Jul 02 2008
So long, and thanks for all the fish
Het nieuwsje zat deze week wat vermoffeld in de financiele katern van de betere kranten, zonsverduisterd door de Fortiscrisis en de Inbevsaga. En toegegeven, voor veel van onze landgenoten zal de gebeurtenis onopgemerkt voorbijgaan. Toch markeert het een einde van een tijdperk, zij het dan vooral voor degene die in een onopgemerkt moment wel enige sentimentele waarde aan een technologie durven te hechten. Zoals ondergetekende. De op handen zijnde verandering? De afschaffing van het GSM systeem in België.
Voor iedereen van lolwut gaat, toch het een en het ander rechtzetten. De Belgische overheid is niet van plan de mobiele communicatie af te schaffen, maar wel GSM. In België hebben we, compleet volgens onze multitalige traditie, een neiging tot Babylonische spraakverwarring die zich vooral uit in leen- en bastaardwoorden. Zo noemen wij het toestel voor mobiele communicatie dat in omringende landen een mobieltje of een handy heet in Belgie een GSM. Dit terwijl GSM enkel de gebruikte technologie voor het tot stand brengen van de draadloze communicatie is. Het concept is wat vergelijkbaar met typische termen zoals Velcro in plaats van klittenband of Tairap in plaats van snelbinder.
Wat geschiedenis
GSM is in feite een backcronym voor Global System for Mobile communications en is ouder dan je op het eerste gezicht zou verwachten. Al in 1982 creeerde het Europees instituut voor posterijen en telecommunicatie in een vlaag van technologische vooruitziendheid die zo typerend voor de Europese instituten is de Groupe Spécial Mobile. In die tijd baatte Belgacom te Brussel al een mobiel telefoonnetwerk uit met een schrikwekkend klein bereik en dito klantenbestand. Hun systeem had een coverage die toch wel de volledige Brusselse binnenstad bedekte en die tot 128 mobiele telefoons aankon. Spraak werd volledig analoog en onversleuteld door de lucht verzonden en het was een makkie om de gesprekken af te luisteren of zelfs om op iemands kosten te bellen. Bovendien gebruikten de mobiele zenders vermogens tot 6 Watt, wat genoeg was om je kop koffie warm te houden en je een bult te heffen aan batterijen.
De nood aan een digitaal systeem was dus hoog, wilde men mobiele communicatie voldoende groeikansen geven. Wegens de complexiteit in het ontwerpen van een digitaal, laag vermogen systeem met een ver bereik en een hoog aantal gebruikers duurde het evenwel nog tot 1991 vooraleer het eerste GSM netwerk commercieel beschikbaar werd. De eer viel te buurt aan Finland, waar een van de drijvende krachten Ericsson gevestigd was. De technologie was echter zo’n schot in de roos dat nauwelijks twee jaar later al meer dan een miljoen mensen in 48 verschillende landen van een GSM telefoon gebruik maakten. De groei was niet te stuiten. Volgens de laatste cijfers had het systeem in 2007 meer dan drie miljard gebruikers in meer dan 212 landen, ofte een marktaandeel van 82%.
En toch heeft het Belgisch Instituut voor Posterijen en Telecommunicatie onlangs besloten om GSM vanaf 2013 af te schaffen. De opvolger? UMTS. Uiteraard.
Very technical
Is GSM dan zo’n inefficiënte technologie? Het tegendeel is waar. GSM blinkt uit door zijn eenvoud. In de jaren ‘80 kon men het zich niet veroorloven dure, ingewikkelde en stroomverslindende elektronica in een mobiel apparaat te plaatsen. Vaak bestónd die technologie nog niet eens. De oplossing was echter o zo eenvoudig: plaats alle ingewikkelde zaken in het basisstation (de zendtoren) en houd het mobiele apparaat zo simpel mogelijk. Net om die reden werd GSM zo populair: de mobiele telefoon kon tegen een zeer voordelige prijs geproduceerd en verkocht worden. Een concurrerende (Amerikaanse) standaard, zijnde CDMA, had het heel wat moeilijker. Hoewel deze technologie in principe superieur aan GSM was deed zijn kostprijs hem de das om. CDMA raakte nooit aan een marktaandeel ver boven de 10%.
Het succes van GSM: houd het mobieltje zo simpel mogelijk en verplaats alle complexe zaken naar het basisstation.
GSM hanteerde een relatief efficiënt gebruik van de beschikbare ether. In de regel werd en wordt van de 900MHz band gebruikt gemaakt, later uitgebreid met de 1800MHZ band. Deze band is in twee smalle ‘zones’ van elk 25MHz opgedeeld. De zone 890 tot 915MHz bevat de frequenties die je GSM toestel gebruikt om met het basisstation te communiceren. De zone 935 tot 960MHz bevat dan weer de frequenties die het basisstation gebruikt om met je GSM toestel te praten. Door het gebruik van aparte frequenties is zogenaamde full duplex communicatie, ofte de mogelijkheid om tegelijk te zenden en te ontvangen, mogelijk.
Of toch, dat zou je denken. GSM maakt immers gebruik van een vernuftig systeem waarbij je toestel slechts af en toe met het basisstation ‘praat’. Iedere 25MHz band is opgedeeld in 124 kanalen ofte discrete frequenties die zich elk 200kHz van elkaar bevinden. Zo heb je een kanaal dat zich op 935,2 MHz bevindt, een op 935,4 etc … Je GSM toestel kiest een kanaal uit en gebruikt dit om met het basisstation te communiceren en vice versa. Wil dit dan zeggen dat je slechts 124 toestellen tegelijk kan gebruiken? Nee, want hier wordt het vernuftige trucje toegepast. Ieder kanaal deel je immers met acht of zestien andere GSM gebruikers. Eén achtste of één zestiende van de tijd mag jij gebruik maken van het kanaal om je zegje tegen het basisstation te doen, de rest van de tijd moet je wachten op de andere. Het basisstation zegt tegen elk GSM toestel wanneer het zijn beurt is om te spreken en wanneer ie moet wachten.
Natuurlijk is zo’n systeem niet zo heel handig. Stel je voor dat je slechts één achtste van de tijd effectief met je gesprekspartner kan spreken. Het GSM toestel ‘buffert’ met andere woorden alle ingesproken data en stuurt deze, wanneer het zijn tijd is om te praten, in een burst door naar het basisstation. Dit werk perfect voor spraak, maar helaas voor GSM gebruiken we de laatste tijd onze mobiele telefoons voor véél meer zaken dan enkel om met elkaar te praten…
Omdat je de kanalen bij GSM met minstens acht andere personen moet delen is de bruikbare bandbreedte beperkt tot maximum 13kbit/s. Alhoewel dit voor spraak wel volstaat is dit zeker niet bruikbaar voor andere digitale communicatie. Wie al eens van WAP gebruik gemaakt heeft weet waarover we het hebben. Aangezien je per kanaal bovendien tot acht of zestien gebruikers beperkt bent en je over 124 kanalen beschikt ben je dus in staat per antenne tot bijna 2.000 gebruikers te bedienen. Voor de jaren ‘90 was dit ruim voldoende, maar voor de nieuwe eeuw helemaal niet meer. Verder gebruikt GSM een toch niet zo aangename 2 Watt aan zendvermogen. Dit legt niet alleen een beperking op het batterijleven, de laatste jaren rijzen er ook steeds meer vragen in verband met het aan je oor houden van een krachtige microgolfzender.
Yippie-ka-yeey
Enter CDMA, de technologie die het zo moeilijk had om GSM te bekampen. CDMA had het dankzij een relatief groot marktaandeel in de Verenigde Staten - American technology for the American people, weet je wel - overleefd en was back with a vengeance. In tegenstelling tot GSM maakt CDMA geen gebruik van het time sharing systeem. Ieder signaal voor iedere aangesloten mobiele telefoon wordt met een ‘random’ code, enkel door de ontvanger gekend, versleuteld. Alle te verzenden signalen worden dan ‘opgeteld’ of ’samengemixed’ en verzonden. Het ontvangende toestel is in staat om het signaal dat van ‘zijn’ code voorzien is er uit te filteren, net zoals je als kleuter in staat was om de driehoekige blokjes in het driehoekige gaatje en de vierkantje blokjes in het vierkantje gaatje te stoppen.
Alhoewel de bandbreedte van CDMA wel groter is dan GSM volstaat het nog steeds niet voor moderne datacommunicatie. De bandbreedte is echter zeer eenvoudig te verhogen. Aangezien alle mobiele CDMA toestellen simultaan hetzelfde kanaal gebruiken kan je meer gegevens oversturen door gewoonweg meerdere kanalen te gebruiken. Je breekt de te verzenden data op in verschillende pakketjes en verstuurt deze simultaan over verschillende parallelle kanalen naar de ontvanger, die ze dan terug samenpuzzelt. Dit systeem werd door het Japanse NTT DoCoMo concern ontwikkeld en kreeg de naam W-CDMA (Wide CDMA) mee.
W-CDMA alleen volstond echter niet. Het was een technologie voor draadloze communicatie, maar er bestond geen framework rond. De 3GPP, een internationale telecommunicatiewerkgroep waar vooral Europa de drijvende kracht in is, koos W-CDMA als interface voor hun UMTS netwerk. UMTS combineerde W-CDMA en GSM technologie. Meer bepaald werden de spraakmodulatiecodecs van GSM behouden wegens hun efficiënt bandbreedtegebruik.
GSM technologie als meest efficiënte onderdeel van UMTS
Dat de brede kanalen hun vruchten afwerpen mag echter wel een feit zijn. UMTS, voorzien van het HSDPA systeem, laat theoretische downstreamsnelheden tot 14MBit/s toe, ofte duizend maal meer dan GSM. Bovendien is het zendvermogen heel wat lager. Je bespaart niet enkel op je batterij, maar je warmt er je hersencellen ook minder mee op.
Rozeschijn en manegeur?
En toch blijft er nog een heikel punt met UMTS. Alhoewel het zendvermogen lager ligt neemt het stroomverbruik van de mobiele telefoon significant toe. De oorzaak ligt hem in de complexiteit van de signaalverwerking. Bij het simpele GSM moest het mobieltje slechts één kanaal openhouden en alles wat daar binnenkwam decoderen. Nu moet hij echter verschillende signalen opvangen, decoderen én terug samen puzzelen tot een coherent geheel. Dat vergt voor de mobiele telefoon heel wat inspanningen. Moesten alle kanalen dezelfde delay hebben, dat is moesten alle signalen die tegelijk door de toren worden uitgezonden ook tegelijk op de telefoon toekomen, zou alles zeer simpel zijn. Ieder kanaal volgt echter een licht gewijzigd pad en stoot wel eens op obstakels zoals atmosferische omstandigheden, weerkaatsing door gebouwen of bewegend autoverkeer. Niet alle signalen die nodig zijn om een pakketje terug samen te stellen komen dus op hetzelfde moment aan, en vaak hebben alle signalen aan hun reis door de ether een aparte vervorming over gehouden en dienen ze dus apart ‘opgeschoond’ te worden. Heel wat werk voor de foon om met dit alles rekening te houden.
Alhoewel het zendvermogen van UMTS toestellen dus lager ligt wordt dit volledig teniet gedaan door de noodzakelijk hogere verwerkingskracht van de ingebouwde processor. Dit hogere stroomverbruik is bvb de reden waarom Apple hun eerste iPhone van de tragere, op GSM gebaseerde EDGE technologie voorzag i.p.v. onmiddellijk voor de 3G technologie van UMTS te gaan.
Gelukkig voor de consument maakt de halfgeleiderindustrie echter een steeds snellere evolutie door. Mobiele processors worden steeds krachtiger en zuiniger. Combineer dit met steeds efficiëntere batterijen en het stroomverbruik van 3G apparaten is binnen afzienbare tijd geen issue meer.
Er zijn nog meer voordelen. UMTS kan dan wel tot duizend maal sneller dan GSM zijn, de consument zal er niks meer voor betalen. Er zijn geen voornemens om de huidige tariefplannen om te gooien, integendeel, mobiel dataverkeer zal steeds goedkoper worden (duurder kan moeilijk). Ook voor providers wordt het versturen van data naar hun abonnees goedkoper. Daar staat dan weer tegenover dat de telecom concerns grote investeringen in extra zendmasten en de nodige licenties voor het gebruik van de frequenties hebben moeten doen. Al bij al echter zaken die met de huidige omzetcijfers relatief snel afgeschreven kunnen worden.
UMTS: minder gezondheidsrisico’s?
Een ander voordeel betreft de mogelijke gevaren van mobiel bellen voor de volksgezondheid. Hier is al heel wat inkt over gevloeid zonder dat er ondubbelzinnig verifieerbare resultaten zijn geboekt, maar het is niet zo gevaarlijk aan te nemen dat UMTS minder risico inhoudt dan GSM. Als eerste zijn er natuurlijk de lagere zendvermogens, zowel van toestel als van basisstation. Er zijn echter wel heel wat meer van die stations nodig, maar die zenden allemaal op lagere vermogens uit. Als tweede punt is UMTS breedbandcommunicatie, terwijl GSM smalband is. Simpel gezegd komt het er op neer dat GSM al zijn vermogen in een zeer smalle frequentieband uitstraalt, terwijl UMTS meer ‘uitwaaiert’. Vergelijk het met een tuinslang die je op de harde spuitstand of de brede sproeistand kan zetten. Alhoewel ook het onderzoek hier naartoe ook niet zonder twistpunten zit is het wel logisch om aan te nemen dat breedbandcommunicatie minder schadelijk voor organische weefsels is dan smalband. Natuurlijke omgevingsstraling is bijvoorbeeld ook over zeer brede zones.
Alhoewel het verdwijnen van GSM in principe niets dan voordelen biedt gaat er met deze technologie toch een monument verloren. GSM was de eerste technologie die goedkope draadloze communicatie mogelijk maakte. Een hele generatie is er ondertussen mee opgegroeid en het heeft een enorme impact op onze manier van leven gehad. GSM is echter het slachtoffer van zijn eigen succes geworden: het steeds stijgende aantal gebruikers en de steeds hogere nood aan netwerkcapaciteit doen de technologie uiteindelijk de das om.
Het verdwijnen van GSM markeert ook de start van een nieuwe stille revolutie. In een tijdperk waarin netwerkbeheerders steeds meer analoge signalen schrappen (denk maar aan TV uitzendingen) is GSM het eerste digitale slachtoffer. Een teken aan de wand dat de evolutie in de telecommunicatiesector steeds sneller verloopt.
Of niet?
Of misschien niet? Bij nader inzien spelen bij het schrappen van GSM economische redenen een even belangrijke hoofdrol als de technologische. Niet alleen beschikken de providers over een duur UMTS netwerk dat moet renderen, er is ook nood aan een reshuffle van de (Belgische) frequentieplannen. Nu beschikken Belgacom (via Proximus) en Mobistar over een 900MHz licentie terwijl Base enkel een 1.800MHz licentie heeft. Alhoewel deze hogere frequentie meer bandbreedte toelaat heb je er wel heel wat meer zendtorens voor nodig. Alle marktspelers gelijke wapens geven is niet minder dan logisch.
Bovendien maakt de overstap naar UMTS ook plaats vrij voor een vierde licentie. Telenet wordt door velen als de grootste kanshebber hierop getipt.
Bovendien maakt de overstap naar UMTS ook plaats vrij voor een vierde licentie. Telenet wordt door velen als de grootste kanshebber hierop getipt. Het Mechelse telecombedrijf is al een eindje bezig met mobiele experimenten en een eigen netwerk zou een logische volgende stap zijn. Bovendien is het UMTS framework volledig integreerbaar in het Telenet netwerk. Daar komt dan nog eens bij dat UMTS zich perfect leent tot het aanbieden van mobiel internet met een degelijke snelheid, een perfect verlengstuk voor een bedrijf dat het gros van zijn inkomsten uit internettoegang haalt.
En alhoewel de technologische evolutie steeds sneller gaat zit draadloze communicatie bijna op zijn tandvlees. UMTS is een zeer krachtige technologie die, met behulp van de HDSPA upgrade, relatief hoge snelheden kan aanbieden. Toch zijn er nog fysische grenzen die je niet kan overbruggen. De snelheid van UMTS kan je simpelweg uitbreiden door het aantal kanalen te vergroten, maar dit gaat ten koste van energie en, vooral, ten koste van ether. De draadloze signalen nemen zo een steeds groter gedeelte van de ether in en zullen onvermijdelijk voor interferentie met elektronische apparatuur gaan zorgen.
Een andere manier voor capaciteitsverhoging is het verhogen van de frequenties. Dit gaat opnieuw ten koste van energie en, vooral, van bereik. En laat meer zendtorens bijbouwen nu net eens iets zijn dat niemand ziet zitten. Bovendien worden apparaten die aan enkele gigaHertzen uitstralen toch al gevaarlijke microgolfoventjens.
Voor UMTS is er kortweg nog geen opvolger bedacht. De volgende iteratie is het LTE of Long Term Evolution initiatief en dient vooral om de efficiëntie van UMTS te verhogen. De technologie zelf is alvast een blijver.
Als afsluiter is er overigens een markante omgekeerde evolutie merkbaar. Door het overstappen naar UMTS en het schrappen van analoge televisieuitzendingen komen lagere frequentiebanden, zoals de 700MHz (TV) en 900MHz vrij. Deze banden bieden dan wel minder bandbreedte, maar hebben wel een groter bereik (minder torens nodig). Verschillende telco’s bieden dan ook op deze ‘inferieure’ frequenties om een goedkoper netwerk uit bouwen voor klanten die met minder ook tevreden zijn. Less is more.
Leave a Reply
You must be logged in to post a comment.
