mistä tahansa pisteestä mitattuna parin kilometrin säteellä on vähintään yksi tukiasema.
Kaupungeissa ja taajamissa suurta aluetta palvelevat niin sanotut makrosolutukiasemat on sijoitettu usein talojen katoille. Harvaan asutuilla seuduilla käytetään enemmän tukiasemamastoja. Makrosolutukiasemat ovat kapeita korkeita paneeleita, joiden säteilykeila on vaakasuoran viuhkan mallinen ja se on suunnattu horisonttiin. Väestön altistumisrajat voivat ylittyä säteilykeilan keskellä noin 10 metrin päässä antennista. Sivullisilla ei saa olla pääsyä tälle alueelle. Antennit eivät säteile juurikaan alas tai taaksepäin, joten suuritehoisetkin antennit on mahdollista asentaa turvallisesti seinälle tai katolle. Makrosolujen toimintasäde voi olla jopa useita kilometrejä ja lähetysteho max. 200 wattia.
Mikrosolutukiasemat osoittavat alaviistoon katolta tai talon seinältä. Ne hoitavat liikennettä muutamien satojen metrien säteellä. Väestön altistumisrajat saattavat ylittyä muutaman kymmenen sentin päässä antennin edessä. Tukiasemien antennit on asennettava niin, että niitä ei pääse koskettamaan tuuletusikkunoista tai parvekkeilta. Myös mikrosolujen antennit säteilevät käytännössä vain eteenpäin ja hyvin vähän muihin suuntiin. Mikrosolutukiasemien toimintasäde on n. 100-1000m ja lähetysteho muutama watti.
Pikosolutukiasemat ovat yleensä pienikokoisia seinälle katonrajaan kiinnitettyjä elementtejä. Niillä saadaan parempi kuuluvuus paikallisiin katvealueisiin kuten rakennusten sisätiloihin. Lähetystehot ovat pieniä, joten pikosolutukiasemien aiheuttama altistuminen ei edes kosketusetäisyydellä ylitä väestön altistumisen raja-arvoja. Pikosolutukiasemien toimintasäde on vain joitakin kymmeniä metrejä ja lähetysteho alle watti.
Lähikuva Soneran käyttämästä 4G/LTE-tukiasemasta Matkapuhelinverkon laitteet ja tukiaseman löytäminen
Laitteet
Nimestä huolimatta matkapuhelinverkkoon liitetään paljon muitakin laitteita kuin matkapuhelimia. 4G-standardi on mahdollistanut mm. 4G-modeemien käytön kotilaajakaistana (mobiililaajakaista). Käytössä on myös mobiilitukiasemia (hotspot) sekä mokkuloita tähän käyttöön. Isoin ongelma näiden käytössä on matkapuhelinverkon ruuhkautuminen. Ruuhkautuminen ei välttämättä nosta verkon vasteaikaa (koska jokainen yhteys on käytännössä uniikki) mutta tukiaseman kokonaiskaistaa käyttää kaikki siihen liittyneet. Tämän voi nähdä esim. illalla verkon nopeuden hidastumisella (esim. aamulla speedtest.net näyttää 80Mbit/s latausnopeudeksi, mutta illalla 10Mbit/s). Tätä ruuhkaumista pystytään helpottamaan tukiaseman kapasiteetin nostamisella (päätelaitteitten päivittämisellä) sekä ns. soluhengityksellä, jossa laite vaihtaa solua ja mahdollisesti tukiasemaa sen käyttäjien mukaan, jolloin ruuhkautuneelle tukiasemalle saadaan lisää tilaa.
4G:n parannettu vasteaika on myös mahdollistanut paljon teollisuuden sekä lääketieteen laitteita mobiiliverkon yli.
Tukiaseman löytäminen
Tukiaseman voi löytää usealla eri tavalla. Yksinkertaisin ja helpoin tapa on käyttää sivustoa kuten cellmapper.net. Cellmapper.net -sivusto näyttää lähes kaikkien tukiasemat ja niiden solut Google Maps -kartalla. Cellmapper.net käyttää käyttäjien tallennettua ja lähettämää dataa, joten mitä enemmän ihmisiä käyttää sovellusta Cellmapper, sitä tarkempaa tietoa tukiasemista saadaan.
Cellmapperistä voi valita operaattorin, verkon ja maan perusteella.
Cellmapperin sovelluksella, joka on androidilla, voi tukiasemien sijainnin lisäksi tallentaa dataa mm. signaalin laadusta (dBm) ja taajuusalueesta. Cellmapper myös tallentaa operaattorin signaalinlaadun paikan mukaan (näkyy vihreä jos hyvä ja punainen jos huono) kartalla. Cellmapperilla voi myös itse löytää tukiasemia jos niitä ei vielä ole löydetty teidän alueella, kulkemalla Cellmapper sovellus auki lähellä teidän kotia.
Toinen saman kaltainen sovellus on OpenSignal. OpenSignal toimii käytännössä samalla lailla, mutta heidän sovellus on hieman yksinkertaistettu, ja vaikka siinä on paljon enemmän käyttäjiä Cellmapper on silti tarkempi suomessa. Cellmapperhän on suomalainen sovellus. Jotkin tukiasemat näkyvät myös kansalaisen karttapaikka -sivustolla, mutta tällä ei voi katsoa tukiaseman solujen taajuuksia tai operaattoreita.
Meillä on ollut puhetta, että täytyisi hankkia sellainen 5g lisäantenni. Mistähän kannattaisi lähteä kyselemään? Puhelimessa on vielä muuten aivan 4g, ei taida tukea suurempaa. Kiitos postauksesta.
VastaaPoista