TKK | Tietoverkkolaboratorio | Opetus

GSM:n Tulevaisuus

1. Johdanto
2. Nykyiset vaihtoehdot

GSM
GSM-evoluutio
GSM-tekniikka
GPRS-tekniikka

3. Tulevaisuuteen UMTS:n voimin

UMTS-tekniikka
Siirtymävaihe GSM:stä UMTS:iin
Ongelmia ja haasteita

4. Lankaverkon osuus
5. Lyhenteiden selityksiä
6. Lähdeviitteet
7. Tekijät

1. Johdanto

Tietoliikenteen kehitys on ollut valtavaa vuosituhannen lopulla sekä langattomien että langallisten yhteyksien puolella. Tekniikka on kehittynyt niin huimaa vauhtia että kysyntä ei ole pysynyt perässä vaan ollaan tultu tilanteeseen, jossa tekniikat vanhentuvat jo ennen kuin ne ovat ehtineet kuluttajille asti. Hyvänä esimerkkinä tästä on ISDN. Huomattavasti nopeampia tekniikoita olisi tarjolla, mutta niiden käyttöönotto vaatisi suuria investointeja operaattoreilta, jotka ovat panostaneet ISDN:n tarjoamiseen asiakkailleen.

Matkapuhelimien 3. sukupolvi. Mitä, miksi ja milloin? Onko tarve nopeammille langatomille yhteyksille vain valmistajien hype? Tekniikka nopeampien yhteyksien luomiseen on jo olemassa mutta onko paremmalle langattomalle tiedonsiirtokapasiteetille kysyntää vai riittääkö kuluttajille mahdollisuus päästä laajakaistaisiin yhteyksiin käsiksi "lankaverkon" kautta. Mikä tulee olemaan lankaverkon rooli tässä uudessa langattomassa maailmassa?

2. Nykyiset vaihtoehdot

GSM

GSM:n on jo vuosien ajan tarjonnut suomalaisille mahdollisuuden lähes virheettömään puheensiirtoon, lyhyiden tekstiviestien lähettämiseen ja jopa datasiirron mahdollisuuden tietyissä rajoissa. Lyhyessä ajassa on onnistuttu rakentaamaan koko maan kattava verkko ja kilpailu operaattorien välillä on pitänyt hinnat kurissa. GSM:stä on tullut suomalaisille arkipäivää ja samalla kuluttajat ovat tulleet vaativimmiksi ja pakottaneet valmistajat kehittämään aina vain parempia tekniikoita, joilla päästään suurempiin tiedonsiirtokapasiteetteihin ja parempaan palvelun laatuun.

GSM-evoluutio

• Ensin tuli puhe.
• Sitten tuli tekstiviestit.
• Seuraavaksi tulevat WAP, GPRS ja EDGE.

Alunperin GSM:n tarkoitus oli siirtää puhetta digitaalisessa muodossa ja huomattavasti vähemmin virhein kuin edeltäjänsä NMT-900. Ensimmäisissä GSM-puhelimissa tekstiviestitkin oli vain lisäarvopalvelu. Sittemmin ne ovat saavuttaneet valtaisan suosion. Internetin ja sähköpostipalvelujen yleistymisen myötä ihmisten mieliin on tullut ajatus kannettavasta internet-palvelusta kännykän välityksellä. Tähän ongelmaan ratkaisuna ollaan tuomassa WAP:ia, joka tulee tarjoamaan internetille ominaisia palveluja, mm. pankkipalvelut, joskin suppeassa muodossa.

WAPissa käytetään WML kuvaus kieltä jolla mahdollistetaan internetistä tuttujen HTML:n tyylisten sivujen esityksen WAP-selaimessa. WAP-sinällään ei ole sidottu ainoastaan GSM:ään, koska se käyttää GSM:ää vain siirtotienä. WML kuvauskieli on suunniteltu langattomille verkoille siten, että se toimii vaikka siirtotie on kapeakaistainen.

GSM-evoluution viimeisimpiin suurempiin portaisiin kuuluu GPRS, jossa multi-slot- ja pakettikytkentä tekniikan avulla saadaan nostettua tiedonsiirtokapasiteettia.

Seuraava evoluution vaihe on uuden algoritmin esittely datasiirrossa, joka tarkoittaa että yhden aikavälin tiedonsiirtokapasiteetti nousee 9,6 kbit/s aina 14,4 kbit/s. Tästä tekniikasta käytetään nimeä EDGE.

GSM-tekniikka

GSM on TDMA tekniikkaan perustuva matkapuhelinjärjestelmä. GSM toimii 890-960 Mhz taajuusalueella ja tämä taajuusalue on jaettu 124 kaksisuuntaiseen radiokanavaan (yhteensä radiokanavia 248). Jokainen radiokanava on jaettu 8 aikaväliin. Yhden aikavälin tiedonsiirtokapasiteetti on 9,6 kBit/s sekunnissa, joka riittää hyvin puheen, tekstiviestien ja kuvaviestien välittämiseen. Suurempien datamäärien siirtämiseen nopeus on kuitenkin aivan liian pieni ja palvelut jotka vaativat suurien datamäärien siirtoa ovat kohtuuttoman hitaita. Alussa käyttöön otettujen 900 Mhz taajuuksien loppumisen takia on nykyisin otettu käyttöön yleisemmin citypuhelimen nimellä tunnettu 1800 Mhz taajuusalue.

GSM ei ole täysin maailman laajuinen standardi tästä hyvänä esimerkkinä ovat Japani ja USA, jotka käyttävät molemmat omanlaisiaan GSM:n variantteja, jotka eivät toimi muualla maailmassa.

GPRS-tekniikka

GPRS on variantti GSM:stä, joka tarjoaa pakettikytkentäisen ilmarajapinnan käyttäen apunaan perinteistä GSM-verkkoa. GPRS:ssä esitellään myös uusi tapa varata aikavälejä jolloin yksi GPRS terminaali voi varata useamman kuin yhden aikavälin aina 8. aikaväliin saakka, joka tarkoittaa tiedonsiirtokapasiteetin olevan 9.6 kbit/s aina 171,2 kbit/s asti.

GPRS:n voidaan katsoa olevan aina kytketty toisin kuin perinteisten piirikytkentäisten verkojen. Tämän takia ei tarvita varsinaista yhteyden kytkemistä vaan yhteys on välitömästi olemassa kun on dataa mitä pitäisi lähettää. Luonnollisestikin olettaen, että yhteys tukiasemaan on olemassa.

GPRS luo jo paljon lisämahdollisuuksia uusille lisäarvopalveluille, koska siinä kytkennän kohde voi olla yhtä hyvin toinen matkapuhelin kuin internet osoite. GPRS siis tarjoaa jo alusta alkaen matkapuhelimen käyttäjälle mahdollisuuden surffata internetissä.

3. Tulevaisuuteen UMTS:n voimin

GSM-tekniikka tulee muutaman vuoden sisällä tiensä päähän, kun käyttäjien vaatimustaso palveluiden ja sitä kautta tiedonsiirtokapasiteetin suhteen kasvaa.

UMTS tulee ylittämään nykyiset siirtonopeudet moninkertaisesti ja tuo mukanaan tukuittain uusia mahdollisuuksia ja ongelmia. UMTS tuo langattomien päätteiden ulottuville kaikki nykyisen kiinteän verkon palvelut ja mahdollistaa uusien, enemmän siirtokapasiteettia vaativien palveluiden luomisen. UMTS itsessään ei ota kantaa sen päälle rakennettujen palvelujen tyyppiin vaan mahdollistaa aivan uudenlaisten palvelujen luomisen.

Suomeen on kaavailtu enintään neljää rinnakaista UMTS-verkkoa. Suomessa otetaan heti alkujaan lähes koko UMTS:lle suunniteltu ja maailmanlaajuisesti hyväksytty taajuusalue. Tällä tavoin on luotu edellytykset usealle rinnakaiselle operaattorille, jotka voivat kilpailla keskenään. Nämä neljä UMTS:lle varattua taajuusaluetta tullaan jakamaan siten, että kolme niistä annetaan maan kattaville operaattoreille ja neljäs tulee ns. paikallisoperaattoreiden käyttöön.

UMTS:n tuomia etuja ovat helppokäyttöiset ja muunneltavat palvelut käyttäjän omien mieltymysten mukaan. Tosin UMTS:n päätehtävänä tulee vielä vuosia olemaan GSM:stä tuttujen lisäarvopalveluiden välittäminen ja todennäköisesti käyttäjät tulevat vaatimaan korketasoista puheensiirtoa yhdessä tiedonsiirto- tai kuvansiiro-ominaisuuksien kanssa, mutta uusien lisäarvopalveluiden kasvu tulee todennäköisesti olemaan suurta.

UMTS-tekniikka

UMTS- verkko tulee perustumaan sekä W-CDMA- että TDMA-tekniikkaan. Käytettävän tekniikan valmistajat voivat itse valita, koska standardissa määritellään, että UMTS verkon tulee tukea molempia tekniikoita. Pakettikytkentäistä tekniikkaa käytettäessä saadaan taajuusalue tehokkaaseen käytöön muodostamalla samalle radiokanavalle useita virtuaalisia yhteyksiä. UMTS:lle on varattu Euroopassa 2Ghz:n alueelta 230 Mhz:n taajuuskaista, joka vapautuu muulta liikenteeltä 2000-luvun alussa.

UMTS tarjoaa erilaisia tiedonsiirtonopeuksia erilaisia käyttäjien tarpeita varten. Vaihtoehtoina ovat 144kbit/s, 384kbit/s tai 2Mbit/s, joiden on tarkoitus tarjota monipuolisia, kiinteän verkon tasoisia palveluita asiakkaille. 144 kbit/s riittää jo videoneuvotteluun ja 384 kbit/s riittää TV-kuvan ja -äänen välitykseen.

Siirtymävaihe GSM:stä UMTS:iin

GSM- ja UMTS-tekniikat tulevat todennäköisesti toimimaan vielä vuosien ajan rinnakkain siten, että UMTS-verkko rakennetaan ainoastaan taajamiin ja maakunnissa käytetään yhä GSM:ää. Harvaan asutuille alueille ei ole järkevää rakentaa UMTS-verkkoa, jonka solukoko on huomattavasti pienempi kuin GSM:n. Taajama-alueilla on sen sijaan mahdollisuus rakentaa tukiasemia riittävän tiheään, jotta UMTS toimisi tehokkaasti ja kattavasti.

UMTS tulee käyttämään hyvin pitkälti jo olemassa olevaa GSM:n infrastruktuuria ainoastaan ilmarajapinnat tullaan ensimmäisessä vaiheessa rakentaamaan uudelleen käyttäen UMTS-standardin määrittelemää tekniikkaa.

Ennen siirtymistä UMTS:iin GSM ottaa vielä yhden kehitysaskeleen, kun GPRS-tekniikan avulla saadaan lisää siirtokapasiteettia ja uuden tyyppisiä palveluita nykyiseen 2. sukupolven matkapuhelin verkkoon. GPRS tulee olemaan ensimmäinen pakettikytkentäinen matkapuhelinverkko.

Ongelmia ja haasteita

Ongelmia tulee siirtymävaiheessa muodostumaan lähinnä datansiirtopuolella. Esimerkiksi käyttäjän siirtyessä UMTS-verkon alueelta GSM-alueelle, hidastuu käynnissä oleva datansiirto huomattavasti ja palvelun saanti voi jopa katketa. Myös laskutuksen suunnittelu ja toteutus on haaste palveluntarjoajille. Jos palvelu edellyttää laajempaa kaistaa kuin mistä asiakas on valmis maksamaan, kuinka palvelun välittäminen käyttäjälle tällöin toteutetaan? Myös verkon laajuuden optimointi kannattavaksi tulee olemaan suuri haaste.

4. Lankaverkon osuus

Mihin oikeastaan tarvitaan enää ns. lankaverkkoa? Tulevatko perinteiset lankapuhelimet tulevaisuudessa katoamaan ihmisten kotoa? Todennäköisesti ei. Lankaverkko tulee varmasti säilymään vielä pitkään kotona ja työpaikolla huolimatta matkapuhelinten määrän valtavasta kasvusta. Mutta samalla kun matkapuhelinten osuus kasvaa niin todennäköisesti tuo tuttu ja turvallinen lankaverkon puhelinkoje vaihtuu tietokoneeseen, jolla samanaikaisesti hoidetaan niin normaali puhelinliikenne kuin internetissä surffailu ja TV:n katselu. Tällaisia kotona tai työpaikan pöydällä ainiaasti pysytteleviä laitteita ei välttämättä kannata kiinnittää langattomaan verkkoon vain varaamaan jo muutenkin rajallisia taajuuksia. Varsinkin kun lankaverkon kapasiteetti kulkee vielä paljon langattoman verkon suorituskykyä edellä. Siten lankaverkollekin löytyy kyllä paikka myös uudessa langattoman viestinnän maailmassa.

Loppujen lopuksi kaikki liikenne aina välillä eksyy ilmatielle ja sitten toisinaan lankaverkkoon. Meneehän matkapuhelimella soitettu puhelu tukiasemasta normaalin puhelinverkon kautta lankapuhelimeen tai sitten takaisin tukiasemaan josta se ohjataan vastaanottajan matkapuhelimeen. Herääkin kysymys, missä menee ero langallisen ja langattoman yhteyden välillä?

5. Lyhenteiden selityksiä

6. Lähdeviitteet

UMTS Forum - http://www.umts-forum.org/
GSM World - http://www.gsmworld.com/
3rd Generation Partnership Project - http://www.3GPP.org/
UMTS pages of VTT - http://www3.vtt.fi/tte/nh/UMTS/
UMTS - http://sirius.be/umts.htm
Third Generation Wireless Standards to Shape Internet's Future - http://www.commnow.com/3rd_Generation.html

7.Tekijät

Tietoverkkolaboratorio on nyt osa Tietoliikenne- ja tietoverkkotekniikan laitosta. Tällä sivulla oleva tieto voi olla vanhentunutta.

Kurssien ajantasainen tieto on MyCourses-palvelussa.