Krav om båndbredde øger behovet for mobilmaster

Danskerne må belave sig på flere mobilmaster i landskabet, hvis den mobile datakapacitet fortsat skal vokse.

Forklaringen er, at mens hardwarens datakapacitet og brugen af mobilt bredbånd er vokset eksponentielt de senere år, så har der ikke været en tilsvarende udvikling inden for udnyttelsen eller størrelsen af det radiospektrum, hvor mobilt bredbånd kan fungere.

Den udfordring kan kun løses ved at opstille flere mobilmaster, forklarer professor Preben Mogensen fra Institut for Elektriske Systemer ved Aalborg Universitet.

Læs også: Sådan udnyttes frekvensbåndet

»Flere celler i form af master er ultimativt den eneste løsning, hvis vi skal sikre os, at der fortsat er nok kapacitet,« siger han.

Behovet for flere master hænger sammen med de muligheder, der er for at øge antallet af bit, som det er muligt at overføre i et frekvensområde - altså datakapaciteten.

To knapper at dreje på

Overordnet set er der to knapper at justere på: Enten kan man øge mængden af hertz, som en given teknologi må anvende i et frekvensområde - altså sikre at båndbredden bliver større. Eller også kan man øge udnyttelsen af det frekvensområde, der nu engang er tilgængeligt, forklarer Preben Mogensen.

Med hensyn til den første knap bliver der ganske vist løbende frigivet mere båndbredde til brug for mobil dataoverførsel i båndet fra omkring 300 MHz til 3,5 GHz, som er det område, der er bedst egnet til formålet. Eksempelvis er der med slukningen af det analoge tv-signal blevet frekvenser ledige, som forventes at blive brugt til mobilt bredbånd.

Men mens der bliver frigivet frekvenser i området, forsøger stadig flere operatører og teknologier at klemme sig ind mellem 300 MHz og 3,5 GHz, og så bliver pladsen alligevel trang - især når forbrugerkravet om stigende båndbredde også skal efterkommes.

»Der er stor trængsel i det bånd, fordi teknologien er forholdsvis billig at implementere. Og så er udbredelsesforholdene forholdsvis gunstige, så man kan nå langt i det her frekvensbånd,« siger Preben Mogensen.

Telekunder vil have båndbredde

Samtidigt stiger kravet og forventningerne til båndbredde - både hvad angår fastnetopkoblinger og mobile opkoblinger - i et mønster, der nogenlunde modsvarer Moores lov, som typisk bliver brugt til at forudsige udviklingen inden for computerprocessorer, forklarer civilingeniør Sven Lundbech fra IT- og Telestyrelsens tekniske kontor.

Moores lov forudsiger groft sagt en fordobling i processorkraften for hver 18. måned.

»Hvis man kigger på telestatistikken følger den Moores lov nogenlunde. For mobilt bredbånd går udviklingen faktisk endnu hurtigere for øjeblikket. Folk forventer efterhånden at kunne være mobile og samtidig have de samme muligheder som med for eksempel en ADSL-opkobling,« siger han.

I lyset af den begrænsede frekvensplads og de gunstige radioforhold i området har Preben Mogensen de sidste fire år arbejdet på at klemme så mange bit ind på så få megahertz som muligt for derved at maksimere datakapaciteten i frekvensområdet - den såkaldte spektraleffektivitet.

»Problemet er, at spektraleffektiviteten forbedres meget langsomt, i forhold til hvor hurtigt trafikken vokser. Der kan man slet ikke følge med teknologisk,« siger han.

Fysisk grænse for udnyttelse

Muligheden for at udnytte et givent frekvensområde udspringer af Shannons kommunikationsteori, der blev formuleret af den amerikanske elektronikingeniør og matematiker Claude Shannon.

Teorien sætter en øvre grænse for, hvor mange bit det er fysisk muligt at transmittere gennem luften per hertz. Her er det højest tilladelige ifølge Shannon 3 bit per hertz, mens det praktisk mulige ligger væsentligt under.

Lige nu er middel udnyttelsesgraden for en UMTS-celle omkring 0,6-0,8 bit per hertz, mens den for LTE formentlig kommer til at ligge omkring 1,5, forklarer Preben Mogensen.

»Jo tættere du er på en basestation, des flere bit kan du proppe igennem. Men generelt set er vi ved at være tæt på den maksimale udnyttelse af spektrummet,« forklarer han.

Derfor er den eneste vej til at øge datakapaciteten på mobilt bredbånd i fremtiden flere basestationer. Det betyder nemlig ikke alene, at der kommer færre brugere per basestation, men også at den enkelte bruger oplever bedre sende/modtage-forhold og dermed større datakapacitet, fordi han eller hun sandsynligvis vil befinde sig tættere på en mast, hvis der er flere master.

»Men i sidste ende er det et spørgsmål om økonomi, der kommer til at afgøre hastigheden. Altså hvor mange master, det er rentabelt for operatørerne at sætte op,« siger Preben Mogensen.

Fakta: Det kan frekvenserne bruges til

Jo højere en radiofrekvens ligger i spektrummet, des mere begynder bølgerne at opføre sig som lys. Det bevirker blandt andet, at radiobølger meget højere end 3GHz ikke længere kan trænge gennem forhindringer, som lys heller ikke ville kunne gennemtrænge. Til gengæld har bølgerne lettere ved - ligesom lys - at blive reflekteret, alt efter hvilket materiale de rammer. Det kan eksempelvis påvirke, hvordan et wifi-accesspoint dækker indendørs i en bygning.

»Afhængigt af hvilket materiale, der er på væggene, vil det kunne påvirke dækningen. Noget materiale vil absorbere signalerne, mens andet vil reflektere dem,« forklarer civilingeniør fra IT- og Telestyrelsens tekniske kontor Sven Lundbech.

De lave radiofrekvenser rækker typisk noget længere, end det er tilfældet for de høje frekvenser og kan bl.a. trænge gennem vand og jord. Til gengæld kræver de større antenner, fordi bølgelængden bliver større, jo lavere frekvensen bliver.

»Jo lavere frekvens, jo længere rækkevidde i åbent land. Men de lave frekvenser kræver også større antenner for at opsuge energien. Derfor har gamle NMT-mobiltelefoner også store antenner, mens mobiltelefoner ved 1800 MHz har så små antenner, at de kan bygges ind i telefonen,« siger Sven Lundbech.

Ud over de gængse regler om rækkevidde, bølgelængder, refleksion, line-of-sight og evnen til at trænge gennem materialer, er der også en række andre faktorer, der kan påvirke egenskabene for enkelte frekvensområder. Eksempelvis kan visse frekvenser i kort- og mellembølgeområdet spejle sig i atmosfæren, så bølgerne bliver reflekterede og på den måde kan række hele Jorden rundt.

»Helt op til omkring 30 MHz er udbredelsen meget afhængig af nogle ioniserede lag i atmosfæren. Og det er de lag, der kan gøre, at man kan kommunikere verden rundt ved nogle frekvenser. Men det afhænger også af andre atmosfæriske forhold og sådan noget som solpletter. Det er faktisk yderst kompliceret,« siger Sven Lundbech.

Båndbredden vokser, jo højere frekvenserne bliver, forstået på den måde, at 20 MHz fylder væsentligt mere i lave frekvensområder fra for eksempel 30 Mhz til 300 Mhz end i frekvensområdet fra 300 MHz till 3 GHz.