https://www.mobil.se/nyheter/reportage-t-ckning-s-funkar-det
555623
Det betyder plupparna

Reportage: Täckning - så funkar det

Studsande signaler, olika frekvenser, ny teknik och skillnaden mellan bra täckning och god kapacitet. Vi förklarar vad som egentligen är bakgrunden till bra och dålig mobiltäckning.

Inledning

När mobilen visar en rad med pluppar går det oftast att ringa – men inte alltid. Ibland fungerar både samtal och data fint med två pluppar. Ibland bryts samtalen trots att skärmen visar fem. Så vad betyder egentligen plupparna? Vi har tittat närmare på vad som krävs för att den trådlösa förbindelsen mellan mobil och mast ska fungera och vad du kan göra för att få bättre täckning.

Per-Simon Kildal, professor, antennexpert och forskargruppsledare på Chalmers Tekniska Högskola, konstaterar att mobilernas antenner får mindre och mindre utrymme när enheterna blir tunnare, men 4G-tekniken gör att prestandan ändå når nya toppnoteringar.

– Radiovågorna studsar, går in i varandra och tar olika vägar till mottagarens antenn. Det kallas multipath och får signalstyrkan att variera oerhört mycket eftersom signalerna både kan släckas ut och förstärkas av reflektionerna. Bara genom att vrida på mobilen eller flytta den ett avstånd som motsvarar en halv våglängd – ungefär 6 cm på de högre 4G-frekvenserna – kan det skilja 100 gånger i signalstyrka, berättar Per-Simon Kildal.

Med 4G kan mobilerna använda flera antenner som samarbetar på samma frekvens – så kallad MIMO och diversitet. MIMO står för multiple-input multiple-output och innebär att man kan använda radioutrymmet mer effektivt och höja kapaciteten utan att behöva öka sändareffekten, använda större antenner eller sprida trafiken över fler frekvenser. Fler sändare/mottagare och antenner ger mer prestandaförbättring sett till det utrymme som krävs jämfört med att använda en ensam antenn med högre förstärkning. 

– Om mobilen och basstationen använder MIMO med dubbla antenner finns det fyra olika vägar för signalerna att gå. Sannolikheten att båda antennerna får in dålig signal samtidigt blir väldigt mycket mindre, förklarar Per-Simon Kildal.

Det är inte bara studsande radiosignaler som gör att täckningen varierar. Även om 800- och 900 MHz-banden generellt täcker större ytor än de högre mobilfrekvenserna får det inte finnas för mycket mellan telefon och mast. Radiovågorna kan inte ta sig runt ett berg eller en byggnad – eller följa jordens krökning. Därför behövs många basstationer med bra antennlägen för att minimera radioskuggorna.

Björn Lindberg, chef för radio- och nätfrågor på Tele2, menar att det är lätt att bygga täckning, men en större utmaning att bygga bra kapacitet.

– Utanför städer, till exempel för att bygga utmed en väg, använder vi ett planeringsverktyg. I verktyget kan vi simulera vad som händer om vi sätter en ny basstation på en viss plats.

För platserna som ser mest lovande ut i simuleringen söks det bygglov.

Björn Lindberg berättar att simuleringen bygger på verkliga mätningar och ger en bra bild av hur det kommer att bli – så länge kartorna är tillräckligt exakta.

– De gamla kartorna från Lantmäteriet hade höjddata från 60- eller 70-talen och en precision på omkring 25 meter. Vi har precis börjat köpa in kartdata som bygger på laserskanningar och har en upplösning på fem meter eller bättre.

Erik Hörnfeldt, ansvarig för PR och kommunikation på Tre, förklarar att olika nät kan komplettera varandra.

– Normalt bygger man två nät, ett lågfrekvent för bra yttäckning och bra huskropps­penetration. Samt ett högfrekvent för bra kapacitet. I glesbygdsområden bygger man oftast bara med lågfrekvensteknik, i tätorter en kombination av båda.

Bygga nytt tar tid

Varje basstation behöver el och en uppkoppling med hög bandbredd – optisk fiber eller radiolänk – som knyter ihop den med resten av operatörens nät. Även om både el- och fiberdragning kan ta tid på vissa platser är den stora utmaningen att placera ut master, antenner och aktiv utrustning. Bygglov kan ta tid i Sverige och operatörerna kan inte räkna med någon gräddfil.

– Har man en plats klar tar det ungefär tre veckor att bygga en basstation och integrera den i nätet, berättar Erik Hörnfeldt på Tre.

I praktiken går det dock sällan fortare än 18 månader på grund av att bygglovsansökningar och miljötillstånd måste behandlas och placeringen blir ofta en kompromiss mellan vad som är bäst ur ett täckningsperspektiv och vad som är möjligt att genomföra.

Några ger stöd och andra bromsar

– Vissa kommuner förstår att mobilnäten är viktiga och ger ett bra stöd när vi söker bygglov. Andra bromsar och ger inga förslag på bra platser. Alla villa ha täckning, men ibland är det någon som överklagar och säger »sätt masten hos grannen«, menar Björn Lindberg.

– Normalt krävs det tre tänkbara platser för att få ett godkänt tillstånd att bygga på en av dem. Sedan finns det andra saker vi måste ta hänsyn till. Master nära järnväg måste godkännas av Banverket för att de inte ska störa deras kontrollsystem och det kan dra ut väldigt på tiden. Det finns några riktiga skräckexempel – till exempel en plats där vi lämnade in första bygglovsansökan 2002 och kunde börja först i somras, säger Erik Hörnfeldt.

En lösning för operatörerna kan vara att tillfälligt gräva ned stridsyxan och dela på masterna. Lagstiftningen om så kallad samlokalisering på mobilmasterna kan tvinga operatörerna att samarbeta, men det sker också på mer frivillig basis.

Björn Lindberg berättar att Tele2 har ett samarbete med Telenor när det gäller GSM 900 och 4G LTE. 

– Vi har sparat de bästa masterna och har idag 20 procent fler basstationer än tidigare. 4G kan använda samma antenner och samma master, så vi kunde snabbt bygga ut nätet genom att sätta in ny utrustning som klarar både GSM och LTE. I början var vi oroliga för vi visste inte vilka frekvenser som skulle gälla på mobiler och modem, men det har fungerat bra, säger Björn Lindberg.

Erik Hörnfeldt menar att lagen om mastdelning borde omfatta fler än bara mobil­operatörerna.

– Det finns en massa andra master som skulle kunna fungera för mobil utrustning, till exempel komradio, militära master och master för teve och radio, men idag är det väldigt svårt att komma in på dem.

Täckningskartor för smartphones

Täckningskartor och smartphones

Operatörerna använder inte bara simuleringsverktyg för att planera nätutbyggnaden – det är också här som täckningskartorna skapas. Simuleringsverktyget laddas med information om hur terrängen ser ut, var basstationerna finns och data från operatörens egna mätningar och räknar sedan ut på vilka platser det ska vara möjligt att ringa med en teoretisk »normalmobil«.

– I slutet på 2013 justerade vi kartan så att den stämmer bättre med smartphones, berättar Björn Lindberg på Tele2.

De svenska operatörerna visar den beräknade utomhustäckningen på sina kartor, men i exempelvis Norge finns fler funktioner. Telenor har där flera olika lägen på sin täckningskarta – utomhus, inomhus och ett tredje läge som visar utomhustäckning specifikt för Iphone 5. Post- och telestyrelsen PTS har efterlyst mer detaljerade och rättvisande kartor, men Erik Hörnfeldt på Tre är skeptisk till om det går att göra kartorna så mycket bättre än de är idag.

– I städerna kan det vara bra täckning på en våning i en byggnad medan det inte fungerar en trappa upp eller ned. Fungerar vårt nät där kunden vill ringa så är det bra täckning – fungerar det inte försöker vi förbättra eller vara generösa med återköp, säger Erik Hörnfeldt.

Enligt PTS har många smarta telefoner antennlösningar som gör att de mobilerna fungerar på färre platser än äldre lurar. 

– När man mäter på 900 MHz-bandet gör själva antennen större skillnad. Det är svårare att bygga en kompakt antenn för lägre frekvenser. Mer av signalen absorberas också av kroppen, säger Per-Simon Kildal på Chalmers.

Plupparna

Oavsett om du använder en smartphone av senaste modell eller gräver fram en gammal GSM-mobil ur byrålådan är sannolikheten stor att det finns en femgradig skala – pluppar, pinnar eller trappsteg – som indikerar signalstyrkan. De fem plupparna har hängt med lika länge som det funnits trådlös kommunikation. I början av 1900-talet började radiotelegrafisterna att använda internationella standarder för olika typer av trafikmeddelanden och metadata – alltså information om vem som pratar med vem, tider, platser och sändningarnas kvalitet. 

Den mest utbredda standarden kallas Q-kod – en följd av att alla meddelanden som ingår i koden börjar på morsetecknet Q. För att få ett mått på signalstyrkan kunde telegrafisterna fråga varandra »QSA?«. Om man uppfattade signalstyrkan som mycket bra knackade man in »QSA 5« på telegrafnyckeln som svar och en femma enligt morsealfabetet är fem korta teckendelar – med andra ord fem pluppar. Sedan dess har den femgradiga skalan hängt med, men den har samma brist idag som då – att man kan tolka den lite som man vill. En femma för en telegrafist kanske var en trea för en annan. I mobilvärlden fungerar det minst lika godtyckligt – det finns ingen etablerad standard som talar om hur mycket det ska skilja mellan de olika stegen på skalan eller ens vad det är för typ av mätning som ska ligga till grund för plupparna.

Det enda man kan säga med säkerhet är att det för just din mobil finns ett samband mellan antalet pluppar och styrkan på radiosignalerna från den basstation som mobilen är uppkopplad mot. Om du går till en annan plats och får fler pluppar är signalen sannolikt starkare där, men det går inte att använda den femgradiga skalan för att säga att din mobil har bättre antenn än någon annan.

Bra signalstyrka ökar chanserna att du kan ringa och surfa med mobilen, men den säger inte hela sanningen. Radiosignalerna börjar som en väldigt högfrekvent växelström som antennen skickar vidare i form av radiovågor genom luften – lite efter samma princip som en högtalare som omvandlar en mer lågfrekvent växelström till ljudvågor. På mottagarsidan kan man likna antennen vid en mikrofon som fångar upp vågorna och omvandlar dem till växelström igen. Signalstyrkan i mobilen definieras som effekten som går att utvinna ur denna ström. Effekten mäts i watt, men jämfört med vad som rör sig genom antennkabeln när man sänder är det oerhört små effekter det handlar om vid mottagning. En mobil kan sända med max 2 watt, men fångar upp i storleksordningen 10 picowatt – 10 biljondelar av en watt – så det krävs en annan form av skala för att kunna presentera ett så stort spann med ett hanterbart antal siffror. I radiosammanhang använder man därför enheten decibel-milliwatt – förkortat dBm. Det är en logaritmisk skala som anger hur stor en effekt är i förhållande till 1 milliwatt – vilket skrivs som 0 dBm. Om effekten är högre än 1 milliwatt blir det ett positivt värde på skalan – är den mindre blir det ett negativt värde. 

Signalstyrkan som tas emot i en mobil hamnar alltid på den negativa sidan – från ungefär -120 dBm upp till -50 dBm. Det gäller att inte missa minustecknet – signalstyrkan är högre ju närmare nollan man kommer. 

Tänder första pluppen

Tänder första pluppen

De flesta mobiler har fasta intervall för att omvandla dBm till pluppar. Exakt var gränserna går varierar, men både LG Nexus 5 och Iphone 5S tänder den första pluppen en bit nedanför -100 dBm och börjar visa full styrka – fem pluppar – omkring -80 dBm. För Android finns det många widgetar som visar signalstyrkan i både dBm och pluppar. Det går också att trycka fram siffran utan att installera några appar – även på Iphone. Se faktarutan intill.

Signalstyrkan fungerar på samma sätt oavsett om man kommunicerar analogt eller digitalt, men påverkan på samtalskvaliteten ser väldigt olika ut. Om du använder analog radio – till exempel VHF i båten eller en komradio på 446 MHz-bandet – ökar bruset steglöst allt eftersom signalstyrkan sjunker och det går till sist inte att höra vad som sägs. I mobilen är det digitalt som gäller och då kommer problemen mer plötsligt. Ljudet är antingen näst intill perfekt eller så faller det bort helt i någon riktning – om inte samtalet bryts. I ett litet mellanläge kan det dyka upp störningar som eko, fördröjningar och andra så kallade artefakter – men vid en gräns där för många ettor och nollor tappas bort på vägen bryts de digitala samtalen helt.

Det är inte bara signalstyrkan som påverkar mängden fel i överföringen. Man kan likna det vid ett samtal mellan två personer. Står de långt ifrån varandra måste ljudnivån upp för att budskapet ska gå fram. Men även andra faktorer kan ställa till det. I ett rum med mycket eko kanske man förstår varandra ännu sämre genom att höja rösten. Ska man jämföra mobilernas radiomiljö med en ljudmiljö kan man snabbt konstatera att det inte handlar om något bibliotek. Andra mobiler, lågenergilampor och andra prylar med nätdelar ger ifrån sig störningar på radiofrekvens. Väggar antingen skärmar eller reflekterar radiovågor. Verkligheten är mer som att föra ett samtal i mitten av en rondell i rusningstrafik. Samma nivå på signalstyrkan räcker alltså inte i alla lägen – signalen måste vara stark jämfört med allt som stör. I radiosammanhang kallas det signal-brusförhållande och brukar anges i decibel. Specifikt för mobiler används ofta mer exakt definierade mått på signalkvaliteten – till exempel energin i varje mottaget datapaket i förhållande till störningarna, men huvudproblemet är detsamma – ökar störningarna behövs det mer signal för att tjänsterna ska fungera.

Brist på kapacitet

Inte ens när alla förutsättningar finns på plats för en stark och brusfri signal mellan mobil och mast kan man vara helt säker på att samtal och data fungerar. Den vanligaste orsaken är kapacitetsbrist – för många användare försöker ringa eller koppla upp sig via samma basstation. Lösningen är att bygga fler basstationer – celler – som var och en täcker ett mindre område. Utanför städerna och utmed landsvägar är det ofta så kallade makroceller som levererar täckning över flera kvadrat­kilometer. I storstäderna kan samma kapacitet behövas för att serva några få kvadratmeter – till exempel på arenor eller i köpcentrum.

– Tele2 Arena har bäst mobilkapacitet i världen i förhållande till antalet besökare. Vi har delat in arenarummet i 24 sektorer och varje sektor har fyra celler, berättar Björn Lindberg.

Basstationerna behöver också hög kapacitet på sin anslutning till operatörens nät. Fiber är förstahandsvalet. Det är en robust teknik som fungerar över långa sträckor och det går att öka kapaciteten genom att byta utrustningen i ändarna på kabeln. Ibland kan det dock bli för dyrt att gräva ned fiber till en basstation i utkanten på nätet. Då används istället radiolänk – inkapslade parabolantenner som ser ut som väl tilltagna bastrummor uppe i mobilmasterna. Radiolänken kräver fri sikt till en annan mast som kan dela med sig av anslutningen till nätet. Radiolänkar klarar nästan lika mycket som fiber idag.

En ännu större utmaning är att leverera täckning och kapacitet ombord på tåg eller fartyg i rörelse.

Innan 4G började slå igenom på bred front var det väldigt trångt i mobilnäten. Operatörerna menar att problemet är mindre idag. Enligt Björn Lindberg går det redan mer datatrafik i 4G-nätet än över 3G och det finns bara ett fåtal platser där ökad kapacitet behövs. 

Tips för bättre täckning

5 tips för bättre täckning

1. Använd headset. Både handen och huvudet hindrar radiosignalerna från att nå fram, så koppla in ett headset med sladd eller bluetooth och lägg ifrån dig mobilen.

2. Testa olika platser. Bara genom att vrida lite på mobilen eller flytta den några centimeter kan du få mycket bättre signal. Med mobilen mot örat är det svårare att hitta rätt läge, så glöm inte tips nr 1.

3. Surfa via router och wifi. Om det bara finns täckning på vissa platser i huset – ställ en router med 3G eller 4G där du får bäst fart och koppla upp dina mobiler och surfplattor via det trådlösa nätverket istället.

4. Om täckning finns, men signalen är väldigt svag – testa en riktantenn. Fungerar bra tillsammans med många routrar och modem.

5. Sök tillstånd för en repeater. Om tips 1–4 inte räcker kan du sätta upp en aktiv förstärkare. Kostar några tusenlappar och kräver tillstånd från både operatören och från PTS, men så länge det finns signal på någon plats där du kan sätta upp en antenn så går det mesta att lösa.

Begreppsförklaring

Decibelmilliwatt - dBm

Det »vetenskapliga« sättet att presentera signalstyrkan. Anger effektens storlek i förhållande till 1 milliwatt på en logaritmisk skala.

Arbitrary Strength Unit - ASU

Används i mobiler för att visa signalstyrkan som ett positivt heltal. Det går att omvandla dBm till ASU, men formeln ser olika ut beroende på om det gäller 2G, 3G eller 4G.

Pluppar

Förekommer också under namn som »pinnar« eller »bars« och visar signalstyrka, eller i vissa fall signalkvalitet, på en femgradig skala. Exakt hur beräkningen sker och var gränsen går mellan olika nivåer bestäms av mobiltillverkaren.