Mobilnätets motorvägar tål inte mobiler

Datatrafiken i mobilnäten ökar enormt i Sverige. Vi köper nya smarta mobiltelefoner, pekplattor och 3G-modem till våra bärbara datorer. Somliga har redan tagit klivet till ett 4G-nät. När Post- och Telestyrelsen jämför siffror för de första sex månaderna 2011 med samma period året innan har datatrafiken i mobilnäten i det närmaste fördubblats: från 22 000 terabyte första halvåret 2010 till 42 000 terabyte första halvåret 2011. I takt med att fler abonnenter skaffar smarta mobiler förändras trafikmönstren. En typisk mobiltelefon innehåller massor av appar, och många av dem har en ständigt pågående kommunikation med sina servrar på internet. Några nya meddelanden på Facebook? Är det mitt drag i någon av mina pågående Wordfeud-matcher? Några nya mötesbokningar i min kalender? Har någon av mina vänner använt Foursquare för att tala om att de befinner sig i närheten? – 3G-näten är byggda för överföring av stora datamängder, men inte anpassade för den här typen av småkommunikation. Problemet är att den lastar ner kontrollkanalerna och processorerna i basstationerna, säger Jens Zander, professor i radioteknik på Kungliga tekniska högskolan. Här finns stora skillnader mellan en bärbar dator, som är uppkopplad till mobilnätet med ett modem, och en mobiltelefon. Det är datorerna som står för den stora datavolymen, medan telefonerna totalt dominerar när det gäller den så kallade signaleringen. Enligt nätleverantören Nokia Siemens networks genererar en smart mobil i genomsnitt åtta gånger så mycket signalering som ett modem. Mätningar som företaget har gjort i nät som är i drift bekräftar detta. Företaget nämner ett exempel, där datorerna stod för 60 procent av dataförbrukningen, men bara 1 procent av signaleringen. En annan skillnad är att telefonerna ofta är påslagna dygnet runt, medan datorerna bara används ett par timmar varje dag. – Kontrollsignaleringen är kommunikation som sker mellan mobiltelefon och basstation för att upprätthåll den trådlösa förbindelsen, säger Erik Ström, professor i kommunikationssystem på Chalmers tekniska högskola: – Till skillnad från datatrafik i kablar är radiokanalen tidsvariabel. Så fort du rör dig, eller om omgivningen ändrar sig lite grann, så ändrar sig utbredningsförhållandena ganska radikalt. Signaleringen har inget omedelbart samband med mängden nyttig data som ska skickas, utan med antalet överföringar. När småkommunikationen ökar innebär det ökad signalering, och ökad trängsel i etern. Men det går att samla ihop de mindre datapaketen och skicka dem tillsammans. På kort sikt kan det bland annat lösas genom operativsystem och appar som är utvecklade för att inte skicka små datamängder, något som redan börjat hända. – Telefontillverkarna var inledningsvis inte så duktiga på det här med datasignalering. De tog kunskapen från fasta nät och tillämpade i mobiltelefoner, säger Ulf Ewaldsson, teknikchef på Ericsson. Webbläsare är till exempel byggda för att fungera i fasta nät, men där jobbar man nästan alltid med obegränsad bandbredd numera. Det innebär att man inte varit tvungen att optimera webbläsarna för att hålla en lägre signalering. – Den kunskapen vi har om detta försöker vi föra över till telefontillverkarna. Och till företagen som utvecklar appar. Vi har varit med och trimmat några av de största mobilapparna i världen, säger Ulf Ewaldsson. Erik Ström på Chalmers tar upp idéer om basstationer som kan placeras på bussar och tåg. – Där sitter många abonnenter under ett plåttak och bakom fönsterrutor och har rätt dålig täckning. Kanske går det att sätta en basstation på bussens tak, som får fungera som relästation för alla passagerare. Det skulle ge dem bättre täckning och dessutom spara radioresurser, eftersom passagerarnas trafik skulle kunna aggregeras, säger han. Andra tankar handlar om mobiltelefoner som ibland väljer bort mobilnäten helt och i stället väljer andra kommunikationsvägar (se rutan om Terranet på sidan 39). Att flytta en bild från mobiltelefon till en annan görs i dag enklast som en bilaga till ett mejl, även om mobilerna befinner sig i samma rum. Om det var lika lätt att skicka en bild direkt mellan två telefoner, med hjälp av någon radioteknik för kommunikation över korta avstånd, skulle mobilnätet inte behöva vara inblandat alls. Att låta mobiltelefonerna ge sig utanför sitt avgränsade utrymme i etern är också ett sätt att ge plats för mer datatrafik. Det tillgängliga frekvensutrymmet är begränsat: en viss del är reserverat för kommunikation med mobilteknik, medan andra frekvensband används till exempelvis tv, implantat i djur, radiostyrning av modellflygplan och radar. Men att ett visst utrymme i frekvensspannet är reserverat innebär inte att det nödvändigtvis används. Kognitiv radio var en idé som fördes fram för några år sedan. Tanken var att utrustningen i näten skulle hålla koll på var det för tillfället fanns outnyttjat frekvensutrymme och förlägga sin kommunikation dit. Inom EU:s sjunde ramprogram finns flera projekt med inriktning på sekundär frekvensanvändning, så kallad kognitiv radio. Ett av dem leder Jens Zander. – Att låta basstationerna lyssna efter lediga kanaler visade sig fungera dåligt i praktiken. Därför forskar vi nu om andra metoder, säger han. Grundprincipen är fortfarande densamma, att låta mobiltelefoner och modem använda outnyttjat frekvensutrymme för sin datakommunikation. Men det måste göras på ett mycket mer kontrollerat sätt. – Via centrala databaser som innehåller information om vilka kanaler som får användas på en viss geografisk plats kan man styra användningen så att de hundratusentals framtida användarna inte ska skapa störningsproblem. – Särskilt intressant är det utrymme som används för tv, eftersom det har bra vågutbredningsegenskaper inomhus. Det spelar ingen roll var man sätter basstationen – man får bra täckning inomhus i alla fall, säger Jens Zander. I färdiga produkter kommer tekniken därför att påminna om de basstationer för lokala trådlösa nät som i dag finns på arbetsplatser och i hem: Man köper en liten låda som monteras på väggen och kopplas till den fasta bredbandsuppkopplingen. När mobiltelefonen finns i närheten kommer den att kommunicera med den egna basstationen och utanför kontoret eller hemmet med någon av de stora basstationer som operatören monterat upp. Den stora skillnaden jämfört med dagens trådlösa nät är att telefonen själv kan avgöra vilken teknik som är bäst att använda vid varje givet tillfälle. Men mobilbranschen behöver inte bara lösningar på lång sikt. Det behövs också kapacitetsförbättringar nu. Och det får man genom att bygga näten tätare, med mindre avstånd mellan basstationerna. De vanliga telefonsamtalen fungerar bra upp till ett givet avstånd mellan basstationen och användaren. Men ju längre från en basstation som mobiltelefonen eller 3g-modemet befinner sig, desto lägre blir datahastigheten. Det är alltså inte säkert att den tröga mobilförbindelsen vid en viss tidpunkt på en viss plats går att skylla på för många Wordfeud-spelare. Det kan också bero på att man befinner sig för långt från närmaste basstation. Detta är inga nyheter. Att förtäta näten och därigenom öka hastigheten har företagen i mobilbranschen jobbat med under lång tid. Men att bygga ut näten med de traditionella basstationerna är dyrt. Därför har ”heterogena nät” blivit ett hett begrepp. Både operatörer och tillverkare har insett att det krävs nät med basstationer av olika storlek som också använder olika typer av radioteknik för att kunna leva upp till kundernas förväntningar. Man talar om stora celler som ska kompletteras med mindre. Tanken är att leta upp de områden i exempelvis storstäder där täckningen är dålig och komplettera med mindre basstationer. Storleken är viktig, bland annat för att kunna ge bra täckning inomhus, där det är som allra svårast att erbjuda höga datahastigheter. Med inomhuslösningar för 3G och 4G samt kompletterande radiotekniker, där samma teknik som används i trådlösa nätverk i hem och på arbetsplatser, kan datahastigheterna förbättras. Med kompletterande radiotekniker kan datatrafiken, och senare också röstsamtalen när de går som ip-telefoni, ta den för stunden mest lämpade vägen. Men än så länge går inte lokala trådlösa nät, så kallad wifi, så bra att kombinera med mobilnät. Det innebär att man som användare själv måste välja om telefonen ska kommunicera via wifi eller via mobilnätet. Och har man väl valt att aktivera wifi, så prioriteras det framför mobilnätet – även om mobilnätet skulle erbjuda en högre datahastighet. För att wifi på allvar ska kunna bli ett komplement till mobilnäten och hjälpa till att lösa trafikstockningen krävs mer automation med telefoner som själva kan välja den mest fördelaktiga kommunikationsvägen i en given situation. Operatörerna har också börjat bygga 4G-nät. Högre datahastigheter, över 80 megabit per sekund, är det som främst används i marknadsföringen gentemot kunderna. För att nå de här hastigheterna används bland annat en teknik som kallas coordinated multipoint transmission, vilket innebär att flera basstationer samtidigt skickar eller tar emot data till och från telefonen eller datorn. – Anledningen till att man vill använda mycket kraft till en enda telefon är att basstationerna snabbt ska kunna avsluta kommunikationen med den, och sen gå vidare till nästa, säger Ulf Ewaldsson. En annan fördel med 4G jämfört med 3G är att all signaleringsrespons går mycket snabbare. För varje datapaket som skickas ska mottagaren bekräfta att det kommit fram, och i 4G krymper den tiden markant jämfört med 3G. Jens Zander kallar det till och med för den största fördelen med 4G: – Det hindrar bland annat att överföringen hänger sig, när svaren dröjer för länge. Resultatet blir en mycket mer responsiv användarupplevelse, säger han. Om det också innebär ett slut på tröga mobilnät, det återstår att se. Vår aptit på mobil uppkoppling lär inte minska.