Celle-nettverk

Før GSM ble innført på tidlig 1990-tall opprettet mobiltelefoner kontakt gjennom én basestasjon, og holdt kontakt gjennom denne til samtalen var fullført[1].

Når lydinformasjonen er myntet på én eneste mottaker, er det ingen gevinst om signalet treffer tusen mottakere: Radiofrekvensen er båndlagt over et stort område, og kan ikke brukes av andre. Ideelt sett skulle signalet gå kun til den som har bedt om overføringen. For å nærme seg dette, brukes i mobilnettet små, svake sendere (basestasjoner) som kun dekker et lite område, en celle. Bare få kilometer unna, i en annen celle, kan samme frekvens brukes til en annen forbindelse, uten at de forstyrrer hverandre.

Et celle-nettverk er basert på en grunnleggende forutsetning om at folk flytter på seg, og kan falle utenfor sin celles område. Da må telefonen, gjerne midt under samtalen, kobles over fra en basestasjon til en annen. Før kontakten brytes, har basestasjonen undersøkt med basen i nabo-cellen, og sender en beskjed til lytterens mobil: Skift til frekvens xxx, der får du kontakt med basestasjon yyy! Dette skjer uten at lytteren merker noe til det, selv om skiftene kan forekomme med få minutters (iblant sekunders) intervall under bilkjøring.

Fordi senderne er så svake, og cellene så små, må det være tett mellom basestasjoner der folk befinner seg – Oslo-sentrum har flere tusen basestasjoner. Totalt har Telenor Mobil i dag rundt åtte tusen basestasjoner, Telia (/NetCom) et tilsvarende antall.


Basetasjoner for mobil
Midtbyen i Trondheim,
april 2016, 168 i alt

Utenom byene er mobiltrafikken lavere; da brukes ofte sterkere sendere og cellene er betydelig større enn i byene. Likevel: Sendere er plassert og dimensjonert for å handtere trafikken etter forventet antall brukere innen cellen. Hvis dette skifter mye, kan utbyggingskostnadene bli store: For å handtere påskeutfarten i fjellet må det bygges opp betydelig kapasitet som stort sett går på tomgang femti uker i året, når arealet er bortimot folketomt.

Utenom allfarvei kan mobildekningen være svært beskjeden. Dette gjelder i særdeleshet for 3G/4G datatrafikk; dekningen for GSM samtaletrafikk er langt bedre. GSM er ikke aktuell for radiolytting.

Cellestørrelse

Da GSM ble etablert, var hele Trondheim delt opp i to celler; trafikken var ikke større enn at de to basestasjonene handterte det greit. Etter hvert som mobilbruken økte, gikk basene i metning, og gigant-cellene ble splittet opp i flere mindre, med hver sin basestasjon. Så måtte disse splittes opp igjen… I dag er det i Midtbyen alene 131 baser for mobil, NTNU-området på Gløshaugen har 28. Det er ingen grunn til å tro at denne utviklingen vil stoppe; i framtida må det settes opp tusenvis av nye baser for å dekke behovene

Det store antall baser skyldes dels et ønske om å redusere sendereffekt og dermed cellestørrelse, slik at en frekvens kan gjenbrukes mange ganger innenfor byen. Dels skyldes det at frekvenser tildelt mobiltrafikk i hovedsak ligger høyt på skalaen. Det medfører at de spres dårlig, og stoppes lett av fjell, murbygninger og til en viss grad av vegger; cellene kan ikke gjøres større.

Da Trondheim hadde to celler befant det seg tusenvis av brukere innen en celle; få forlot den og det kom sjelden mange inn. Antall brukere var ganske konstant. Selv om tjue tusen trondhjemmere flytter seg til Lerkendal Stadion, betyr det lite hvor innenfor cellen de befinner seg. Dessuten: På 1990-tallet var en stor andel av de potensielle brukerne tause; mobilen var ikke i bruk. Selv om prosentandelen telefoner i bruk varierte fra nesten ingen til et par prosent, skjedde det aldri at samtlige brukere samtidig fikk behov for å ringe hjem.

I dag er cellene så små at når tjue tusen brukere trekker til Lerkendal, flyttes tjue tusen brukere over fra andre celler til den cellen som dekker areanen. Uansett hvor liten vi gjør cellen (det er vanskelig å dele opp tribunen i flere celler) kommer det strømmende tjue tusen brukere til den. Vår bruk av mobilen har også endret seg – vi gir ikke korte ‘Jeg kommer ti minutter senere hjem til middag’-beskjeder: Mens vi venter på kampstart kan en betydelig andel av de tjue tusen tilskuerne bruke tiden til å surfe på nettet, høre på radio, kontakte sine venner. Hver kveld med kamp må Lerkendals-cella være forberedt på betydelig større trafikk enn hele resten av Trondheim til sammen.

For Lerkendal kommer ikke dette som noen overraskelse; der vet vi at det kan bli ekstrem trafikkbelastning på kamp-kvelder, og kan bygge ut på forhånd. Andre steder er det vanskeligere å forutse. Når får vi en stor sammenstimling av folk på Nordre, som alle vil sende video hjem av kampen mellom politi og opprørere? Når det er en stor fag-konferanse på Royal Garden Hotel med massevis av VIP-er som må kommunisere med sine hovedkvarterer i pausen, hvor mye må den cellen takle?

Vi ender ofte opp med at selv om cellene er knøttsmå, kan vi risikere at ved spesielle anledninger er det behov for ekstremt mye større kapasitet enn til hverdags. Jo mindre cellen blir, jo raskere blir det ‘ekstremt’: Hvis cellen er så liten at normal-trafikken er ti brukere, vil bare ti ekstra (totalt tjue) bety en dobling. Da en celle dekket halve Trondheim, ville ti ekstra brukere være utbetydelig, men når det utgjør en dobling krever det mer å være forberedt.

Hvis en gammel celle deles opp i ti små-celler kan man ikke forvente at hver av dem får en tidel av trafikken. Hver av dem må kunne ta en vesentlig større andel – i verste fall går kanskje 70-80% av den gamle cellens trafikk til én av de nye små-cellene, selv under ikke-ekstreme vilkår (med mindre man anser kamp på Lerkendal som ‘ekstreme vilkår’). Reduksjon av cellestørrelsen kan både gi store kostnader til ekstra infrastruktur og senderutstyr, og gi mindre kapasitetsøkning enn man håpet på, fordi belastningen på de nye små-cellene er svært ujamnt fordelt.

[1]     Dette gjelder ikke i Norden: Det analoge NMT-systemet (‘Nordisk MobilTelefon’) fungerte på mange måter på samme måtte som moderne celle-nettverk. NMT-erfaringer var essensielle i GSM-designet. Andre land hadde ikke tilsvarende celle-nettverk for mobiltelefon