7. Satelliittitiedonsiirto 8. Langattomat tietoverkot 9. Lyhyen kantaman radioviestintä

Sisältö: 1. Johdantoa tietoliikenteeseen 2. Televerkkojen perusteita 3. Tietoverkkojen perusteita 4. Langattoman tiedonsiirron yleisiä perusteita 5. Matkaviestinjärjestelmät 6. Radio- ja TV-tekniikka 7. Satelliittitiedonsiirto 8. Langattomat tietoverkot 9. Lyhyen kantaman radioviestintä 1

Historiaa: Ennen sähköä Ensimmäiset tietoliikennemenetelmät olivat mekaanisia (kirje), akustisia (rummutus, huutoketjut) tai optisia (merkkitulet, savumerkit). 1791 otettiin Ranskassa käyttöön optinen lennätin. 1796 Ruotsi-Suomen ensimmäinen optinen lennätinyhteys Eckerön ja Signillskärin välille. 1854 optinen lennätinyhteys Pietarin Kronstadtin ja Hanko-niemen välille. Viesti kulki välin jopa alle puolessa tunnissa. Sähkömagnetismiin perustuva tietoliikenne Samuel Morse sai lennättimelle patentin 1847. Maailman ensimmäinen lennätinyhteys otettiin kaupalliseen käyttöön Washingtonin ja Baltimoren välillä 1845. Ensimmäinen Euroopan ja Amerikan välinen kunnolla toiminut lennätinyhteys otettiin käyttöön 1866. Siirtotienä oli Atlanttiin laskettu merikaapeli. Suomen ensimmäinen langallinen lennätinyhteys otettiin käyttöön 1855 Helsingin ja Pietarin välillä. 1860 avautui ensimmäinen kansainvälinen lennätinyhteys Tornion ja Haaparannan välille. Lennättimessä tiedonsiirto tapahtui morsettamalla. Lennätinlaitoksen kehittyminen vaikutti myönteisesti maamme talouselämän kehitykseen. Michael Faraday huomasi 1831, että johtimessa syntyy sähkömotorinen voima, kun sen läheisyydessä liikkuu magneetti tai virrallinen johdin. Tämä havainto sähkömagneettisesta induktiosta oli tärkeä puhelinta edeltävä keksintö. Alexander Graham Bell tutki mahdollisuutta siirtää puhetta sähkövirran värähtelyinä johtoyhteyttä pitkin. 1875 hän havaitsi, että sähkömagneettiseen induktioon perustuva laite soveltuu sekä mikrofoniksi että kuulokkeeksi. 1876 hän onnistui luomaan puhelinyhteyden kahden huoneen välille. Ensimmäinen käsivälitteinen keskus otettiin käyttöön Yhdysvalloissa 1878. Tilaajia oli 8 kpl. Ensimmäinen automaattikeskus otettiin käyttöön jo 1892! Tällöin puhelimessa oli jo valintalevy. Suomen ensimmäinen puhelinyhteys sijaitsi H:gissä 1877. Ensimmäinen käsikeskus avattiin 1881 Turussa ja automaatti-keskus 1922 Helsingissä. Ouluun puhelinlaitos saatiin 1882. 2

Radiotekniikan historiaa Skottilainen Maxwell ja saksalainen Hertz osoittivat teorioillaan ja kokeillaan sähkömagneettisten aaltojen olemassaolon. Maxwell loi 1864 sähkömagneettisen aaltoteorian, jonka mukaan on olemassa näkymätöntä säteilyä, joka pystyy etenemään lähettimen ja vastaanottimen välisenä aaltoliikkeenä ilman läpi. Hertz suoritti ensimmäisen Maxwellin teorioiden mukaisen kokeen 1887. 1896 Italialainen Marconi onnistui siirtämään varsinaista informaatiota. Patentin langattomalle lennättimelle Marconi sai 1897. 1901 hän sähkötti radiosignaaleita Atlantin yli. 1915 ensimmäinen radiolähetys (puhetta ja musiikkia) Yhdysvalloissa Myös television perusteet kehitettiin jo 1800-luvulla. Ensimmäisen käyttökelpoisen laitteen esitteli jo 1884 saksalainen Nipkow. Säännölliset lähetykset aloitettiin Saksassa 1935. 1950-luvulla tapahtui televisioiden maailmanlaajuinen läpimurto. Suomessa yleisradiolähetykset alkoivat 1923, Yleisradio perustettiin 1926. Ulalähetykset aloitettiin 1953, stereolähetykset 1967 ja digitaaliset radiolähetykset 1998. Suomessa säännölliset televisiolähetykset alkoivat 1958, väritelevisiolähetykset 1969 ja digitaaliset lähetykset alkoivat vuonna 2000. Kaikkeen tietoliikennetekniikan kehitykseen on suuresti vaikuttanut elektroniikan komponenttien kehitys: 1906 keksittiin elektroniputket 1947 transistorit, jotka mahdollistivat digitaalitekniikan kehittymisen 1959 integroidut mikropiirit 1971 suorittimet eli mikroprosessorit 3

Tietoliikenteen merkitys: Tietoliikenneverkot muodostavat maailman monimutkaisimman laitteen. Pelkästään tavallisessa puhelinverkossa ja matkapuhelinverkoissa on reilusti yli 2 miljardia yksilöllisen osoitteen liittymää, jotka voidaan kytkeä toisiinsa. Lisäksi moni muu verkko voi välittää tietoa puhelinverkkojen kanssa. Tietoliikennepalveluiden olemassaololla on suuri merkitys yhteiskunnan kehittymiseen. Esimerkiksi puhelintiheyden (penetraation) perusteella voidaan arvioida maan teknisen ja taloudellisen kehityksen tasoa. Kehitysmaissa kiinteän lankaverkon penetraatio on tyypillisesti alle 1 %, kun se kehittyneissä maissa on 50-60 % ja matkapuhelintiheys on nykyään jopa yli 100 %. Yleensä tietoliikenteeseen investoidut rahat tulleet takaisin bruttokansantuotteen kasvuna (esim. Itä-Eurooppa). Moderni yhteiskunta perustuu paljolti kehittyneen tietoliikennetekniikan käyttöön. Yritysten lähiverkot, Internet jne. mahdollistavat tehokkaat työskentelyolosuhteet eri osapuolten kanssa. Olemme jo pitkään tottuneet käyttämään matkapuhelimia, faxeja ja sähköpostia päivittäin asioidemme hoitamiseen. Melkein kaikki käyttävät myös päivittäin tietoliikenteeseen perustuvia palveluita hyväkseen. Näitä ovat mm. pankkiautomaatit, polttoaineautomaatit, kassapäätteet, erilaiset varausjärjestelmät, viranomaisten tietojärjestelmät sekä yritysten palvelujärjestelmät. -Langaton tekniikka on tietoliikennetekniikan osa-alueista nopeimmin kehittyvä ja yhä laajempien käyttäjäjoukkojen käytössä Pohdintaa: missä kaikessa tarvitsemme tietoliikennettä päivittäin? 4

Pohdintaa: Miksi kaikki tiedonsiirto ei voi tapahtua langattomasti? Miksi kaikki tiedonsiirto ei voi tapahtua langattomasti? 5

Viestintäviraston tehtäviin kuuluu viestintäverkkojen teknisestä toimivuudesta huolehtiminen. Lisäksi i virasto ohjaa televerkkojen numerointia ja antaa yrityksille ill niiden tarvitsemat t numerot ja tunnukset. Viestintämarkkinoiden taloudellisella valvonnalla varmistetaan, että taloudellinen kilpailu toimii ja että yritykset noudattavat niille säädettyjä hinnoittelu- ja toimintavelvoitteita. Viestintävirasto ohjaa radiotaajuuksien käyttöä Suomessa ja huolehtii Suomen eduista taajuuksien käyttöä koskevassa kansainvälisessä päätöksenteossa sekä valvoo, että radio- ja telepäätelaitteet täyttävät niille asetetut vaatimukset. Tavoitteena on radiohäiriöiden tehokas ennaltaehkäisy sekä mahdollisten häiriöiden selvittäminen radiotarkkailun ja taajuussuunnittelun yhteistyönä. Viestintäviraston tehtäviin kuuluu myös Internetin fi-juuren alaisten verkkotunnusten myöntäminen, verkkotunnusten tekninen rekisterinpito sekä fi-juuren nimipalvelimien hallinnointi. Viestintävirasto valvoo televisio- ja radiomainonnan ja ohjelmistojen sisältöä. Lisäksi virasto antaa lausunnon valtioneuvostolle YLE:n julkisen palvelun kertomuksesta ja kerää toimilupa- ja televisiomaksuja. Viraston tehtäviin kuuluu myös tele- ja postialan standardoinnin kansallinen koordinointi sekä postitoiminnan valvonta ja perillesaamattomien postilähetysten selvittäminen (postin varmennuskeskus). Viestintävirasto hoitaa sähköisen viestinnän yksityisyyden suojaan ja tietoturvaan liittyviä tehtäviä, muun muassa tietoliikenneturvallisuus- eli ns. COMSEC-toimintaa. Virasto hoitaa myös tietoturvaloukkausten havainnointiin ja selvittämiseen liittyviä tehtäviä. Viestintävirasto kattaa toimintansa kustannukset keräämillään maksuilla. Pääosa tuloista kertyy radiolähettimien lupamaksuista, taajuusmaksuista, televerkkojen numerointimaksuista ja postitoiminnan valvontamaksuista sekä Internetin verkkotunnusmaksuista. 6

Teletoimen kehityskulku Suomessa: 30-luku: Suomessa paljon pieniä puhelinyhtiöitä. Kaukopuhelut keskitettiin PTL:lle, kuten myös syrjäseutujen paikallispuhelintoiminta Verkon automatisointi pakotti puhelinlaitoksia yhdistymään tarvittavien investointien suuruuden ja tehokkuusvaatimusten vuoksi Verkkoryhmiä oli enimmillään 79 1996 otettiin teleliikennealuejako käyttöön, mikä vastasi suurinpiirtein silloista läänijakoa Säännöstelyn ja monopolien poistaminen alkoi 1980- ja 90-luvuilla. Yleensäkin liberalisointi on edennyt pitkälle verrattuna moniin Euroopan maihin Laajakaistaisten verkkojen tarve kasvanut oleellisesti suurten datamäärien siirtotarpeiden ja nopeusvaatimusten myötä (esim. grafiikka, liikkuva kuva, jne.). Eri osa-alueiden kilpailutilanne: Päätelaitekauppa: Televerkkoon saa liittää tyyppihyväksyttyjä laitteita. Päätelaitekauppa on ollut vapaata vuodesta 1987 Datasiirto: Markkinoilla on useita palveluntarjoajia. Datansiirron monopolit poistuivat v.1991 Matkaviestinpalvelut: GSM:ssä ja UMTS:ssa on markkinoilla useita verkko- ja palveluoperaattoreita. p Kilpailu tällä alueella käynnistyi vasta 1991 Ulkomaanpuhelut: 1994 asti monopoli PTL:lla (Posti- ja telelaitos), tällä hetkellä useita vaihtoehtoja tarjolla Kaukopuhelut: vapautui kilpailulle 1994. Tällä hetkellä voidaan valita puhelukohtaisesti kenen verkkoa käytetään Paikallispuhelutoiminta: käytännössä yksityistilaajilla ei ole tarjolla juurikaan vaihtoehtoja. Yrityksille tarjotaan edullisempia vaihtoehtoja, myös muualla kuin omalla alueella Uusia palveluja / mahdollisuuksia VoIP (esim. Skype) mobiili-tv 7

Standardointi tähtää siihen, että viestintäverkot, päätelaitteet ja viestintäpalvelut ovat keskenään yhteentoimivia t i i ja yhteensopivia i Suomessa, Euroopassa ja muualla maailmassa. Suomessa telestandardointia koordinoi Viestintävirasto. Se järjestää alan lausunto- ja äänestyskierrokset standardien ja suositusten hyväksymiseksi sekä tiedottaa standardeista ja suosituksista. Viestintävirasto asettaa kansallista standardointityötä varten työryhmiä Niiden päätehtävänä on vaikuttaminen kansainväliseen standardointiin ja standardien sisältöön, mutta tarvittaessa ne laativat kansallisia standardeja tai suosituksia ja osallistuvat oman alueensa määräysvalmisteluun. Kansainvälisiä yhteistyöjärjestöjä telealan standardoinnissa ovat kansainvälinen televiestintäliitto ITU Genevessä ja Euroopan telestandardointi-instituutti ETSI Nizzassa. Standardointityön täydentäjäksi on syntynyt lukuisia foorumeita, joista tärkein televiestintäalan foorumi tällä hetkellä on Internet-standardeja kehittävä IETF. Muita tällä hetkellä ajankohtaisia foorumeja ovat 3GPP (organisaation partnerit ovat sopineet yhteistyöstä GSM-verkosta polveutuvan kolmannen sukupolven matkapuhelinverkon teknisten spesifikaatioiden määrittelystä) ja 3GIP (tehtävänä on määritellä 3G:n pakettikytkentäisen verkkoarkkitehtuurin ja IP-puheluiden teknologiaa). Myös Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), kansainvälinen tekniikan alan järjestö on julkaissut paljon langattomia järjestelmiä käsitteleviä standardeja. Viestintävirasto i i on Suomen Standardisoimisliitto di i i SFS ry:n toimialayhteisö. i i Yhteistyö on tiivistä i myös sähköalan standardoinnista huolehtivan SESKO ry:n kanssa. Muita yhteistyökumppaneita ovat muun muassa TIEKE tietotekniikan standardoinnissa ja Tekniikan Sanastokeskus TSK alan sanastojen laadinnassa. Lisätietoja: http://www.ficora.fi/suomi/tele/n2405.htm 8

Standardointi: Mahdollistaa kilpailun (myös pienten maiden valmistajille) Johtaa riittävään volyymiin valmistajien kannalta Poliittiset intressit johtavat usein erilaisiin standardeihin (Eurooppa vs. USA vs. Japani) Varmistaa laitteiden yhteensopivuuden Käyttäjät ja operaattorit eivät ole riippuvaisia vain yhdestä laitetoimittajasta Standardien mukaisten ratkaisujen patenttien omistajat vahvassa asemassa Viralliset standardit ovat jonkin virallisen standardointijärjestön tai laitoksen julkaisemia De facto standardit ovat yleensä jonkin kaupallisen yhteenliittymän julkaisemia kaupallisia standardeja 9

Teletoiminnan hinnoitteluperiaatteet: liittymät hankittaessa maksetaan normaalisti kiinteä liittymähinta kuukausittain yleensä kiinteä kuukausimaksu liikenne useita mahdollisuuksia laskuttaa liittymän käytöstä aikaveloitus (voi olla myös vrk-aikaan perustuva) yhteyskohtainen veloitus liikennemäärän mukainen veloitus (pakettikytkentäinen dataliikenne) kiinteä kk-veloitus palvelut varsin vapaasti hinnoiteltuja (riippuvat paljon kilpailutilanteesta) Mieti esimerkkejä erilaisesta hinnoittelusta! 10

Tietoliikenneverkon perustehtävä on informaation siirtäminen verkon käyttäjältä toiselle verkon tai eri verkon käyttäjälle. käyttäjiä kutsutaan tilaajiksi informaatio voi olla esimerkiksi ääntä, dataa, kuvaa, videota jne. verkoissa on erilaisia liityntäteknologioita (esim. kiinteän verkon puhelimet, matkapuhelimet, jne.) Verkoissa tarvitaan kolme perustoimintoa, jotta tietoliikenne verkon lävitse voi toimia kytkentä (switching) merkinanto (signalling) siirto (transmission; siirtomediana kaapeli, kuitu tai radiotie) kuparikaapelit, joita käytetään esim. LAN-verkoissa ja puhelinverkon tilaajajohdoissa valokuidut, esim. suurikapasiteettisisilla runkoyhteyksillä radioaallot, esim. matkapuhelimet ja satelliittitietoliikenne vapaan tilan optiset järjestelmät, esim. IR-laitteet (infra red) 11

Puhelinkeskuksen keskeisimmät toiminnot ovat puheluiden kytkentä tilaajien ja toisten t puhelinkeskusten k välillä, tilaajien liittäminen i puhelinverkkoon ja keskuksen yhdistäminen toisiin keskuksiin. Lisäksi keskuksen on huolehdittava muun muassa toimintojen hallinnasta sekä tarjottava operaattoreille liitäntä keskuksen ylläpitoon (esim. huolto ja verkonvalvonta). Puhelunohjauksen tehtävänä on ohjata kaikkia puhelun käsittelyyn liittyviä toimenpiteitä. Analyysit ovat puhelinohjauksen keino ohjata puhelun käsittelyä erilaisissa valintatilanteissa. Valittu puhelinnumero (puhelinnumero on itse asiassa tietyn puhelinpistokkeen osoite) analysoidaan puhelunohjausanalyyseissä. Puhelunohjausanalyyseissä selvitetään ensin puhelun tyyppi puhelunohjauksen esianalyysissä (normaali-, palvelu- tai hätäpuhelu), jonka jälkeen analysoidaan valitut numerot valinta-analyysissä. Analyysit tutkivat annettuja lähtötietoja ja päätyvät yksikäsitteiseen tulokseen, esimerkiksi lähtöjohdon valinta B-tilaajan puhelinnumeron mukaan. Osoitetielle määritetään myös muutamia vaihtoehtoisia reittejä, jos esimerkiksi ensisijainen reitti on poikki tai ruuhkautunut. Puhelu löytää siis perille, vaikka lyhimmän yhteyden muodostava linja olisi poikki. Tämän jälkeen B-tilaajan numero välitetään seuraavaan puhelinkeskukseen, jossa puhelulle valitaan uusi lähtöjohto kohti varsinaista määränpäätään. 12

Merkinanto on puhelimen käyttäjille täysin näkymättömissä oleva asia. Monelle käyttäjälle olisi i varmaan suuri yllätys, jos hän saisi i tietää, tää miten suuren bittien vilinän hän saa aikaan merkinantoverkossa pelkällä peruspuhelulla, puhumattakaan siitä jos käytetään hyväksi jotain televerkon palvelua. Merkinantoa eli signalointia käytetään televerkoissa yhteyksien muodostamiseen, valvontaan ja purkamiseen. Merkinantojärjestelmät voidaan jakaa niiden teknisen toteutuksen perusteella kanavakohtaiseen merkinantoon (CAS, Channel Assosiated Signalling) sekä yhteiskanavamerkinantoon (YKM), jonka englanninkielinen vastine on CCS (Common Channel Signalling). SS7 on yksi yleisesti käytetty tt yhteiskanavamerkinantostandardi. Kanavakohtainen merkinanto edustaa merkinannoista vanhempaa tekniikkaa. Siinä kullekin siirrettävälle kanavalle oli varattu oma kiinteä kapasiteetti merkinantoa varten. Yhteiskanavamerkinannossa kullekin puhekanavalle ei ole varattu mitään kiinteätä siirtokapasiteettia, vaan kaikki merkinantoliikenne tapahtuu sanomapohjaisesti. Tämä tehostaa huomattavasti merkinantokanavan siirtokapasiteetin käyttöä ja lyhentää näin ktk kytkeytymisaikoja. t ikj Yo. kuvassa on esimerkki tilaajamerkinannosta. A-tilaajaksi sanotaan tilaajaa, joka haluaa muodostaa yhteyden (kertoo verkolle, keneen yhteys otetaan). B-tilaajaksi kutsutaan tilaajaa, johon yhteys muodostetaan. Merkinannossa käytetään erityisiä signaaleja tai viestejä, joiden avulla halutut toiminnot saadaan aikaiseksi. Tilaajajohdolla voidaan esimerkiksi lähettää vapaaääntä tai siirtää B-tilaajan numero jne. Myös keskusten välillä tarvitaan merkinantoa, koska yleensä yhteydet kytketään useiden keskusten k kautta. 13

Siirtojärjestelmälaitteilla verkolle rakennetaan maantieteellinen peitto Siirtävät suuria määriä tietoa pitkiä maantieteellisiä etäisyyksiä Perustuvat usein kuitutekniikkaan Esim. PDH-järjestelmät ja SDH järjestelmät SDH-järjestelmä vaatii yli miljoonan rivin ohjelmiston on ohjelmistotuote! Keskukset ja siirtojärjestelmät täytyy sovittaa yhteen: pitää olla yhteinen käsitys siitä, miten siirtoyhteydeltä löytyy bitti ja kehys usein tarvitaan yhteinen käsitys ajan kulusta 14

SDH eli synkroninen digitaalinen hierarkia on siirtoverkoissa PDH:n seuraaja ja siinä käytetään tää PDH:n tapaan aikajakoista k i kanavointia. Alimman hierarkiatason signaalin, STM- 1:n (synchronous transfer module), nopeus on 155.52Mbit/s ja korkeamman tason signaalit ovat tämän monikertoja. Kansainvälisissä spesifikaatioissa on sovittu monikerroiksi 4, 16, 32 ja 64. SDH-verkossa olevat laitteet ovat kaikki synkronoitu eli tahdistettu samaan kelloon, jonka on oltava äärimmäisen tarkka. Tällaisia tarkkuuksia saavutetaan ainoastaan kalibroimalla verkon referenssikello, (PRC, Primary Reference Clock) mahdollisimman tarkasti cesium atomistandardista johdetuilla kelloilla. Tällaisesta tarkkuudesta hyödytään siten, että SDH-signaalista voidaan suoraan erottaa yksittäisiä alemman tason signaaleja ilman että koko paketti pitää purkaa tälle tasolle kuten PDH-tekniikassa. SDH tarjoaa seuraavanlaisia etuja: 1. Suuret siirtonopeudet (10 Gbit/s). SDH on siksi sopiva käytettäväksi runkoverkoissa. 2. Yksinkertaistetut add&drop- funktiot (pudotusfuntiot) 3. Verkonhallinta standardoitu (kehysrakenteen käyttö) 4. Laitteistoja valmistavat useat yritykset, y ja myös verkkotoimittajia on runsaasti 5. Luotettavuus 6. Uudet SDH- verkot sisältävät monia automaattisia tukitoiminto- ja korjausmekanismeja järjestelmävikojen varalle. 7. Sopiva alusta uusille palveluille 8. Yhteensopivuus SDH helpottaa erilaisten verkkojen yhteensovittamisen. SDH käyttöliittymät ovat kansainvälisesti standardoituja, joten eri valmistajien elementit on mahdollista yhdistää verkoksi. Tämä tulee huomattavasti halvemmaksi verrattuna PDH-järjestelmään. 15

Verkkohierarkia Kansainvälinen verkko (PSTN, Public Switched Telecommunication Network) Mannertenvälinen PSTN (Lontoo, New York, Moskova, Tokio, New Delphi, Sydney, Hongkong) Mantereen sisäinen PSTN Mantereen osan sisäinen PSTN Kansainvälisen liikenteen keskus kansallisessa PSTN:ssa Kansallinen PSTN Kaukoverkko (Trunk network) Kaukokeskus (Trunk exchange) Paikallisverkko (Local network) Paikalliskeskus (Local exchange) Keskitin (Remote subcriber unit RSU) Puhelinvaihde, (Private Automatic Branching Exchange PABX) Tilaajalaitteet l i (Subscriber device); puhelin, fax,... Paikallisverkko on puumainen, hierarkiassa ylemmät verkot silmukoituja 16

Kuka omistaa Internetin? Internetin hengissä pysyminen on toteutettu nerokkaasti. Jos jokin kone sekoaa tai kaatuu, niin koko Internet ei siitä mene toimintakyvyttömäksi. Internetissä ei ole yhtä keskitettyä ohjauskeskusta, vaan sen tarjoamat palvelut on hajautettu ympäri maailmaa lukuisiin palvelimiin. Internetiin liitettyjä koneita vuonna 1981 oli 213 (silloin verkko oli ARPANET), vuonna 1989 koneita oli 159 000 (ARPANET) ja vuonna 1999 koneita oli > 56 miljoonaa [TCP/IP-tekniikka, Aki Anttila] Nykyisin Internetin kehitystä ohjaa katto-organisaationa ISOC (Internet Society, www.isoc.org), jonka alaisuudessa on useita eri asioihin keskittyneitä organisaatioita: tekniikka, tutkimus, www, Internetin toimintaa kuvataan ja säädellään RFC-sarjan standardeilla ja suosituksilla (Request for Comments) Onko muita verkkoja kuin Internet? Kyllä on, esimerkiksi eri organisaatioiden omia suljettuja verkkoja. Internet on levinnein ja julkinen. Tietoverkko voi olla myös suljettu ja paikallinen, jolloin siitä ei ole yhteyttä ulkomaailmaan eli Internetiin Mitä hyötyä on siitä, että oma tietokone on liitetty Internetiin? Mitä hyötyä on siitä, että omaa tietokonetta ei olekaan liitetty Internetiin? 17

jokainen verkon fyysinen osa ja laite toimii jollakin (yhdellä tai useammalla) toiminnan tasolla vain kaapeleista ja verkkokorteista voidaan yleismittarilla mitata siirrettävää tietoa virtoina ja jännitteinä kaikilla muilla toiminnan tasoilla tieto on binaarista 1/0-tietoa, jota käsitellään ohjelmallisesti 18

jokaisessa aliverkossa, joka on liitetty Internetiin on yksi tai useampi reititin, jolla se on yhteydessä ulkomaailmaan eli Internetiin tii reititin on kuin ulko-ovea vahtiva portsari, joka ohjaa ja valvoo sisään ja ulos menevää liikennettä reititin = router reitittimelle käytetään myös termiä yhdyskäytävä = gateway, varsinkin silloin, kun reitittimen eri puolilla olevat verkot ovat tekniseltä toteutukseltaan erilaisia, esim. LAN ja WAN 19

Pohdi kustannuksia eri liittymistapoja käyttävillä tilaajilla HomePNA = Home Phoneline Networking Alliance datasähkö = PLC = Power Line Communications 20

Verkon eri osat pitävät sisällään eri tasoisia verkon toimintoja Mitä älykkäämmästä laitteesta on kyse, sitä korkeatasoisempia tehtäviä se hoitaa Toiminnot noudattavat sovittuja sääntöjä eli protokollia Protokolla = yhteyskäytäntö = säännöstö tarkasti määritelty sopimus, miten kaksi osapuolta siirtävät tietoa välillään. Protokollan avulla keskustelevat kahden eri laitteen osapuolet ovat toiminnallisesti samantasoisia = vertaisoliot vrt. kahdessa firmassa pomot keskustelevat keskenään ja vahtimestarit keskenään omilla protokollillaan kokonaisen tietoliikennejärjestelmän toiminta on niin monimutkaista, että toiminnan pelisäännöt on sovittava tarkasti ja yksiselitteisesti yhteyskäytäntö eli protokolla 21

Mitä hyötyä esim. kotikäyttäjälle on siitä, että PC:n sisällä olevat toiminnot on jaettu usealle tasolle eli protokollalle? vast. koneesta voi vaihtaa tai uusia yhden toiminnon ilman että koko konetta pitää uusia esim. verkkokortin voi vaihtaa eri merkkiseen ja silti se toimii yhdessä muun vanhan laitteiston ja ohjelmiston kanssa alkeellinen laite ei sisällä kaikkia protokollapinon kerroksia esim. pitkän verkkoyhteyden välivahvistin eli toistin tai lähiverkon HUB toimii vain fyysisellä tasolla: se vain tulkitsee tiedon 1/0-tasolla ja lähettää sen sitten uudestaan eteenpäin, se ei yritäkään tulkita tiedon merkitystä ja mielekkyyttä 22

ISO:n OSI-malli (International Standard Organisation, Open System Interconnection) on standardisoimisjärjestön di i i j tö tekemä malli, joka ei puhtaana toteudu t juuri missään ISO-malli on turhankin pikkutarkka ja teoreettinen useimpiin käytännön sovelluksiin OSI-malli on hyvä viite-malli, jonka kerroksiin viittaamalla saa käsityksen eri toimintojen asemasta kokonaisuudessa Internetin käyttämässä TCP/IP-mallissa eli DoD-mallissa (Department of Defence = Yhdysvaltain puolustusministeriö) kokonaisuuden toiminta saadaan aikaan vähemmällä kerrosten määrällä DoD-mallin tärkein tunnuspiirre on IP-protokolla, jolle ei ole 3-kerroksella vaihtoehtoja Kaikissa Internetiin liitettävissä laitteissa on pakko olla 3-kerroksella IP-protokolla, se tekee ne Internet-yhteensopiviksi Tehtävä: Selvitä kunkin kerroksen tehtävät. 23

Matkaviestinjärjestelmä tarkoittaa matkaviestinverkon ja matkaviestinten muodostamaa tietoliikennejärjestelmää. t j t l ää Matkaviestintä (mobile communication) tarkoittaa langatonta viestintää, jonka radioyhteyttä käyttävinä päätelaitteina toimivat matkaviestimet MS (mobile station). Matkaviestin on yleisimmin matkapuhelin. Mitä muita laitteita matkaviestimet voivat olla? Päätelaitteiden liikkuvuus eli mobiliteetti perustuu radioyhteyteen puhelimen ja tukiaseman välillä. Yleensä verkon muut osat eivät ole liikkuvia. Verkko koostuu (vähintään) keskuksista, tukiasemista ja niiden välisistä yhteyksista. Yhteydet matkapuhelinverkosta ulospäin kulkevat aina matkapuhelinkeskuksen kautta. Yleisten matkaviestinverkkojen (Public Land Mobile Network, PLMN) palvelut ovat kaikkien saatavilla. Tunnetuimpia PLMN-verkkoja ovat GSM-verkot. Kiinteässä puhelinverkossa (PSTN) päätelaitteiden hallinta ja puheluiden muodostus on helppoa, koska päätelaitteet on yhdistetty kiinteillä johdoilla verkkoon. Matkapuhelinverkossa yhteyksien muodostaminen on huomattavasti monimutkaisempaa. Perustele miksi? 24

Solukkoverkkojen rakenne: -solukkoverkko koostuu soluista -solu on tukiaseman muodostama radiopeittoalue -solujen koot ja muodot vaihtelevat ympäristön ja liikennetarpeiden mukaan Matkapuhelinverkoissa on yleensä aina taajuusalueista pulaa. Taajuuksia on pakko säästää ja siksi niitä käytetään useaan kertaan. Solukokoa k pienentämällä ällä voidaan kasvattaa kapasiteettia tti => tukiasemaverkko kk tihenee ja saadaan enemmän kanavia käyttöön samalle alueelle. Tukiasemaverkon tihentäminen nostaa verkon rakentamiskustannuksia. Tämän vuoksi verkon suunnittelussa joudutaan optimoimaan ja tekemään päätöksiä tukiasematiheydestä ja solujen koosta. 25

Matalilla taajuuksilla signaali etenee hyvin kauas, joten solujen kokoa on vaikea hallita. Lisäksi matalilla taajuuksilla vaikuttavat monet hyvin epävarmat ja oikulliset etenemisilmiöt kuten ionosfääriheijastukset yms. Myös käytössä olevat kaistat ovat kapeita. Paras peittoalue voidaan saavuttaa VHF- ja UHF-taajuuksilla, esim. NMT450:llä oli laaja peittoalue Korkeilla taajuuksilla vaimennus kasvaa. Mitä ylemmäksi taajuuksissa siirrytään, sitä pienempiä soluista tulee. Mieti, mitä tämä vaikuttaa esim. Suomen kaltaisessa laajassa maassa, kun siirrytään GSM-verkosta (900 MHz) UMTS-verkkoon (2,5 GHz) 26

Puhelimen liikkuessa maastossa tukiasemalta tuleva signaali tulee puhelimeen yhtä aikaa montaa eri reittiä. Vastaanottimen tti saama signaali on summa eri reittejä käyttävistä tä signaalin osista. Signaali on summa suoraan edenneestä osasta (LOS) heijastuneista ja diffraktoituneista osista (NLOS), jotka kulkevat määränpäähän pidempiä reittejä ja siten viivästyvät verrattuna suoraan edenneeseen signaalikomponenttiin Tämä aiheuttaa ongelmia varsinkin kaupunkiympäristössä, jossa on paljon heijastavia pintoja. Signaalin voimakkuus vaihtelee paikoittain erittäin voimakkaasti. Tämä täytyy ottaa huomioon kaikkien matkapuhelinjärjestelmien suunnittelussa ja rakentamisessa. Pohtikaa pareittain mitä hyötyä monitie-etenemisestä voi olla? 27

Puhelu jatkuu, vaikka puhelin siirtyy puhelun aikana toisen tukiaseman peittoalueelle. Tätä toiminnetta i tt kutsutaan t nimellä handover. Verkko ja puhelin ovat koko ajan yhteydessä toisiinsa ja yhteyden laatua tarkkaillaan. Verkko komentaa puhelimen siirtymään parempaan soluun jos yhteys huononee liikaa. 28

Matkaviestinverkossa yhteyksien muodostaminen on mutkikas tapahtuma, koska päätelaitteet t voivat liikkua vapaasti koko k verkon alueella. ll Alueeseen kuuluvat myös muiden operaattoreiden verkot, joihin on mahdollista vaeltaa tilaajaksi. Tätä kutsutaan roamingiksi. Tämän vuoksi on tilaajan liikkuvuuden hallinta eräs tärkeimmistä matkapuhelinverkon tehtävistä. Yhteyden muodostamisessa tarvitaan tietoa tilaajan sijainnista. Tietoa vaihdetaan kotiverkon ja palvelevan verkon välillä yhteiskanavamerkinantoa käyttäen. Jotta tilaaja voisi toimia normaalisti vieraassa verkossa, täytyy kotiverkon operaattorin ja vierailtavan verkon operaattorin välillä olla solmittuna ns. Roaming-sopimus. Sopimuksessa sovitaan hinnoista ja laskutuskäytännöistä sekä tarjottavista palveluista. Kotitehtävä: ota selvää monenko operaattorin kanssa sinun omalla matkapuhelinoperaattorillasi on voimassaoleva roaming-sopimus. Tutki myös palveluiden hintoja ulkomailla. Ovatko ne yleensä kalliimpia vai halvempia kuin Suomessa? 29

Analogisissa järjestelmissä (esim. NMT) käytetään yleensä modulointimenetelmänä FM- modulointia, jolloin häiriöt iöt vaikuttavat t suoraan signaaliin. Signaalin laatu heikkenee vähitellen ja laadun huononeminen ilmenee kasvavana kohinana. Digitaalisissa järjestelmissä (esim. GSM) käytetään signaalin siirrossa radiotiellä digitaalisia modulointimenetelmiä, kuten esim. GMSK ja PSK. Silloin signaalin laatu pysyy hyvänä niin kauan kun loogiset 0 ja 1 pystytään erottamaan toisistaan. Kun tämä raja alittuu, laatu romahtaa huomattavasti. Oletko huomannut miten tämä kuuluu esim. GSM-puhelussa? Miksi puhelun laatu tukiaseman lähellä on parempi analogisessa kuin digitaalisessa järjestelmässä? 30

FDMA eli taajuusjakoinen monikäyttö tarkoittaa sitä, että kullekin käyttäjälle annetaan oma radiokanava tarvittavaksi i ajaksi kokonaan k käyttöön. FDMA on monikäyttötekniikoista k iik i t vanhin ja yksinkertaisin. k i i Laitekustannuksiltaan se on kuitenkin yleensä kalliimpi, koska jokaiselle käyttäjälle tarvitaan oma kanavayksikkö. Useimmiten käytetään FDMA:n yhteydessä analogista taajuusmodulointia eli FM:aa. Kullakin kanavalla voi olla vain yksi puhelu kerrallaan käynnissä. OFDMA on muunnos FDMA:sta: siinä käytetään suurta määrää tasaisin kanavavälein sijoiteltuja alikantoaaltoja ja käyttäjät käyttävät niitä vuorotellen. TDMA eli aikajakoinen monikäyttö tarkoittaa sitä, että radiokanava jaetaan aikaväleihin. Jokaisessa aikavälissä voi yleensä lähettää tai vastaanottaa vain yksi käyttäjä. TDMA:ssa kanava voidaan ajatella tiettynä aikavälinä, joka toistuu joka kehyksessä. Kehys muodostuu yhden radiokanavan aikaväleistä. TDMA:n yhteydessä käytetään yleensä digitaalisia puhekanavan modulointimenetelmiä. Esim. GSM on yhdistelmä FDMA:sta ja TDMA:sta, koska siinä taajuuskaista jaetaan kanaviin, joita sitten käytetään aikajakoisesti vuorotellen. SSMA eli hajaspektrimonikäyttö käyttää signaaleja, joiden kaistanleveys on monta kertaa suurempi kuin tarvittava minimi radiokaistanleveys. SSMA:ta on kahta tyyppiä: FHMA eli taajuushyppelytekniikka y ja CDMA eli koodijakoinen monikäyttö. Lisäksi käytetään eri menetelmien yhdistelmiä eli hybriditekniikoita FHMA eli taajuushyppelymonikäyttö on digitaalinen menetelmä, jossa käyttäjien taajuuksia vaihdellaan nopeassa tahdissa laajalla radiokaistalla. Esim. Bluetooth käyttää FHMA:ta. CDMA:ssa eli koodijakoisessa monikäytössä signaali kerrotaan hyvin laajakaistaisella signaalilla, jota kutsutaan levityssignaaliksi. Tekniikasta käytetään myös nimeä Direct Sequence (DS). Käyttäjät käyttävät samaa kanavaa samanaikaisesti ja heidät erotellaan koodin perusteella. Jokaisella käyttäjällä on oma näennäissatunnainen koodi. Vastaanottimessa ilmaisuun tarvitaan tämä oma koodisana. Tällöin muilla koodeilla koodatut signaalit näyttäytyvät kohinana. Esim. UMTS-järjestelmässä käytetään CDMA:ta. 31

Vastaanottomaksu on määrätty, koska matkapuhelimeen soittaja ei voi tietää, missä puhelin on liikkeellä. llä Tällöin ei myöskään voida velvoittaa häntä maksamaan esim. ulkomaanpuhelun korkeampaa taksaa. Soittajan maksu siis määräytyy aina samalla perusteella. Liittymän omistaja maksaa esim. matkapuhelun ja ulkomaanpuhelun välisen hinnan erotuksen vastaanottaessaan puhelun vieraassa verkossa. Eri operaattorien hinnoitteluperiaatteet ja liittymien rakenteet poikkeavat toisistaan erittäin paljon. Liittymää otettaessa kannattaa miettiä kenelle soittaa ja mihin aikaan. Erilaisia liittymätyyppejä (miettikää yhdessä lisää): tasataksat halvemmat puhelut kotiverkon tilaajien kesken pre-paid liittymät 32

Esimerkkejä matkapuhelinverkkojen eri sukupolvia edustavista järjestelmistä: 1G: 2G: 3G: NMT: (Pohjoismaat, Puola, Hollanti, Sveitsi, monet Aasian maat) TACS (Englanti, Irlanti, Itävalta, Italia yms.) AMPS (Pohj.-Amerikka, Australia, Aasiassa) C-450 (Saksa, Portugali) RC2000 (Ranska) GSM (joka puolella maailmaa) D-AMPS eli TDMA(Amerikka, Hong Kong, Israel, Malesia, yms.) CDMA (USA) PDC (Japani, Aasia) UMTS (joka puolella maailmaa) CDMA2000 (USA) TD-SCDMA (Kiina) 33

Ennen ARP-verkkoja oli käytössä vain yksityisiä, alueellisesti rajoittuneita PMR(Private Mobile Radio) verkkoja. Niitä oli lähinnä ä kuljetusyrityksillä, k illä sähkölaitoksilla k ill yms. ARP-verkko (Autoradiopuhelin) käsivälitteinen, automatisoitiin myöhemmin käynnistyi 1972, lakkautettiin 1999 taajuusalue 150 MHz kieppeillä, joten solujen peittoalueet olivat suuria, Lapissa jopa 100 km. puhelu katkeaa aina toisen tukiaseman alueelle siirryttäessä kohinarajoitteinen verkko (solukkoverkot häiriörajoitteisia) Telen/Soneran operoima Ruuhkainen ja kallis käyttää 34

Useimmissa Euroopan maissa oli oma, täysin itsenäinen matkapuhelinverkkostandardi. Standardit dit eivät olleet yhteensopivia. i Lisäksi i lähes kaikki verkon olivat valtioiden id omistamien operaattoreiden omistamia ja operoimia. Kilpailua ei ollut. Laajimmalle levinnyt oli pohjoismaisten telehallintojen kehittämä NMT-standardi (Nordic Mobile Telephone). Suomen PTL oli vahvasti mukana kehittämässä NMT-standardia. Se oli myös ainoa tekniikka, jossa oli käytössä kansainvälinen roaming. Suomen teletoiminta oli voimakkaasti kahtiajakautunut: valtion omistama Tele (Sonera) operoi harvaan asutuilla alueilla paikallisverkkoa ja koko maassa matkapuhelinliikennettä, kaukoliikennettä ja ulkomaanliikennettä alueelliset yksityiset puhelinlaitokset operoivat omilla alueillaan paikallispuhelinliikennettä Asiakkaat alkoivat vaatia enemmän kilpailua, koska kilpailun puutteessa hinnat olivat kalliita ja verkkojen laatua ei kehitetty riittävän nopeasti. Ensimmäisenä vapautettiin dataliikenne 1988 Puhelinten myynnissä oli Suomessa heti alusta lähtien vapaat kädet, myös esim. alueelliset puhelinlaitokset myivät puhelimia NMT-verkkoon. Kaikissa maissa tämä ei ollut mahdollista vaan valtiolliset monopolit pidättivät usein myös oikeuden myydä puhelimia omiin verkkoihinsa. 35

Matkapuhelinliikenteen liberalisointi alkoi Suomessa vuonna 1991, jolloin Radiolinja sai luvan rakentaa ja operoida GSM-verkkoa. Radiolinja oli yksityisten i t puhelinlaitosten l it t omistama. Suomalaisilla ja muilla pohjoismailla oli hyvät kokemukset NMT:stä, joten niiden pohjalta tehtiin aloite yleiseurooppalaisen matkapuhelinverkon kehittämiseksi (jo 1980-luvulla). Verkko saatiin käyttöön 1991 Suomessa ensimmäisenä maailmassa. Ensimmäinen operaattori oli Radiolinja, toisena tuli Tele muutamaa kuukautta myöhemmin. Vallankumous oli nopea: tilaajamäärien kasvu oli erittäin nopeaa ja hyvin vaikeaa ennustaa. Verkkoja rakennettiin nopeasti ja peittoalueet olivat 90-luvun lopussa jo hyvin kattavat. Myös suomalaisella tietoliikenneteollisuudella oli vahva rooli mobiilien verkkojen ja palveluiden kehittämisessä. Nokia etunenässä suomalaiset yritykset ovat valloittaneet tärkeitä alueita sekä verkkotekniikassa että päätelaitteiden kehityksessä. Esim. Nokia on maailman suurin matkapuhelinten valmistaja. Vuonna 1997 ja 1999 suomalainen operaattori Sonera sai palkinnon maailman nopeimmin kasvavasta penetraatiosta. Vuonna 1999 matkapuhelintiheys Suomessa ylitti 50% ja samana vuonna myös matkapuhelinten määrä Suomessa ylitti kiinteiden liittymien määrän. Kiinteiden puhelinliittymien määrä vähenee edelleen ja vuoden 2007 lopussa niitä oli reilu 1,7 miljoonaa 36

GSM-verkko on levinnyt lähes koko maailmaan, käytössä on yli 670 verkkoa 200:ssa maassa. Vapaa kilpailu on auttanut t GSM:n leviämistä. i Ennen GSM:ää lähes kaikki verkot olivat valtiollisten teleoperaattoreiden monopoleja. Elokuussa 2009 maailmassa on n. 3,9 mrd GSM- ja 3GSM-käyttäjää Amerikassa on omien TDMA- ja CDMA-standardien mukaisia järjestelmiä. Myös Japanissa on oma standardi (PDC). Monissa kehitysmaissa on matkapuhelinverkko käynnistynyt vaikka kiinteääkään puhelinverkkoa ei olla rakennettu kattavaksi. Matkapuhelinverkko onkin nopeampi rakentaa kuin kiinteä kaapeleihin perustuva verkko. 37

Suomessa toimii kolme GSM-verkkoa. Ne toimivat sekä 900 että 1800 MHz:n taajuusalueilla: TeliaSonera 38% (markkinaosuus 12/2008) Elisa 37% DNA 23% Itsenäiset palveluoperaattorit n. 2% yht. 6,8 milj. Matkapuhelinliittymää Prepaid-liittymien osuus kaikista liittymistä oli noin kymmenen prosenttia. Lisäksi toimivat ainakin seuraavat palveluoperaattorit, jotka toimivat em. verkoissa: Saunalahti, Telefinland ja Kolumbus Maailmanlaajuinen telealan taantuma on viime vuosina koskettanut myös Suomea. Kaikki laitevalmistajat, operaattorit ja monet muut yhtiöt ovat ilmoittaneet pienentyneistä tuloksista. Yleinen epävarmuus on lisääntynyt tietoliikennealalla. Myös työvoimaa on vähennetty viime vuosina. Operaattorien välinen koventunut kilpailu on alentanut hintoja ja siten myös pienentänyt alan kannattavuutta. UMTS:n kaupallinen käynnistys on viivästynyt kuten muissakin Euroopan maissa. Suomessa on rakennettu kolme kaupallista verkkoa, jotka ovat olevien GSM-operaattorien operoimia. Niiden peittoalue rajoittuu kaupunkeihin ja vapaa-ajanviettokeskuksiin. Lisää peittoa rakennetaan koko ajan. Myös suomalainen tietoliikenneteollisuus on kärsinyt 3G:n maailmanlaajuisesta viivästyksestä. Puhelinvalmistajat ovat selviytyneet paremmin kuin verkkolaitevalmistajat, koska ne voivat kehittää uusia päätelaitteita oleviin verkkoihin. 38

Käytetyimmät palvelut: hyötypalvelut: numerotiedustelu ja saldokyselyt, uutispalvelut viihdepalvelut: soittoäänet ja logot internetin käyttö mobiililaajakaistan avulla Matkapuhelinnumeron siirrettävyys: Heinäkuussa 2003 tuli mahdolliseksi säilyttää vanha matkapuhelinliittymänumero liitt operaattoria vaihdettaessa. Tämä ä aiheutti valtavaa liikehdintää tilaajien keskuudessa: Huhtikuussa 2004 lähes 700 000 tilaajaa oli vaihtanut operaattoria Vanhimmat ja suurimmat eli TeliaSonera ja Radiolinja menettivät eniten asiakkaita Uusimmat ja pienimmät operaattorit hyötyivät eniten tilaajien vaihtohalukkuudesta Numeronsiirtoja vuonna 2007 tehtiin vielä 450 000, mikä on noin 100 000 vähemmän kuin vuonna 2006 39

Puhelimella voi verkossa olla kolme tilaa: off-tila (virraton), idle-tila (valmiustila) ja call (puhelutila) Koko on kymmenessä vuodessa pienentynyt n. kymmenesosaan. Tämä johtuu mikropiiritekniikan kehittymisestä ja myös akkujen kehityksestä. Puhelimen tekniikka on erittäin vaativaa. Puhelimen lähetin ja vastaanotin käyttävät samaa antennia NMT-järjestelmässä puhelimeen oli ohjelmoitu pysyvä tilaajanumero. GSM-puhelimen muodostavat päätelaite ja SIM-kortti, joka sisältää tilaajatiedot eli itse liittymä on SIMkortissa. SIM-kortti on älykortti, joka sisältää matkapuhelintilaajan tilaajasuhteen. Se sisältää tilaajan tunnistetietoja sekä salausalgoritmit Yhdistelmäpäätelaitteet: dual-band, esim: multi-band, esim: multi-mode: eri järjestelmiä yhdistetty samaan puhelimeen, esim. : muita yhdistelmiä: GSM+GPS, GSM+DECT, GSM+satelliittipuhelin, GSM+UMTS 40

Matkapuhelinkeskuksen tehtäviä: Reitittää puhelut muihin matkapuhelinverkon keskuksiin ja muihin verkkoihin (esim. kiinteään puhelinverkkoon) Muodostaa, ylläpitää ja purkaa järjestelmän sisäiset puhelut Hallinnoi tilaajiin liittyvät tiedostot ja tilaajan liikkuvuuden hallinta (nämä voidaan hoitaa myös erillisillä keskuksen yhteydessä olevilla rekistereillä kuten GSM:ssä) Huolehtii laskutustietojen keräämisestä Huolehtii omaan toimintaansa liittyvästä tiedonkeruusta, esim. liikennemittaukset 41

Tukiasemia on verkossa lukumääräisesti satoja tai tuhansia kappaleita. Tukiasemaverkko kk on siis kustannuksiltaan k verkon kallein osa. Yksittäinen tukiasema tarvitsee seuraavat osat: Maston tai muun vastaavan rakenteen Antennit ja antennikaapelit yms. siihen liittyvät osat Laitetilan (tontin, tien aidan yms.), sähköliittymän, varavoimalaitteet sekä siirtojärjestelmän keskukseen liittämistä varten Varsinaisen tukiasemalaitteiston 42

Avoin rajapinta tarkoittaa erittäin tarkasti spesifioitua rajapintaa. Laitevalmistajille on jätetty tt tällaisessa tapauksessa hyvin vähän tulkinnanvaraa. Esim. GSM-verkossa kaikki verkon sisäiset rajapinnat eivät ole avoimia (esim. tukiaseman ja radioverkon ohjaimen välinen rajapinta). Mitä tämä merkitsee matkapuhelinverkon tapauksessa? 43

NMT450 käynnistyi 1982 ja siitä tuli niin suosittu, että se ruuhkautui nopeasti taajuusalue 450 MHz, 180 kanavaa lakkautettiin vuoden 2002 lopussa sopiva verkko harvaanasutuille seuduille NMT900-verkko rakennettiin ruuhkan purkamiseksi 1980-luvun lopulla tekniikka oli samanlaista kuin NMT450:n, muutamia parannuksia tehtiin (parempi äänen laatu, tilaajanumeron salaus, yms.) käyttänyt y GSM:n kaistaa ja kaistaa kavennettiin matkan varrella lakkautettiin 2000, käytössä ollut taajuuskaista annettiin DNA:n GSM900-verkolle NMT:n tekniikka oli aikansa edistyksellisintä. Siinä on monia toiminteita, jotka ovat lähes sellaisinaan tai vähän paranneltuina siirtyneet GSM-verkkoon ja edelleen UMTS-verkkoon. Näitä olivat mm. lähetystehon ja paristonsäästön ohjaus, puheen laadun valvonta ja NMT900-verkossa käytetty tilaajanumeron salaus. Puhetta ei NMT-verkossa oltu salattu mitenkään. Vaikka NMT yleensä mainitaan analogisena verkkona, sen keskukset ja siirtotiet ovat digitaalisia, vain puheen siirto radiotiellä tapahtuu käyttäen analogista taajuusmodulaatiota (FM). Radiotien signalointiin eli merkinantoon käytetään digitaalista FFSK-modulaatiota ( 1 = 1200 Hz ja 0 =1800 Hz). NMT käyttää FDMA-tekniikkaa (Frequency Division Multiple Access), jossa taajuuskaista on jaettu kapeisiin 25 khz kanaviin. Kutakin kanavaa käyttää yksi käyttäjä kerrallaan. Keskus tietää valmiustilassa olevan puhelimen sijainnin liikennealueen tarkkuudella. Liikennealue muodostuu soluista. Puhelukutsu lähetetään liikennealueen kaikkien solujen kautta. Yhdessä NMTsolussa on ainakin yksi kutsukanava, jota puhelimet kuuntelevat. Puhelun alussa puhelin siirtyy kutsukanavalta puhekanavalle. 44

Teknisesti standardi havaittiin hyväksi ja kehityskelpoiseksi. Tämä vaikutti menestykseen. Toinen tekijä oli alusta lähtien mahdollisuus kansainväliseen roamingiin eli verkkovierailuun. Mitä laajemmalla verkko levisi, sitä laajempi käyttöalue oli tilaajalla. Yksi suuri tekijä standardin menestykselle on avoimen kilpailun periaate. GSM:ssä otettiin kilpailun mahdollistavat näkökohdat huomioon heti alusta lähtien. Kun GSM:ää lähdettiin kehittämään, oli useissa Euroopan maissa valtiollisen monopolin hoitama, usein kansallisia standardeja noudattava verkko. Tämä oli havaittu huonoksi järjestelyksi. Suurin osa GSM:n spesifiointityöstä on tehty ETSI:ssä (European Standardisation Institute) t vuosina 1989-2000 Nykyään kaikki GM:n spesifikaatiot tehdään 3GPP:ssä, joka käsittelee GSM:ää yhtenä UMTS-verkon radiopääsyrajapintana 45

Pohdi millaisia siirtoteitä käytetään seuraavilla GSM-verkon rajapinnoilla: A-bis (BTS:n ja BSC:n välissä) A(MSC:njaBSC:nvälissä) Radiorajapinta 46

BTS = tukiasema kaksisuuntainen radioyhteys päätelaitteiden kanssa yksi tai useampia TRX:iä (lähetin-vastaanotinlaitteisto) sisältää kahdeksan radiokanavaa sisältää myös tehojakajan (kombainer), salauslaitteiston sekä antennit BSC = tukiasemaohjain päätehtävänä huolehtia oman alueensa radioresurssien hallinnasta (esim. kanavien allokoinnit ja kanavanvaihdot) sekä radiorajapinnan parametrien hallinnasta (esim. tehonsäätö) TC = transkooderi muuntaa GSM-signaalin PCM-muotoon (16kbit/s => 64 kbit/s) 47

MSC/VLR MSC:n tärkeimpänä tehtävänä on kytkeä verkkoon tulevat puhelut oikealle BSS:lle tukiasemaohjaimen ja ja tukiaseman kautta sekä BSS:ltä tulevat puhelut muihin verkkoihin jokainen puhelu kulkee keskuksen kautta (vaikka puhelimet olisivat samassa tukiasemasolussakin) IWF (Interworking function) hoitaa datayhteyksien sovittamisen MSC:n ja ulkoisten verkkojen välillä VLR (vierailijarekisteri) sisältää tiedot kaikista verkkoon rekisteröityneistä vierailevista tilaajista HLR/AC/EIR HLR (kotirekisteri) sisältää perustiedot (esim. tilaajanumerot ja sallitut palvelut) verkon omista tilaajista sekä omien tilaajien sijaintitiedon AC (tunnistuskeskus) sisältää tilaajan tunnistukseen, käyttöoikeuksien tarkastamiseen ja tiedon suojaukseen liittyvät parametrit EIR (laitetunnusrekisteri) sisältää laitetunnukset (IMEI-koodit) valkoinen lista (hyväksytyt ja luvalliset) harmaa lista (seurannassa olevat, esim. väliaikaisen tyyppihyväksynnän saaneet) musta lista (luvattomat laitteet) 48

Selosta puhelun reitityksen eri vaiheet suomeksi: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Miten reititysprosessi muuttuu jos puhelu aloitetaan matkapuhelimesta ja se päättyy lankapuhelimeen? 49

TDMA/FDMA: 200 khz kanava jaettu 8 aikaväliin uplink- ja downlink-suuntiin käytetään eri taajuuksia (kts. sivun alaosa) Aikavälejä käytetään monella tapaa: yleensä 7 aikaväliä/trx puheen- tai datansiirtoon 0...2 aikaväliä/trx merkinantoon TRX = tukiaseman lähetin/vastaanotinpari Kantoaallon modulointiin käytetään GMSK-menetelmää (eräs FSK-modulaation alalaji) 50

Esimerkkejä eri palveluista: Verkkopalvelut: (Verkkopalveluita käytetään datansiirron yhteydessä.): yleinen synkroninen verkkopalvelu (sisältää HSCSD:n) asynkroninen (300 b/s 9600 b/s) yleinen synkroninen verkkopalvelu GBS (General Bearer Service) yleinen synkroninen pakettipääsy GBS (sisältää GPRS:n) synkroninen pakettipääsy (2400 b/s 9600 b/s) Telepalvelut puhe puhe, hätäpuhelu lyhytsanomapalvelu (SMS, Short Message Service) Multimedia Messaging Service (MMS eli multimediasanoma) Lisäpalvelut puhelun hinnan näyttö erilaiset estot: kaikkien tulevien, kaikkien lähtevien puheluiden yms. estot puheluiden ennakkosiirrot eri tapauksissa: puhelin varattu, ei vastaa, ei kuuluvuusalueella yms. puhelinnumeron näyttö kutsutulle puhelimelle ja sen esto Lisäarvopalvelut (Lisäarvopalvelut käyttävät tele-, verkko- ja lisäpalveluita alustanaan. Näitä palveluita kehitetään nykyisin eniten lyhytsanomapalvelun ja GPRS:n päälle): pankkipalvelut uutis- ja tulospalvelut logot ja soittoäänet 51

Datapalveluiden kehityspolku: Piirikytkentäinen hidas data, max. 9,6 kbit/s HSCSD: piirikytkentäinen nopea data, kevennetty kanavakoodaus ja multislot, max. 57,6 kbit/s GPRS: pakettikytkentäinen, max. n. 170 kbit/s EDGE: modulaatiotavan muutos, max. 384 kbit/s (=> EGPRS ja EHSCSD) UMTS: max. 2 Mbit/s WAP mahdollistaa Internetia muistuttavien palveluiden käytön (rakentuu datapalveluiden päälle) 52

Radiorajapinnan resurssit jaetaan usean eri käyttäjän kesken tarpeen mukaan. Vapaita aikavälejä käytetään tää nopean purskeen siirtoon ja aikavälit vapautetaan t heti kun siirtotapahtuma on ohi. Aikavälejä voidaan ottaa hetkellisesti käyttöön jopa 8 kpl. Näin saavutettava teoreettinen maksimisiirtonopeus on n. 170 kbit/s. Maksimisiirtonopeus vaatii myös hyvän radioyhteyden. Operaattorin on mahdollista laskuttaa välitetyn datan perusteella (eikä yhteysajan pituuden mukaan). Liikennöinti tapahtuu IP-protokollan mukaisesti. Yhteys verkkoon on periaatteessa aina auki ja paketit siirtyvät nopeasti GPRS-arkkitehtuuri (kuva ) operointisolmu SGSN toimii samalla hierarkiatasolla kuin MSC yhdyskäytäväsolmu GGSN mahdollistaa datan siirron ulkopuolisten dataverkkojen ja GPRS-verkon välillä GPRS-rekisteri GR sisältää GPRS-tilaajan tilaaja- ja reititystiedot (käytännössä yhdistetty HLR:ään) GPRS-runkoverkko (Backbone) on IP-pohjainen paketinohjausyksikkö PCU sijaitsee BSC:n yhteydessä GPRS:n avulla toteutetaan hyvin monenlaisia palveluita, joista yksi esim. on Push To Talk (PoC), joka tarkoittaa radiopuhelintyyppistä palvelua VoIP-muotoisena GPRS:n avulla. 53

EDGE: Enhanced Data Rates for Global Evolution Käytetään tää usein termiä 2,75G eli on viimeinen i väliporras matkalla kolmanteen sukupolveen Voi toimia myös korvikkeena 3G:lle, koska EDGE:llä voidaan tarjota suurempia datanopeuksia kun pelkällä GPRS:llä 54

Kolmannen sukupolven matkapuhelinverkkoja on syntynyt usean eri standardin pohjalle. UMTS-standardi di on näistä tärkein ja se perustuu eurooppalaislähtöisen lähtöi GSM-verkon hyödyntämiseen. UMTS:n standardointi tehdään 3GPP (3G Partnership Project) nimisessä standardointielinten yhteenlittymässä. Vaatimuksena kolmannen sukupolven järjestelmälle on se, että järjestelmän täytyy antaa selvästi lisäarvoa kun sitä verrataan GSM-järjestelmään tai muihin 2G-järjestelmiin kaikissa suhteissa. Alussa vaaditaan myös yhteensopivuutta Nämä vaatimukset ovat niin raskaita, että ne voidaan toteuttaa vain moniympäristöjärjestelmällä (kts. kuva). Erityyppisiä palveluita tarjotaan erilaisilla osajärjestelmillä ympäristöstä riippuen. Todennäköisesti verkko tullaan toteuttamaan seuraavasti: samanlainen radiorajapinta on saatavilla kaikkialla maailmassa myös muita teknologioita tuetaan paikallisesti eli käytössä tulee olemaan yhdistelmäpuhelimia, jotka pystyvät toimimaan useissa eri teknologioissa 55

3GPP julkaisee standardeja vuosittaisella periaatteella. Ensimmäinen versio sai nimekseen Release 99 (3GPP 99). Se perustuu vielä pääosin GSM-verkkoon. UMTSverkon radiorajapinta on WCDMA-tekniikan mukainen. Tämän vuoksi joudutaan rakentamaan uusi radioverkko UTRAN. Uudet elementit ovat RNC ja BTS. Keskuspuolella hyödynnetään GPRS-runkoverkon pakettikytkentäisiä osia eli SGSN:ää ja GGSN:ää. Yhteensopivuutta GSM:n ja UMTS:N välillä tarvitaan. Tämä tarkoittaa sitä, että handover verkon sisällä järjestelmästä toiseen onnistuu. Verkon täytyy pystyä välittämään tietoa toisen puolen tilasta puhelun aikana. Piirikytkentäiset elementit kehittyvät myös. GSM:n MSC:tä voidaan käyttää, mutta siihen joudutaan tekemään muutoksia ja lisäyksiä. Myös GPRS-verkon solmuihin tulee suuria muutoksia. 56

Seuraava versio oli Release 00, joka jaettiin kahteen osaan: Release 4 ja Release 5. Release 5 sisältää jo All IP-pohjaisen verkon eli runkoverkko toimii IP-protokollan mukaan. Myös Releaset 6 ja 7 on jo julkaistu ja lisää on tulossa. Kun siirrytään kokonaan IP-pohjaiseen liikenteeseen, perinteisiä piirikytkentäisiä verkkoelementtejä ei enää tarvita. GSM-radiorajapinta on edelleen mukana (GERAN). Verkon tässä vaiheessa palvelut ovat tärkein peruste radiorajapinnan valinnalle. Radiorajapinnalta toivotaan riittävää kaistanleveyttä käytettäville palveluille. 57

WCDMA:ssa käytetään DS-CDMA-tekniikkaa (Direct Sequence Code Division Multiple Access): käyttäjän informaatiobitit levitetään tää laajalle ll kaistalle kertomalla käyttäjädata t näennäissatunnaisella bittikuviolla (Spreading Signal). Suuria bittinopeuksia tuetaan käyttämällä muuttuvaa levityskerrointa ja useaa koodia/yhteys. Vierekkäisissä soluissa voidaan käyttää samaa taajuutta. Radiotiellä oleva häiriö (kts. kuva) levitetään vastaanotossa koko signaalin kaistalle, jolloin sen vaikutus jää pieneksi. RAKE (=harava) -vastaanotin pystyy tunnistamaan viivästyneet signaalikomponentit ja summaamaan ne yhteen. 58

2G-verkoissa tuli ensimmäisen kerran esille palveluntuottajan rooli: kaupallisia palveluita verkossa tuotti tti joku muu osapuoli kuin verkko-operaattori. 3G:ssä on palveluntarjoajien l ji rooli otettu huomioon paremmin jo heti alusta lähtien. Palveluiden kerrosmalli UMTS:ssä mahdollistaa erilaisten toimijoiden eriyttämisen. Myös kustannukset ja tulot jakautuvat eri kerroksissa eri tavoin. Mitä alemmalla kerroksella toimitaan, sitä suurempi osa kustannuksista koostuu laitteista. Palveluketjussa voi olla myös sama toimija usealla portaalla: esim. palveluntuottaja voi tuottaa myös sisällön ja verkko-operaattoritoperaattorit voivat kehittää palveluita. Eri palveluiden käyttöön tarjotaan erilaisia bittinopeuksia. Myös ympäristö vaikuttaa bittinopeuksiin: suurissa soluissa on käytössä vähintään 144 kbit/s:n nopeus, pienemmissä soluissa tarjotaan suurempia nopeuksia, jopa 2 Mbit/s. UMTS:n peruspeittona tarjoama 384 kbit/s voidaan tarjota myös EDGE:n avulla. UMTS sallii tilaajan tai sovelluksen neuvotella verkkopalvelulle ominaisuudet, jotka parhaiten soveltuvat ko. yhteyden käyttöön. Niitä voidaan myös vaihtaa yhteyden aikana. Verkkopalvelun ominaisuudet vaikuttavat suoraan hintaan, joka yhteydestä maksetaan. Ominaisuuksia ovat mm. bittinopeus, viiveet ja niiden vaihtelu, luotettavuus eli virheiden määrä yms. Paikannuspalveluihin perustuvista palveluista on ennustettu tulevan todennäköinen Killer Application eli suosituin, massoihin vetoava palvelumuoto. Näissä palveluissa on tärkeää nopea datan lajittelu ja valintamahdollisuus. Dataa tarjotaan sijainnin perusteella. 59

HSDPA (lyhenne sanoista High-Speed Downlink Packet Access) on matkaviestinten yhteyskäytäntö, joka nopeuttaa UMTS:in tiedonsiirtoa. Nopeutus koskee liikennettä verkosta päätelaitteelle. Käytetty nopeus on yleensä 1,8 Mbit/s, 3,6 Mbit/s, 7,2 Mbit/s tai 14,4 Mbit/s. Käytännössä tiedonsiirtonopeus jää huomattavasti alle näiden lukujen. Nopeuteen vaikuttavat käytetyt päätelaitteet ja yhteyden laatu. HSDPA vaatii toimiakseen sitä tukevan päätelaitteen. Standardia ollaan päivittämässä. HSPA Evolved -standardi tulee tukemaan nopeutta 42 Mbit/s ja myöhemmin enemmänkin. Maaliskuussa 2008 HSDPA oli käytössä 92 maassa, 220 eri verkossa. Palvelua tukevia päätelaitteita on alkanut saada yleisemmin vasta vuonna 2007. HSDPA:n käyttö on mahdollista vain rajoitetulla kuuluvuusalueella. Suomessa HSDPA on käytössä kaikissa kolmessa UMTS-verkossa maksiminopeudella 3,6 Mbit/s. Tiedonsiirtoa nopeutetaan erilaisia a modulaatio- o ja koodaustapoja yhdistelemällä e ä sekä käyttämällä ä ä useampaa koodia samalla yhteydellä. HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) parantaa sellaisten kehittyneiden datasovellusten käyttöä, jotka edellyttävät suuria datasiirtonopeuksia sekä puhelimesta verkkoon että verkosta puhelimeen. Tällaisia sovelluksia ovat esimerkiksi sähköposti ja henkilöiden väliset reaaliaikaiset pelit. Monet perinteiset yritys- ja kuluttajasovellukset hyötyvät nopeammasta datasiirrosta puhelimesta verkkoon. HSUPA-teknologia nostaa UMTS/WCDMA verkon nopeuden verkkoon lähetettäessä 1.4 Mbps:een, ja myöhemmissä versioissa nopeus on 5.8 Mbps. HSUPA ei ole vielä niin laajasti käytössä kuin HSDPA. HSOPA on tällä hetkellä kehitteillä oleva standardi, joka pyrkii edelleen kasvattamaan tiedonsiirtonopeuksia alasuuntaiselle linkille nopeuteen 100 Mbit/s ja yläsuuntaiselle linkille nopeuteen 50 Mbit/s. HSOPA pohjautuu kokonaan erilaiseen ilmarajapintaan ja toimii myös eri taajuuksilla kuin nykyiset UMTS/HSPA-verkot. LTE (Long Term Evolution) on 3G-tekniikka, jonka tarkoitus on kasvattaa datan siirtonopeuksia, parantaa palveluita ja vähentää kuluja. Data kulkee tukiasemasta päätelaitteeseen useita radioteitä pitkin eli niin sanotulla MIMO -tekniikalla. LTE on ensimmäinen 3G-tekniikka, jossa Uplink-suunnan liikenne on toteutettu erilaisella radiotekniikalla kuin Downlink-suunnan liikenne. Datan siirto tukiasemasta päätelaitteeseen tapahtuu OFDM -tekniikalla ja päätelaitteesta tukiasemaan SC-FDMA -tekniikalla. Luonnoksissa datansiirron tavoitteiksi on laitettu tukiasemasta päätelaitteeseen 100 Mb/s ja päätelaitteesta tukiasemaan 50 Mb/s. Käytännössä nopeudet eivät tule olemaan näin suuria, varsinkin tukiaseman ollessa kaukana. 60

Yksi pääpiirteistä päätelaitteissa on se, miten se käyttää PS- ja CS-domaineja (paketti- ja piirikytkentäisiä ik täi iäverkon osia). Päätelaite voi toimia i kolmessa eri toimintamoodissa: i t PS/CS, PS ja CS. Päätelaitteet voidaan luokitella myös sen mukaan, miten ne kykenevät käyttämään eri verkkoteknologioita (UMTS ja GSM) Tilaajasuhde sisältyy USIM-moduliin. Fyysinen sijaintipaikka on UICC-kortti. Jotta palveluita voidaan käyttää erilaisilla terminaaleilla, on määritelty seuraavat toiminnot pakollisiksi: accept, select, send, indication ja end. Toimintojen syöttö voidaan päätelaitteessa toteuttaa eri tavoin, esim. näppäimistöllä, puheohjauksella, kosketusnäytöllä yms. 61

Autonet: toimi i trunking-tekniikalla, t k iik mikä tarkoittaa automaattisesti tti ti tapahtuvaa radiokanavien i kapasiteetin ti jakoa monien käyttäjien kesken. Noudattaa englantilaista MPT 1327 standardia. Toimii 440 MHz:n taajuusalueella. Suunniteltu etupäässä puheensiirtoon, vain toissijaisesti datansiirtoon. Mobitex Soneran operoima, 150 MHz:n taajuudella toimiva, ensisijaisesti datansiirtoon suunniteltu verkko. Otettiin käyttöön 1987 Meriradiopalvelut Viestintää laivoille, käytössä monia eri järjestelmiä. Uusinta tekniikka edustaa INMARSAT- järjestelmä, j ä joka välittää maa-asemien ja laivojen välistä puhelin-, telex, telefax- ja dataliikennettä ttä satelliittiteitse. Järjestelmä kattaa kaikki valtameret. Hakuverkot Soneran KAUHA (150MHz) koko maan kattava järjestelmä 1985, lakkautettiin vuoden 2001 lopussa. Yhteiseurooppalainen ERMES käynnistyi 1992 (169 MHz). Matkapuhelimien yleistyessä käyttö jäänyt vähäiseksi, tilaajamäärä oli lopussa muutamia kymmeniätuhansia. Viranomaisverkot Yleiset televerkot tai tavalliset erillisradioverkot eivät sovellu viranomaiskäyttöön, koska ne on yleensä suunniteltu kahden pisteen välisiä yhteyksiä varten. Suomalainen VIRVE perustuu TETRA-standardiin, joka toimii trunking-periaatteella. Käyttäjät näkevät verkon virtuaalisena erillisverkkona, joka tarpeen tullen voidaan ottaa kaikkien yhteiskäyttöön. Verkko on digitaalinen ja soveltuu myös datansiirtoon. VIRVE:n rakentaminen alkoi vuonna 1998 etelästä ja etenee vuoden 2003 loppuun mennessä koko Suomen kattavaksi. Taajuusalue on 400 MHz ja taajuuskaista 20 MHz. Verkolla tulee olemaan n.100000 käyttäjää Suomessa 62

Säteilyturvallisuus ja terveysriskit: Tutkittu laajalti, ei näyttöä vakavista riskeistä. Toisaalta hyvin pitkäkestoisen käytön vaikutuksia ei olla vielä pystytty tutkimaan riittävästi Radiosäteily on ionisoimatonta säteilyä, joka ei aiheuta muutoksia kudoksiin Sallitulle säteilymäärälle on asetettu rajat Häiriöt: Matkapuhelin itse aiheuttaa häiriötä huonosti suojattuihin elektronisiin laitteisiin, esim. televisioon, radioon, lankapuhelimeen yms. Myös lähellä sijaitseva tukiasema voi häiritä muita laitteita. Sairaaloissa on usein kielletty matkapuhelimen käyttö em. häiriöiden vuoksi. Häiriötä aiheuttaa varsinkin GSM-lähetteen purskeinen muoto. UMTS-puhelin ei häritse yhtä voimakkaasti kuin GSM-puhelin. Matkapuhelinten käyttö julkisilla paikoilla aiheuttaa salakuunteluriskin, jota käyttäjä voi itse kontrolloida Ajonaikainen käyttö ilman hands free varustusta kielletty Suomessa 1.1.2003 alkaen 63

SIM-kortin PIN-kysely: Kun puhelimessa on kortin PIN-kysely päällä, vain salasanan tietämällä voi käyttää puhelinta Tilaajan tunnistus (autentikointi, kuvassa): Ennen jokaisen puhelun tai muun palvelun aloitusta tehdään tilaajan tunnistusproseduuri, jossa verkko kommunikoi SIM-kortin kanssa ja varmistaa, että tilaaja on se, joksi esittäytyy Radiotien salaus: Salakuuntelun estämiseksi kaikki radiotiellä tapahtuva liikenne (puhe, data ja signalointi) on salattu tehokkaiden salausalgoritmien avulla. Vanhempia verkkoja (esim. NMT:tä) sen sijaan pystyttiin helposti salakuuntelemaan Varastetun laitteen sulkeminen verkosta: Esim. GSM-verkossa on laiterekisteri (EIR), jonne ilmoittamalla voidaan varastettu puhelin sulkea pois käytöstä. Tällöin varas ei voi soittaa puhelimella edes omalla SIM:llään. UMTS: UMTS:ssa tulevat kuvaan mukaan myös IP-maailmasta tutut uhat (spoofing, sniffing, denial of service yms.) joita voidaan ehkäistä IPSECturvallisuustoiminteiden avulla. 64

UMTS:n kaupallinen käynnistys laajemmassa mittakaavassa tapahtui vuoden 2004 aikana. UMTS:n käynnistäminen i GSM:n sivutuotteena tt on helppoa oleville GSMoperaattoreille, sen sijaan uusilla operaattoreilla on vaikeampaa rakentaa verkkoa nopeasti. Suomen kokoisessa maassa on epätodennäköistä rakentaa koko maa UMTSpeittoalueeksi, koska UMTS:n korkea taajuus mahdollistaa vain pienet peittoalueet. Tämän vuoksi arvioidaan, että GSM säilyy pitkään peruspeittoa tuottavana verkkona. Toisaalta taas UMTS:ia rakennetaan myös GSM:n käyttämillä alemmille taajuusalueille. Huhtikuussa 2004 Suomen viranomaiset antoivat operaattoreille luvan rakentaa verkkoja yhteistyössä, mikä on taloudellisesti järkevää EDGE antaa mahdollisuuden tarjota uusia palveluita myös GSM-verkon laajemmalla peittoalueella. Tietoliikenneteollisuudella on suuri kiusaus siirtää tuotantoa halvempiin maihin, ja näin onkin jo tapahtunut. Todennäköisesti Suomeen kuitenkin jäävät tuotekehitys-, tutkimusja vaativat tuotannonsuunnittelutehtävät. Myös uusien palveluiden kehitys tarjoaa uusia mielenkiintoisia työpaikkoja. 4G:n on tarkoitus integroida olemassolevat verkot yhteen ja tarjota lisäksi hyvin korkeita datansiirtonopeuksia, jopa yli 100 Mbit/s. 65

Uusia palveluita: korkealaatuiset kuvat matalalaatuinen videokuva matkapuhelimen avulla kauko-ohjatut laitteet mobiili kauppa, korvaa luottokortit laitteiden välinen kommunikaatio (M2M, machine to machine) 66

Terrestriaaliverkossakin voidaan kommunikoida verkkoon päin, miten? 67

Yleisradioasemien välityksellä: valtakunnalliset ohjelmat siirretään studioista tai ulkolähetysyksiköistä radiolinkkiketjujen välityksellä maan eri puolilla oleviin yleisradiolähettimiin Suomessa noin 500 ULA- ja noin 80 TV-lähetysasemaa ULA-lähettimien tehot vaihtelevat muutamasta kw:sta 50 kw:in TV-lähettimien tehot 0,25...1000 kw ja mastojen korkeudet 72...325 m Lähetysten vastaanotto tapahtuu joko vastaanotinkohtaisten antennien tai yhteisantennijärjestelmien avulla Yhteisantennijärjestelmä => SYJ => kaapeliverkko Kaapelitelevisioverkon välityksellä: Kaapelitelevisioverkko on yleensä puhelinyhtiön tai jonkun muun yrityksen rakentama ja ylläpitämä Verkossa välitetyt ohjelmat koostuvat yleensä yleisradioverkon avulla vastaanotetuista, satelliittitelevision avulla vastaanotetuista ja lisäksi paikallisradio- ja tv-ohjelmista Kaapelitelevision etuina ovat parempi kuvan laatu ja monipuolinen ohjelmatarjonta Televisiosatelliitin välityksellä: Satelliitit välittävät ohjelmia maa-asemilta avaruuden kautta yksittäisiin vastaanottimiin tai kaapelitelevisioverkkoihin 68

Matalia taajuusalueita (LF, MF ja HF) ei juurikaan enää käytetä yleisradiotarkoituksiin. Näillä taajuusalueilla voidaan lähinnä ä lähettää hyvin pitkiin yhteyksiin tarvittavia i signaaleja ULA = ultralyhyet aallot Kaapeli-TV verkkoa varten on otettu käyttöön ns. S-kaista (105,25...463,25 MHz), jolle mahtuu 41 kanavaa Kaapelikanavien i taajuudet t Oulussa (DNA-TV): http://www.dnaoy.fi/yksityisille/tv/kaapelitv/sivut/taajuudet.aspx Satelliittilähetyksille on myös varattu maailmanlaajuisesti omat kaistansa. Katso esim. www.ficora.fi 69

FM-moduloitu ULA-lähete: vastaanotettu kantoaalto muutetaan ensin välitaajuudelle (IF=10,7 MHz) etuna parempi taajuusselektiivisyys ja yksinkertaisempi rakenne vastaanottimen loppuosassa 70

stereolähete: äänitetään kaksi erillistä äänisignaalia (L ja R) lähetin muodostaa summa- ja erotussignaalit (M- ja S-signaalit) M (L+R) lähetetään kanavalla normaaliin tapaan (kaista 40 Hz...15 khz) S (L-R) amplitudimoduloidaan (DSB) 38 khz apukantoaaltoon => siirtyy kuuloalueen yläpuolelle (23...53 khz) lähetteessä lisäksi 19 khz pilotti, jota tarvitaan vastaanottimessa S-signaalin ilmaisuun kokonaissignaali (M, S ja pilotti) taajuusmoduloidaan lähettimen kantoaaltoon stereolähetykset vaativat 300 khz kaistan (monolle riittää 150 khz) 71

Lähetettävä informaatio voi sisältää seuraavia elementtejä: palvelun nimen ohjelman tunnuksen ohjelman tyypin muut rinnakkaiset taajuudet kellonajan ja päivämäärän esimerkiksi liikenneilmoituksia tai mainoksia 72

etuja: äänenlaatu verrannollinen CD:hen (> 90 db:n dynamiikka). olennaisesti tehokkaampi taajuuksien käyttö : DAB-radiokanavassa voidaan lähettää jopa seitsemän digitaalista ohjelmaa. Kanavien määrä riippuu halutusta äänen laadusta tunteeton monitievastaanotolle (mm. heijastumille), josta seuraa mm. korkea taajuusalueiden hyväksikäyttö, samaa taajuutta voidaan käyttää yli maan jolloin mobiilivastaanotto paranee pienempi lähetysteho ULA FM:ään verrattuna (alle 1 kw lähetystehoilla on menestyksekkäästi voitu siirtää 6 HiFi stereokanavaa) joustava äänen, (still-) kuvan ja datan siirto erillisinä oheispalveluina samassa lähetteessä DAB-lähetysten vastaanottoon tarvitaan uusi vastaanotin, nykyisillä FM-radioilla ne eivät ole kuultavissa. Juuri kohtuuhintaisten vastaanotinten hidas markkinoille tulo onkin jarruttanut DAB-tekniikan laajempaa käyttöönottoa. Äänen koodaus DAB tavoitteena oli saavuttaa CD tasoinen ääni vastaten vastaten 16 bittistä S/N suhdetta (96 db) ja 44.1 knäytettä/s kummallakin kanavalla MUSICAM (Masking pattern adapted Universal Subband Integrated Coding And Multiplexing) koodausta, mikä sisältää bittinopeudet 32 kbit/s...384 kbit/s. DAB mahdollistaa nopeuksien muuttamisen dynaamisesti. kiinteä 48 knäytettä/s olevaa näytteenottoa. Uusimmat versiot em. ISO/IEC standardista sallivat myös puolta pienemmät näytteenotot. sisältää virheenkorjauksen 73

Digi-tv mahdollistaa (ei vielä kaikkia tarjolla) Kanavien määrän ja ohjelmatarjonnan kasvun Monien kohderyhmien palvelun Kirkkaamman ja terävämmän kuvan Valinnanvapauden ohjelmien katseluajoissa Sähköisen ohjelmaoppaan Super-teksti-tv:n Internet-sivut tv:ssä Vuorovaikutteiset ohjelmat Alueelliset ohjelmat HDTV: pelkkä digitaalinen televisio ei vielä ole varsinainen teräväpiirtotelevisio (High Definition TV). HDTV tarkoittaa kaksinkertaisen juovaluvun omaavaa televisiota (2x625 juovaa). Niissä tarvitaan suurempi bittinopeus kanavaa kohden. Euroopassa käytetään DVB-standardiperheen lähetystekniikkaa. Muita lähetysstandardeja ovat ATSC (Pohjois-Ameriikka), ISDB (Japani ja Brasilia), DMB (Kiina ja Korea) 74

Maanpäällisessä jakelussa (DVB-T) hyödynnetään olevaa asemaverkostoa, mastoja ja antenneja. Yhden nykyisen tv-kanavan tilalla digitaalitekniikalla siirtyy 4-6 kanavaa, joka vie tilaa taajuuskaistalta n. 8 MHz: Kanavanippu A: YLE TV1, YLE TV2, YLE FST5, YLE24, YLE Teema, radiokanavat Ylen Klassinen,YLE Radio Peili, YLE FSR+, YLE Mondo ja YLE Radio Extrem Kanavanippu B: MTV3, MTV3+ (osittain maksullinen), Subtv, Nelonen, Nelonen Plus Kanavanippu C: CANAL+ Finland (m), CANAL+FILM (m), CANAL+FILM2 (m), CANAL+Sport (m), Disney Channel (m)*, Urheilukanava, The Voice *), Digiviihde, radiokanavat Uusi Kiss, Iskelmä sekä Harju ja Pöntinen (radiokanava, joka näkyy digiboksissa televisiokanavien luettelossa). Kanavanippu C:ssä näkyy myös alue-tv-kanava Turku TV Turun näkyvyysalueella. Kuva- ja äänisignaalit, i tekstitieto titi t ja ohjelmakohtaiset ht t lisätiedot t yhdistetään tää standardoiduksi bittivirraksi. Bittivirta kompressoidaan MPEG2-kompressoinnilla. DVB-standardi sisältää neljä erilaista formaattia: DVB-T: maanpäälliseen jakeluun DVB-S: satelliittijakeluun DVB-C: kaapelitelevisioverkkojakeluun DVB-H: kännykkäjakeluun Nämä kaikki tarvitsevat omanlaisensa purkulaitteen eli esim. terrestriaalikanavan katseluun hankittu digibox ei sovellu kaapelitelevisioverkkoon 75

DVB-T eli maanpäällinen digitaalinen lähetysjärjestelmä on käytössä yli 36 maassa. Järjestelmä lähettää pakattua digitaalista it t audio/video-lähetettä id ttä käyttäen OFDM-modulaatiota t (COFDM). Suomessa käytetään tää 8k- ja 2k-järjestelmiä, missä 8k-järjestelmässä kantoaaltoja on 6 817 kappaletta ja ne ovat 1 116 Hz välein. Lähdekoodaukseen käytetään MPEG-2 -koodausta ja nykyään myös MPEG-4:a eli H.264:ää. Kantoaallon modulointiin käytetään QPSK:ia, 16-QAM:ia ja 64-QAM:ia. DVB-T:n häiriönsieto perustuu ennen modulointia tapahtuvaan virheenkorjausbittien lisäämiseen. DVB-C tarkoittaa kaapelijakeluun suunniteltua formaattia. Myös tässä standardissa käytetään MPEG-2 tai MPEG-4 kompressointia ja QAM-modulointitapoja lisättynä kanavakoodauksella. DVB-C2 standardia ollaan kehittämässä ja sen pitäisi olla valmis vuonna 2009. DVB-S standardi kehitettiin vuonna 2003 ja se korvattiin uudemmalla versiolla DVB-S2 vuonna 2005.Uudempi versio sisältää HDTV:n ja MPEG-4 AVC koodauksen. Modulaatiotapoina käytetään QPSK-, 8PSK- tai MAPSK-modulaatioita. DVB-S2 hyödyntöö myös adaptiivista modulaatio- ja koodaustekniikkaa, mikä tarjoaa optimoitua siirtoa eri käyttäjille. DVB-H (Digital Video Broadcasting - Handhelds) on standardi matkapuhelintyyppisiä päätelaitteita varten. Se on läheistä sukua muille digitaalisen televisiolähetyksen DVB-standardeille kuten DVB-T, DVB-C ja DVB-S, mutta se toimii pienemmällä sähkönkulutuksella, nopeasti liikkuvassa ympäristössä (esimerkiksi 300 km/h liikkuvan junan kyydissä) ja se vie vähemmän radiokaistaa, koska kuvan tarkkuus on alhaisempi. DVB-H:n kuvan tarkkuus on 320x240 (vertaa DVB-T:n 720x576). Suomessa neljäs kanavanippu on varattu DVB-H lähetyksille. Muista DVB-järjestelmistä poiketen DVB-H on IPpohjainen. 76

Teräväpiirtotelevisio-nimitystä käytetään SDTV:tä seuraavan sukupolven televisiotekniikasta. Se on digitaalitelevision it l i i kehitysaskel k kohti tarkempaa kuvaa ja parempaa ääntä. Tekniikka tunnetaan t myös nimellä HDTV (lyhenne sanoista High-definition television). HDTV-lähetykset ovat digitaalisia, mutta sen lisäksi ne voivat nykyisellään olla lähes viisi kertaa tarkempia kuin SDTV:n PAL-lähetykset. Aikaisempaan tekniikkaan muutoksena HDTV:n lähetykset lähetetään ainoastaan 16:9-kuvasuhteella. PAL-järjestelmän 576i-kuva korvataan tarkemmilla tarkkuuksilla, jotka ovat minimissään 720p (1280 720 pikseliä) ja maksimissaan 1080i ja 1080p (1920 1080 pikseliä). Kuvan pakkaustekniikka on yleensä MPEG-2, mutta tehokkaamman pakkausalgoritmin ansioista MPEG-4:sta on käytetty yhä useamman kanavan kuvanpakkausalgoritmina. TV-valmistajat käyttävät markkinoinnissaan HD ready -merkintää ilmaisemaan TV:n HDTVyhteensopivuutta. Full HD -markkinointitermillä tarkoitetaan täysteräväpiirtotelevisiota, joka pystyy esittämään 1920 x 1080 resoluution näytöllään ilman skaalausta. Lähetystekniikka pysyy lähestulkoon samana verrattuna nykyiseen SD-digi-tv:hen. HDTV ei varsinaisesti määrittele millä tekniikalla kuvaa tulee siirtää langattomasti tai langallisesti. Se voi siirtyä satelliitista, maanpäällisenä lähetyksenä, kaapelissa, tietoverkkojen kautta tai kodin HDTV:tä tukevasta laitteesta. Suomen maanpäällisessä HDTV-lähetyksissä tullaan käyttämään DVB-T2 -standardia kun lähetykset alkavat aikaisintaan vuonna 2010. Koelähetykset alkoivat Suomessa vuoden 2007 kesällä Euroviisujen näyttämisellä Espoon lähetinasemalta. Digita kokeilee teräväpiirtolähetyksiä uudelleen Pekingin olympialaisten yhteydessä loppukesästä 2008. Asiassa edetään kaupallisten tarpeiden mukaisesti ja mikään ei estä tuomaan kaupallista kanavaa teräväpiirtolähetyksiä varten. Teräväpiirtolähetyksiä onkin tarjolla maksu-tv-lähetyksinä. Standardin mukaiset resoluutiot 720p - 1280 * 720 pikseliä,,progressiivinen, 60, 50 tai 30, 25 tai 24 lomittamatonta kuvaa sekunnissa. 1080i - 1440 * 1080 (HDV) tai 1920 * 1080 pikseliä, lomitettu kuva, 60 tai 50 puolikuvaa sekunnissa. 1080p - 1920 * 1080 pikseliä, progressiivinen, 30, 25 tai 24 lomittamatonta kuvaa sekunnissa. 77

Satelliittien ryntäys avaruuteen alkoi varsinaisesti 1960-luvullla pääosin Neuvostoliiton ja Yhdysvaltain avaruuskilpailun tuloksena. Avaruuteen ammuttiin mitä erilaisimpia i i i tietoliikennesatelliitteja, sotilaallisia vakoilusatelliitteja, tutkimussatelliitteja ja luotaimia, jotka tämänpäivän mittakaavassa olivat vielä hyvin alkeellisia. Tänään satelliitit ovat ihmisen apulaisia. Niitä hyödynnetään paljolti tietoliikennetarkoituksiin, matkapuhelinliikenteen sekä TV- ja radiolähetysten välittämiseen, GPS-paikantamiseen, oman planeettamme ja lähiavaruuden tutkimiseen, maanpinnan kartoittamiseen ja sääilmiöiden tutkimiseen. Joukossa on hyvin paljon myös sotilaallisia satelliitteja, jotka tarkkailevat strategisesti tärkeitä maanpinnan kohteita tai ohjusten laukaisuja. Vuosituhannen vaihteessa satelliitteja on laskettu olevan Maata kiertävällä radalla noin 9000 kappaletta. Tähän lukumäärään kuuluu toimivia satelliitteja, satelliittien ja kantorakettien jäännöksiä, joiden minimikoko on 10 cm:n luokkaa. Kaikkiaan avaruusromua on Maata kiertävällä radalla yli 30 000 kpl ellei vieläkin enemmän, kun huomioidaan pienimmätkin avaruusromujen palaset. Vuosittain laukaistaan noin 100 satelliittia i lisää, joskin varsin moni radalla ollut kappale palaa tuona aikana myös Maahan. Jos sama kehitys jatkuu, ylitetään 10 000 kappaleen raja joskus 2000-luvun ensimmäisellä vuosikymmenellä. 78

Arviolta noin 60 % Maata kiertävistä satelliiteista on sotilaallisia. Näihin lukeutuvat tarkoin tutkin tki varustetut t t ns. vakoilusatelliitit lliitit ja varhaisvaroitussatelliitit it t sekä erilaiset i muut vakoilu- ja suojajärjestelmät, joiden välityksellä strategisesti mielenkiintoisia maakohteita voidaan tarkkailla huomaamattomasti, minkään valtion ilmatilaa loukkaamatta. Loput noin 30 % satelliiteista on mm. tietoliikenne- ja tutkimussatelliitteja, kuten esimerkiksi sääsatelliitteja, kaukokartoitussatelliitteja, navigointisatelliitteja tai tähtitieteellisiä tutkimussatelliitteja. Tietoliikennesatelliitit välittävät mm. TV- ja radiopalveluja eri puolille maailmaa. Kaukokartoitussatelliitit kartoittavat mm. maanpintaa, tutkivat luonnonvaroja, tarkkailevat merien jäätilannetta tai vaikka ympäristötuhoalueita. Navigointisatelliitit antavat mm. sijaintitietoja laivoille ja auttavat erilaisia pelastusjärjestelmiä. Sääsatelliitit tarkkailevat maapallon säätilaa. Tähtitieteellisiä tutkimussatelliitteja käytetään avaruuden kohteiden tutkimiseen sekä myös oman planeettamme tutkimiseen. Kansainvälisten sopimusten myötä kaikki avaruuteen laukaistavat kappaleet, satelliitit, on jollain tavoin luokiteltava. Laukaisun yhteydessä satelliitille annetaan jokin nimi, jota käytetään kirjallisuudessa ja tiedotusvälineissä sen tunnistamiseksi. Samalla satelliitilla voi itse asiassa olla useita nimiä, riippuen paljolti siitä, missä yhteydessä nimi mainitaan. Kirjallisuudessa ja tiedotusvälineissä käytetään usein ns. kansainvälistä nimistöä, joka kuvaa jollain tavalla satelliitin käyttötarkoitusta tai on muuten helposti muistettavissa esim. Telstar, Landsat, Tele-X jne. 79

Satelliitti rakentuu rungosta, mittalaitteista ja aurinkopaneeleista. Ulkonäön kannalta olennaisimpia i i ovat juuri nuo aurinkopaneelit, jotka usein levittäytyvät t ät satelliitin satelliitin sivuille. Toisinaan paneelit on sijoitettu runkoa vasten. Toinen satelliitin näkymiseen vaikuttava kohde on mittalaitteiden lämpösuojaukset. Niissä käytetään usein kullan- tai hopeanhohtoista foliota. Satelliittien mittalaitteet on sijoiteltu runkoon tai erityisten mittalaitepuomien päähän rungon aiheuttaman mahdollisen häiriön vähentämiseksi. Puomeihin saattaa olla sijoiteltuina myös levy- tai lautasmaisia tietoliikenneantenneita. 80

Satelliitit kiertävät Maata lähes ympyränmuotoisilla radoilla noin 200-40 000 kilometrin korkeudessa. k Valtaosa satelliiteista i t sijaitsee it alle 1500 km korkeudessa k ja vieläpä ä suurin osa näistäkin 200-800 kilometrissä. Tällaista rataa kutsutaan matalaksi kiertoradaksi (LEO, Low Earth Orbit). Geostationaariset satelliitit ovat korkeammalla noin 36 0000 kilometrin korkeudessa päiväntasaajan yläpuolella. Tällaiset kohteet näkyvät Maasta katsoen paikallaan pysyviltä tähtimäisiltä kohteilta, sillä geostationaariradalla (GEO, Geostationary Earth Orbit) satelliitin nopeus Maahan nähden on sama kuin maapallon pyörimisnopeus. Matalien ja geostationaariratojen lisäksi joidenkin satelliittien kohdalla suositaan eräänlaista välimuotoa. Venäläiset Molnijat suosivat hyvin elliptistä rataa, jonka etäisin piste saattaa olla jopa 20 000 kilometrin etäisyydellä ja Maata lähin piste vastaavasti vain muutamien satojen kilometrien etäisyydellä. 81

Iridium: Iridium on henkilökohtaisiin satelliittipuhelimiin ja hakulaitteisiin palvelua tuottava järjestelmä. Sen välityksellä voidaan siirtää puhetta, hakuja, dataa ja telefax-liikennettä mihin tahansa mihin normaalit maanpäälliset verkot eivät ulotu. Sen pääasiallinen käyttäjäkunta koostuu kehitysalueiden asukkaista, matkailijoista, katastrofialueiden auttajista yms. Dual-mode puhelimet toimivat esim. GSM-verkossa siellä missä palvelua on tarjolla ja kuuluvuusalueen ulkopuolella satelliittien välityksellä. Verkko aloitti toimintansa 1998. Taloudellisten vaikeuksien vuoksi sen toiminta lopetettiin vuonna 2000. Palvelu saatiin kuitenkin uudelleen käynnistettyä vuonna 2001. Toimii LEO-satelliittien avulla. Satelliitteja on 66 kappaletta ja niitä maanpäällisiin verkkoihin yhdistäviä maa-asemia (gateway) 12 kpl. Nämä 66 kpl 780 km korkeudessa toimivaa satelliittia saavat aikaan 100% peiton maapallolla. 82

GPS -järjestelmä koostuu kolmesta osasta; avaruusjärjestelmä (space segment), tällä hetkellä 28 satelliitista, t valvontajärjestelmästä j t l ä tä (control segment), johon kuuluu viisi i maaasemaa sekä käyttäjistä (user segment) GPS-vastaanottimineen. Lentoradan korkeus on keskimäärin 20 183 km. Tekniikka kehittyy ja GPS-laitteiden tarkkuuden voi olettaa parantuvan tulevaisuudessa. Valvonta-asemien modernisointi on suunnitteilla vuosina 2000-2008. L2-signaalilla siviilivastaanottimien tarkkuus olisi 5-10 metrin luokkaa. L5-signaalilla siviilivastaanottimien tarkkuus olisi yhden metrin luokkaa. EGNOS ja Galileo Euroopassa on tarkoituksena perustaa oma satelliittipaikannusjärjestelmä maa-, meri- ja ilmaliikenteen käyttöön. Järjestelmän olisi tarkoitus olla yhteensopiva nykyisten järjestelmien (amerikkalainen GPS ja venäläinen GLONASS) kanssa. Suunnitelmien mukaan eurooppalaisen EGNOS -järjestelmän pitäisi olla käytössä 2003. Siinä maa-asemien verkostolla tarkennetaan GPS- ja GLONASS-järjestelmien paikkatietoa Eurooppalaisten oman itsenäisen satelliittipaikannusjärjestelmän Galileon pitäisi olla toiminnallinen vuonna 2006. Järjestelmään kuuluisi 30 satelliittia. Ratakorkeus olisi 23 000 km. Ensimmäinen satelliittilaukaisu pitäisi olla vuonna 2005. Hanke on kuitenkin viivästynyt, eikä sen lopullinen rakentaminen ole vieläkään varmaa. Hanke on Euroopan komission ja Euroopan avaruusjärjestön yhteishanke ja sen kustannusarvio on 2 900 miljoonaa euroa. 83

Langattomien verkkojen käyttökohteita: operaattorit tarjoavat yleisiä verkkoja kaikkien käyttöön (WLAN) vanhojen kiinteistöjen verkkoratkaisut myös uusiin rivi- ja kerrostaloihin rakennetaan tietoverkkoja langattomalla tekniikalla muuttuvat ja tilapäiset tarpeet langallisen LAN:in varmennus ja laajennus lentoasemien odotustilat ja hotellihuoneet 84

Turvallisuus: Turvallisuusnäkökohdat on otettava tt huomioon mitä tahansa verkoa pystytettäessä. t ttä ä Perinteisten ongelmien, kuten autentikoinnin ja palomuurien lisäksi WLAN tuo mukanaan uusia riskejä. Radioaallot etenevät seinien läpi, mahdollistaen langattomien lähiverkkojen käytön sisätiloissa. Mutta on myös muistettava, että sama signaali on kenen tahansa saavutettavissa peittoalueella ja vaimentuneena vielä huomattavasti kauempanakin. Hajaspektritekniikka sinällänsä vaikeuttaa salakuuntelua (eavesdropping), muttei tee sitä mahdottomaksi. Niinpä olisi syytä harkita verkossa lähetettävän tiedon salausta, ainakin luottamukselliselle informaatiolle. Tämä taas hidastaa yhteyksiä jonkin verran. Nykyisissä järjestelmissä on jo kehittyneitä turvallisuusominaisuuksia, joita kannattaa käyttää aina. 85

Standardit: Aiemmin i standardien di puute aiheutti eri valmistajien laitteiden id yhteensopimattomuuden. tt Standardissa yleisimmin käytetylle taajudelle, 2,4-2,483 GHz, ei tarvitse hankkia radiooperaattorin lupaa. Eli kuka tahansa voi ostaa ja asentaa tukiasemia ja pystyttää oman verkkonsa. Käytettyä taajuuskaistaa kutsutaan myös ISM-kaistaksi (band for the Industrial, Scientific and Medical use). Suorasekvenssi hajaspektri (Direct Sequence spread spectrum, DSSS); 2,4-2,4835 GHz Käyttää jatkuvasti suurta taajuuskaistaa, 22 MHz Kalliimpi kuin kaksi muuta. Nopeudet 1, 2 ja 11 Mbps, nopein. Nopeampi vasteaika kuin FHSS:llä Taajuushyppely hajaspektri (Frequency Hopping spread spectrum, FHSS); 2,4-2,4835 GHz Käyttää yhtä taajuutta kerrallaan, hyppien satunnaisesti kaikkien taajuuksien välillä Helpompi ottaa käyttöön ja halvempi kuin DSSS Jos yhdellä taajuudella häiriöitä, voidaan jättää käyttämättä Nopeus 1-2 Mbps ja vasteaika hitaampi kuin DSSS:llä Suunnitteilla on myös MBS-verkko (Mobile Broadband System), joka tulee toimimaan 60 gigahertsin taajuudella ja sen tiedonsiirtonopeus voi olla monikymmenkertainen verrattuna esimerkiksi internet-yhteyksissä nyt käytettävään adsl-laajakaistayhteyteen. 86

Verkkotopologiat: Yksinkertaisimmassa tapauksessa joukko laitteita, joissa on WLAN adapteri ja jotka ovat tarpeeksi lähellä toisiaan, muodostavat itsenäisen verkon. Katso kuvaa 1. Jos asemien välinen etäisyys kasvaa liian suureksi, verkkoyhteys katkeaa. Kun asemat palaavat kantaman sisälle, muodostuu yhteys uudelleen muutamassa sekunnissa. Käyttämällä tukiasemaa toistimena, voidaan itsenäisen verkon kantamaa kasvattaa jopa kaksinkertaiseksi kuten kuvassa 2. Infrastruktuuri-verkot: Infrastruktuurimuodossa yksi asemista toimii tukiasemana, jonka kanssa muut asemat keskustelevat. Tukiasemana voi toimia tavallinen tietokone tai erillinen tukiasemalaite. Useista tukiasemista, jotka ovat yhteydessä toisiinsa, muodostuu langaton lähiverkko. Verkko ei yleensä kuitenkaan ole täysin langaton, vaan tukiasemat ovat kiinni perinteisessä lähiverkossa ja niiden välinen liikenne siis kulkee kaapelissa. Tästä on kuva 3. Viimeisessä kuvassa on esitetty ratkaisu, joka on yleisessä käytössä ja yleensä teleoperaattorin operoima. Verkko voi peittää laajojakin alueita, mutta silloin tarvitaan paljon tukiasemia. Näillä korkeilla taajuusalueilla ei voida muodostaa suuria peittoalueita, n. 1 km tukiasemasta laitteeseen on lähellä maksimia. 87

WiMAX-teknologiassa yksittäisen tukiaseman toiminta-alue on huomattavasti laajempi kuin esimerkiksi i langattoman lähiverkon mahdollistavan WLAN-tukiaseman. Teknologian etuna on myös, ettei se välttämättä edellytä suoraa näköyhteyttä tukiaseman ja päätelaitteen välillä. WiMAX toimii 3,5 gigahertsin luvanvaraisella taajuudella, jolla teoreettinen tiedonsiirtonopeus on suurimmillaan jopa 75 megabittiä sekunnissa. Kantama voi olla hyvissä olosuhteissa jopa kymmeniä kilometrejä tukiasemasta Kantamaan vaikuttavat paikalliset maasto- ja sääolosuhteet. Kokemukset osoittavat, että pohjoismaiset vuodenaikojen ja sään vaihtelut eivät aiheuta häiriöitä Wimax -verkon toimintaan. Tiheä puusto voi vaikuttaa alentavasti verkon kantamaan, mutta ei merkittävästi. Pohjois-Pohjanmaalla on rakennettu laajasti laajakaistayhteyksiä haja-asutusalueille Wimaxin avulla Tulossa on myös mobiileja WIMAX-verkkoja, joissa päätelaitteet voivat liikkua vapaasti peittoalueella. Näistä verkoista odotetaan kilpailijaa 3G-verkoille. 88

Standardi on avoin (liittymän osapuolille) ja luonteeltaan de facto -standardi Bluetooth-siru on edullinen ja pienikokoinen (9x9mm) Radioyhteys: taajuusalue 2,4 GHz, joka on kaikkialla maailmassa vapaasti käytössä (eli häiriöllinen) kaista USA:ssa ja Euroopassa 80 MHz. Japanissa, Ranskassa ja Espanjassa vähemmän häiriöitä torjutaan nopealla taajuushyppelyllä, lyhyillä paketeilla, nopealla kuittauksella sekä virheenkorjauksella taajuusalue parempi kuin esim. infrapuna: ei tarvitse näköyhteyttä, läpäisee materiaaleja suhteellisen suuri kantama, tämän hetkisillä konsepteilla n. 10m kantamaa voidaan kasvattaa lähetystehoa nostamalla n. 100 m aikajakoinen dupleksointi nimellinen maksiminopeus i 1Mb/s yhdistetty piiri- ja pakettikytkentäisyyttä: SCO (Synchronous Connected Oriented) -linkki tukee symmetrisiä piirikytkentäisiä yhteyksiä, esim. puhetta. ALC (Asynchronous Connectionless) tukee symmetrisiä tai asymmetrisiä point-to-multipont -yhteyksiä (esim. purskeinen data) 89

Piconet: radiosignaalin kantaman sisällä bluetooth-yksiköt muodostavat piconetin (enintään 8 jäsentä). Yksi toimii ii Master-yksikkönä joka säätelee liikennettä. Masteryksikkö voi olla mikä laite tahansa ja se voi vaihtua. Scatternet: ryhmä epäsynkronisia itsenäisiä piconettejä muodostaa scatternetin. Jokaiselle piconetille allokoidaan oma 1 MHz:n taajuushyppelykanava. Tällöin piconetillä on käytössä periaatteessa 1 Mb/s:n siirtonopeus. Törmäyksiä voi sattua jos valitaan sama kanava. 90

Sovellusesimerkkejä: MS - tietokone MS - digitaalikamera MS - kannettava kovalevy MS - tulostin langattomat hiiret, kuulokkeet ja näppäimistöt bluetooth-skannerikynä MS = kotipuhelin + työpuhelin + matkapuhelin interaktiivinen konferenssi kotielektroniikka: musiikki, turvallisuus, auton lukko ym ym paikallinen informaationvälitys, esim. lentokentillä usean pelaajan yhteiset pelit Keksikää itse lisää! 91

WIMAX:in arvioidaan tulevan laajasti käytetyksi myös kaupunkialueilla. Tällöin se kilpailee lähinnä ä UMTS/HSDPA:n kanssa. Myös mobiili-wimax on tulossa., tosin se on viime aikoina kärsinyt takaiskuja useiden suurten laitevalmistajien luovuttua sen kehittämisestä. 92

Näitä tekniikoita ovat mm. UWB, RFID, Zigbee, Wibree, NFC jne. Myös WLAN ja Bluetooth thvoidaan luokitella ll lyhyen kantaman järjestelmiksi. j i WPAN (Wireless Personal Area Network) -verkkojen radiolaitteiden tyypillisiä tunnuspiirteitä ovat: alhainen virrankulutus lyhyt kantama pienikokoisuus edullinen hinta lupavapaan taajuusalueen käyttäminen tiedonsiirrossa. Tiedonsiirtonopeus, kaistanleveys, modulointitapa ja topologia riippuvat käytetystä tekniikasta. IEEE määrittelee tekniikoille fyysisen- ja MAC-kerroksen standardin ja yritysten muodostamat allianssit vastaavat ylempien kerrosten kehittämisestä. 93

UWB (Ultra Wideband) on radioteknologia, jossa tieto lähetetään äärimmäisen lyhyinä ja pienitehoisina pulsseina hyvin laajalla taajuuskaistalla (esimerkiksi 1 2GHz) GHz). Ongelmana UWB-tekniikoissa on lähettäjän ja vastaanottajan synkronoituminen eli kuinka vastaanottaja löytää nanosekuntien tarkkuudella lähetetyt pulssit. UWB-tekniikkaa ollaan standardoimassa (IEEE 802.15.3a). Lähetysteho on alhainen (-41,25 dbm/mhz). Kantama on maksimissaan 10-20 metriä bittinopeudella 110 Mbit/s ja 2-4 metriä nopeudella 480 Mb/s. Erittäin laajakaistainen UWB-tekniikka on ääritapaus lisensoimattomista langattomista järjestelmistä. Mielenkiinnon kohteena on myös monikantoaaltotekniikalla tai perinteisellä hajaspektritekniikalla toteutettu UWB, joka käyttää yhtä tai useampaa ISM-kaistaa samanaikaisesti. Tutkittavina asioina ovat sekä ortogonaaliset että ei-ortogonaaliset monikantoaaltomodulointimenetelmät ja niihin liittyvät ilmaisumenetelmät, laajakaistaisten monikäyttömenetelmien vertailut sekä laajakaistaiset modulointitekniikat. UWB:n kaistankäyttö: 94