Mitä matkapuhelimessa on sisällä?Les dessous du téléphone portableDaniel Krob
Matkapuhelinta käytetään nykyisin useissa maissa, vaikka tilanne oli aivan toisenlainen vain muutama vuosi sitten. Vuonna 1985 oli käytössä monia eri kansallisia puhelinoperaattorien kehittämiä ja keskenään yhteensopimattomia langattomia puhelimia, jotka kehitettiin ja kaupallistettiin sen ajan suurten kansallisten operaattorien toimesta. Niiden toisistaan poikkeavat tekniset ominaisuudet estivät kommunikoinnin eri operaattorien välillä. Jotta esteet verkosta toiseen soittamisen väliltä olisi saatu poistettua, matkapuhelinliikenteelle oli laadittava yhteinen normisto. Työ aloitettiin 1985 ja GSM-normisto (Global System for Mobile Communications) oli valmis Euroopassa vuonna 1990. France Télécom ja Deutsche Telekom olivat idean alullepanijoita, ja jo 1990-luvun alussa ensimmäiset tämän normin mukaiset kaupalliset verkot aloittivat toimintansa. Kesti kuitenkin melkein 90-luvun lopulle asti, ennenkuin GSM vakiintui lopullisesti kansainvälisen matkapuhelinliikenteen maailmanlaajuiseksi normistoksi. Myös kolmannen sukupolven eli 3G-matkapuhelinverkon pohjalla oleva UMTS-normisto (Universal Mobile Telecommunications System) on GSM-järjestelmän luonnollinen laajennus. GSM-normisto sisältää monimutkaisia tietoteknisiä ratkaisujaKäyttäjä on harvoin tietoinen matkapuhelinverkon taustalla olevien teknisten ongelmien monimutkaisuudesta, jotka ovat jopa alan asiantuntijoille vaikeaselkoisia. GSM-normisto ei ole vielä valmis lopullisessa muodossaan, sillä sekä suuret matkapuhelinyhtiöt kuten myös korkeakoulujen tietoliikennelaboratoriot panostavat voimakkaasti GSM-verkon laatua ja tehokkuutta kehittävään tutkimustyöhön. GSM-normiston tekninen tiedosto on kehitetty yhdistäen niin perinteistä puhelin- kuin tietotekniikkaa, matematiikkaa ja signaalinkäsittelyteoriaa. Erityisesti matemaattiset algoritmit ovat olleet keskeisessä roolissa suunniteltaessa matkapuhelinverkkojen vakaan toiminnan taannutta rakennetta. Matematiikka muodostaa teoreettisen kivijalan, johon kaikki matkapuheluyhteyden hallinnassa tarvittava tietojenkäsittely perustuu. Ohjelmistotekniikan avulla nämä informaatioteorian tulokset on muutettu matkapuhelinverkkojen käyttämiksi tehokkaiksi tiedonsiirtoprotokolliksi. Algoritmit informaation muuttamiseksi numeeriseen muotoon eli informaation digitointi, jako paketeiksi ja salausTarkastelemme lähemmin tapaa, jolla viesti siirtyy käyttäjän valittua puhelinnumeron matkapuhelimestaan. On syytä huomata, että kaikki tieto siirtyy matkapuhelinverkossa numeerisessa muodossa. Itse asiassa tieto siirretään neljäsosasekunnin välein lähetettävinä paketteina eli tietyn pituisina 0-1-jonoina. Nämä paketit sisältävät kaiken matkapuhelinyhteydessä tarvittavan informaation: itse puheen, matkapuhelimen tunnisteen, yhteyden laadun jne.. Liikkumavapauden lisäksi tärkeimpänä erona matkapuhelimen ja tavallisen puhelimen välillä on, että tämä puheluun liittyvä numeerinen informaatio välitetään langattomasti radioaaltojen avulla. Tämä puolestaan vaatii omia matemaattisia ja ohjelmointiteknisiä menetelmiään, kuten hajautettua ohjelmointia, kombinatorista optimointia, signaalin numeerista käsittelyä, laskennallista geometriaa ja virheen korjaavia koodeja vain muutamia esimerkkejä mainitakseni. Informaatiopaketteja ei voi siirtää sellaisenaan. Puhelinsalaisuuden säilymisen takia ne salataan erityisten salausavaimien avulla (kuten tiedämme, salaus nojautuu usein varsin syvällisiin algebrallisiin tai geometrisiin erikoistekniikkoihin). Langaton tiedonsiirto vaatii lisäksi tietopakettien ennakkokäsittelyä: Radioaalloilla toimiva väylä on altis monenlaisille häiriöille. Esim. rakennukset heikentävät ja heijastelevat käytettyjä lyhyitä radioaaltoja ja aiheuttavat signaaleihin vaihevirheitä. Signaalit tuottavat myös kaikuja, jotka täytyy ottaa huomioon. Jokaisessa informaatiopaketissa onkin osa, joka mahdollistaa alkuperäisen signaalin tunnistamisen estäen sitä hukkumasta kaikujen mereen. Vaikka tällaisia kysymyksiä on jo aikaisemminkin tutkittu niin teoriassa kuin käytännössäkin, ovat matkapuhelintekniikan tarpeet olleet omiaan kannustamaan tällaisten tiedonsiirtoon liittyvien matematiikan osa-alueiden kehitystä. Verkkoteoriasta taajuusjakoonAlgoritmien ja matematiikan mukanaolo ei kuitenkaan pääty informaation numeeriseen siirtoon. Algoritmit ovat tärkeitä myös matkapuhelinoperaattorien käyttämien radiotaajuuksien hallinnassa. Valtiot vuokraavat - suhteellisen korkeasta hinnasta - eri operaattoreiden käyttöön kullekin omat taajuuskaistat. Kuhunkin taajuuskaistaan mahtuu kuitenkin vain noin 300 erillisiä viestikanavaa. Kahden toisiaan maantieteellisesti lähellä olevan matkapuhelimen erillisiä yhteydenottoja ei voi sijoittaa viereisille kanaville, koska yhteydet tällöin häiritsisivät toisiaan. Koska käyttäjiä on paljon enemmän kuin käytettävissä olevia kanavia, kanavien taajuudet on pyrittävä jakamaan optimaalisesti kaikkien käyttäjien kesken. Vaikkei tätä optimointitehtävää voikaan kohtuullisessa ajassa eksaktisti ratkaista, niin on olemassa verkkoteoriaan perustuvia algoritmeja, joiden avulla tarvittava kanavataajuuksien jakaminen voidaan suorittaa riittävän tehokkaasti. Kaikki nämä viestintäteknologian keskeiset ongelmat ovat yhä aktiivisen tutkimustyön kohteina.
KIRJOITTAJA: KUVATEKSTIT:Kuvatekstit viittaavat alkuperäisen tiedoston Les dessous du téléphone portable kuviin.
sivu 11:
sivu 12: VIITTEET:
|