De basis van mobiele connectiviteit gaat niet alleen over bellen; het gaat erom het maximale nut uit eindige radiogolven te halen. In het tijdperk van analoge 1G-systemen hadden ingenieurs niet de luxe van oneindige bandbreedte. Ze moesten vertrouwen op een geometrische truc: celsplitsing.
Stel je een stad voor die is verdeeld in een zeshoekig raster. Elke zeshoek is een ‘cel’. Om signaalinterferentie te voorkomen, kunnen aangrenzende cellen niet dezelfde frequenties delen. Dit leidde tot het beroemde ‘hergebruikpatroon van zeven cellen’. Een luchtvaartmaatschappij met een brede spectrumtoewijzing zou deze frequenties over zeven verschillende groepen verdelen. Elke cel krijgt zijn eigen unieke set, zodat geen twee aangrenzende torens op dezelfde frequentie kunnen praten.
De wiskunde achter 1G-capaciteit
Laten we eens kijken naar de cijfers voor een typische grote luchtvaartmaatschappij in een grote stad. Mogelijk krijgen ze 832 radiofrequenties toegewezen. Dat klinkt als veel, totdat je begrijpt hoe het systeem werkt.
Mobiele telefoons gebruiken duplexkanalen, wat betekent dat ze twee frequenties per oproep nodig hebben: één voor zenden en één voor ontvangen. Bovendien zijn niet alle frequenties voor spraak. Sommige zijn gereserveerd voor besturingssignalen om de netwerkhandshake te beheren.
- Totale frequenties: 832
- Besturingskanalen: 42
- Spraakfrequenties: 790
- Spraakkanalen per draaggolf: 395 (sinds 790 / 2 = 395)
Deel nu die 395 spraakkanalen door zeven cellen.
- Kanalen per cel: ~56
In een analoog 1G-systeem betekent dit dat een enkele zendmast ongeveer 56 gelijktijdige gesprekken kan ondersteunen. Als u probeert uit te bellen terwijl alle 56 lijnen bezet zijn, krijgt u een bezettoon. Geen wachtrijen. Geen wachten. Gewoon statisch.
Digitale systemen zoals 2G hebben het spel aanzienlijk veranderd. Technologieën als TDMA (Time Division Multiple Access) maken het mogelijk dat één enkele frequentie driemaal zoveel data kan transporteren. Door de tijd in slots te verdelen, kan één frequentie drie verschillende oproepen ondersteunen. Plots kon diezelfde cel ongeveer 168 gelijktijdige gebruikers verwerken. De efficiëntiesprong was enorm.
Waarom laag vermogen belangrijk is
Je vraagt je misschien af waarom mobiele telefoons niet alleen signalen met een hoog vermogen uitzenden om een verbinding te garanderen. Er zijn twee praktische redenen, beide geworteld in de natuurkunde en de levensduur van de batterij.
De meeste vroege mobiele telefoons werkten op 0,6 watt of 3 watt. Ter context: een standaard CB-radio zendt uit op 4 watt. Dat is de reden waarom je CB-gebabbel op blokken afstand kunt horen, maar het signaal van je mobiele telefoon reikt zelden verder dan de aangewezen cel.
Dit lage uitgangsvermogen is een functie, geen bug.
- Frequentiehergebruik: Omdat het signaal zwak is, reist het niet ver. Hierdoor kunnen cellen die verder uit elkaar liggen (zoals de paarse cellen in het standaard zeshoekige diagram) exact dezelfde 56 frequenties hergebruiken zonder interferentie. Door dit hergebruik kan het netwerk worden geschaald. Zonder laag vermogen zou je honderden unieke frequentieblokken nodig hebben, waardoor het beschikbare spectrum onmiddellijk uitgeput raakt.
- Batterijefficiëntie: Handheld-apparaten werken op batterijen. Transmissie met hoog vermogen zorgt ervoor dat ze snel leeg raken. Zenders met een laag vermogen betekenden kleinere batterijen, wat kleinere telefoons betekende, waardoor de “mobiele” telefoon echt draagbaar werd.
Het brein van de operatie
Het cellulaire model vereist infrastructuur. Een enkele grote stad kan honderden basisstations (torens) hebben, verspreid over de hele regio. Maar deze torens zijn geen onafhankelijke agenten. Ze worden beheerd door een centrale hub die bekend staat als het Mobile Telephone Switching Office of MTSO.
De MTSO verzorgt alle verbindingen met het traditionele landtelefoonsysteem en beheert elk basisstation in de regio.
Beschouw het MTSO als de verkeersleider. Het beslist welke toren uw call afhandelt en de hand beheert
