27.11.2015

Tukiasemat

Tukiasema on operaattorin omistama boksi, joka sisältää elektroniikkaa. Masto ei ole tukiasema. Sama boksi voi hoitaa GSM-, 3G- ja 4G-liikenteen.
Boksissa on kiinni yleensä 2 tai 3 suunta-antennia. Tukiasema voi olla myös sisällä esim kauppakeskuksessa. Se on erittäin edullista kaikille; kännykät säästää akkua ja operaattori saa hyvän signaalin (Mbit/s) eli paljon samanaikaisia käyttäjiä tukiasemaa kohti. Yhteyksien määrää rajoittaa prossuteho eikä radiotie.

Tukiaseman lähetin

Tukiaseman lähetin on majakka joka vilkkuu tasaisesti 0.01 sekunnin (TTI = 10ms) välein. Siinä purskeessa lähtee data jokaiselle känny- ja mokkula-asiakkaalle siinä antennisektorissa. Tämä on ns. downlink suunta. Sillä on oma kiinteä operaattorikohtainen taajuus, ja myös uplinkeillä (kännykän lähetin) on omat operaattorikohtaiset taajuudet. Uplink ja downlink voi siis toimia samaan aikaan (full duplex).

Olennaista on tietää, että tukiaseman jokaisessa lähetinantennissa

  • antenni ei lähetä milloin sattuu, vaan purske lähtee tasan 100 kertaa sekunnissa (tosin on olemassa myös TTI = 2ms vaihtoehto, mutta sama periaate)
  • lähetin ei ole "kuin" majakka, vaan se on majakka. Fotoneilla on vaan eri taajuus, ja purskeeseen on moduloitu enemmän dataa
  • lähetin ei lähetä minkä pituisia purskeita tahansa, vaan kesto on maksimissaan TTI, koska silloin lähtee aina uusi paketti
  • tukiasema lähettää eri taajuudella kuin kännykkä. Tästä käytetään nimeä FDD (Frequency-division duplexing). Aikajakoinen TDD ei ole Suomessa merkittävä
  • jokaisella operaattorilla on oma taajuuspari uplink & downlink, ja luvat antaa Viestintävirasto
  • jos valtiossa on kolme 3G-operaattoria, niin varattuja 3G-taajuuksia on siis 6 kappaletta
  • Vaikka lataat gigatavun tiedostoa mokkula-yhteydellä, niin 5 taajuutta kuudesta voi olla lähes käyttämättä, ja maanteillä tai öisin yleensä onkin. Aika tehotonta.
    Tähän on onneksi tulossa iso parannus, joka olisi pitänyt tehdä 25 vuotta sitten.
    Pieniä parannuksia on jo tehty, esim Sonera ja DNA yhdistivät 900 MHz verkkonsa, jolloin maaseudulla on puolittuneen hinnan lisäksi mahdollisuus saada tuplanopeus !

    Keskitaajuudet Manner-Suomessa
    Operaattori3G uplink3G downlink4G uplink4G downlink
    Elisa193021202557,52677,5
    DNA1950214025102630
    Sonera197021602532,52652,5
    Ukkoverkot 450eiei454,675464,675
    Ukkoverkot 2600eiei25952595


    Keskitaajuudet Ahvenanmaalla
    Operaattori3G uplink3G downlink4G uplink4G downlink
    Elisa1942,72132,7eiei
    Sonera1972,32162,325252645
    Ålands Telekommunikation1927,82117,825552675

    Lisäksi on viranomaisten Virve-verkko.

    Ukkoverkot on siis pelkkä 4G operaattori. He eivät tarjoa puhe- tai tekstiviestipalvelua, pelkkä "mokkula" eli internet. Puhelut ja viestit pitää hoitaa esim. Skypellä. On epäselvää että toimiiko WhatsApp, koska se vaatii puhelinnumeron. Merkille pantavaa, että uplink on sama kuin downlink, ilmeisesti CSMA/CD -tekniikalla.

    3G kaistanleveydet ovat 20 MHz sekä uplink että downlink. Ei ihan optimaalinen jako. Aikajakoinen TDD olisi joustava, mutta monimutkainen tekniikka.
    Esim hetkittäisesti 80% uplinkille jos lähetystarve vaatii. TDD-verkoille on varattu alue 1900-1920 MHz, mutta ei liene käytössä.

    4G kaistanleveydet ovat 20-30 MHz paitsi Ukkoverkoilla 4,5 MHz 450 MHz kaistalla. Ukkoverkot hoitaa esim junien verkkoyhteyksiä ja peittää käytännössä koko maan matalan taajuuden ansiosta.

    Solut

    Tien varressa olevassa mastossa on kaksi suunta-antennia (operaattoria kohti), ja taajamissa yleensä kolme. 3G-systeemissä (CDMA-tekniikka) vierekkäisissäkin soluissa saa olla sama taajuus, ja onkin. Solun koko riippuu tukiaseman lähetystehosta, ja se muuttuu tarpeen mukaan, kuorman perusteella. Jos jossain solussa on paljon trafiikkia, niin tukiasema pienentää tehoa, jotta solun ulkorajoilla olevat kännyt siirtyisivät viereisen solun käyttäjiksi. Tämän nimi on soluhengitys.

    Naapurusto

    Jos naapurustossa on paljon Netflix/Elisa Viihde käyttäjiä mokkula-yhteyden päässä, niin olet kusessa, koska solun kapasiteetti on teille yhteinen. Tässä ei kuluttajasuoja oikein toimi.

    Raja-alueet

    Maiden rajoilla on usein tilanne, että kaksi operaattoria käyttää samaa taajuutta. Data erotetaan silloin Gold-koodeilla, vastaavasti kuin solut eroavat toisistaan.
    Rajaseuduilla ihmiset maksavat samoja kuukausimaksuja, vaikka käytössä on vähemmän kapasiteettia. Operaattorit voisivat halutessaan kompensoida tämän tihentämällä rajaseudun tukiasemaverkkoa.
    Toisaalta ihmiset ovat jo muutenkin hyvin eri-arvoisessa asemassa sen mukaan, että kuinka kaukana tukiasemasta asuvat (signaalin laatu = nopeus), ja kuinka monen kanssa se pitää jakaa.

    Masto

    Samassa mastossa voi olla päällekkäin useamman operaattorin antennit. Huono asia jos masto kaatuu tai sähkönsaanti loppuu, mutta rahaa säästyy.
    Taajamissa mastoja on vähemmän koska tukiasemia voi laittaa rakennuksiin ja savupiippuihin halvemmalla. Jos vesitornissa on tukiasemia, niin se on todennäköisemmin sotilaallinen kohde.

    Lisätaajuudet

    Maaseudulla käytetään usein alempia lisätaajuuksia esim 3G-verkossa 900 MHz. Matalampi taajuus kantaa kauemmas eli verkon rakentaminen (ja joskus sähkölasku) tulee halvemmaksi.
    Saako siellä sitten kuka tahansa käyttää varsinaisia taajuuksia (2100 MHz)? Viestintäviraston mukaan kyllä saa, jos ne ovat jouten. Olen kysynyt.
    Operaattori voisi ehkä käyttää vars. taajuutta esim tukiasemien välisenä linkkinä. En tiedä käyttävätkö, luulen että ei. Kaupunkien lähellä niitä ei voi käyttää tai häiritsee omaa verkkoa, joten linkkeihin tarvitaan joka tapauksessa erillinen taajuus. Toisaalta linkin sijasta voi silloin käyttää kaapelia. Tämän voisi selvittää. Luulen että nykyään linkkien kapasiteetti ei riitä, on pakko käyttää valokuitua. Linkin sähkölasku voi myös olla suuri.

    Tukiaseman lähetysteho

    Koska tukiaseman lähettämä purske sisältää dataa monelle kännylle, niin tehon pitää olla niin suuri, että kaukaisinkin kuulee. Se onkin maksimissaan 20 wattia suunnatusti, kun kännyköissä maksimi on 2 W ympärisäteilevänä.
    Teho on maaseudun isossa solussa aika suuri. Taajamissa pienempi, ettei häiritä naapurisoluja.
    Jos tukiaseman lähistölle tulee paljon käyttäjiä (esim juna pysähtyy asemalle) niin tukarin lähetystehoa pienennetään. Tällöin kauempana olevat alkavat automaattisesti käyttämään toista tukiasemaa. He luulevat että se on läheisin vaikka ei ole. Termi on soluhengitys. Jos tämäkin on ruuhkainen, niin sitten pitää vaan aloittaa priorisointi. Äänen laatu heikkenee, data kulkee hitaammin (per käyttäjä) ja ääritilanteessa uusia puheluita ei enää yhdistetä. Normaalisti ylikapasiteettia on ihan mukavasti, joten verkon toiminta on melkein sataprosenttista siellä missä tukiasemia yleensä on.