Mobiele netwerken: 2G → 6G

Tromboning: twee Belgische GSM's staan allebei in New York en bellen elkaar. Het netwerk zoekt eerst in België de huidige locatie (HLR) en routeert het gesprek via België (heen), dan terug naar New York. Het gesprek maakt dus een lus zoals een trombone (heen en terug over de oceaan).

• Gevolg: twee internationale benen betaald, hoge kosten, extra vertraging.
• Remedie: de bezochte MSC/netwerk checkt eerst lokaal in de VLR of de gebelde abonnee ook ter plaatse is, en routeert dan lokaal (local break-out, "optimal routing"). Ook mogelijk: lokale prepaid-SIM, of bellen via VoIP / Wi-Fi calling (data i.p.v. gesprek).

• A5/2 kraken: naast de gegevens wordt ook een error-correcting code geëncrypteerd; 4 frames volstaan om de sleutel te vinden, dus meeluisteren is mogelijk.
• A5/1 kraken: sleutel gokken met rainbow tables (64 bit): ~4 TB aan voorberekende sleutels, ~5 minuten gespreksframes en krachtige computers.
• Eenzijdige authenticatie: de GSM bewijst wie hij is aan het netwerk, maar het netwerk bewijst niets aan de GSM.
• Nep-basisstation / IMSI catcher: iemand bouwt gewoon een basisstation na (test equipment), dwingt de GSM te praten met A5/2 (of A5/0) en kan meeluisteren/volgen. De GSM merkt niets.
• Communicatie tussen masten (richtstraalverbindingen door de lucht) is onbeschermd.
• Encryptie loopt maar tussen GSM en basisstation, niet end-to-end.

GPRS (General Packet Radio Service, 2,5G) gebruikt het bestaande GSM-netwerk om meer en sneller data te versturen.

• Waarom sneller: (1) packet switching gebruikt lege timeslots van een kanaal i.p.v. een slot vast te reserveren, (2) meerdere timeslots tegelijk voor één gebruiker, (3) coderingsschema's CS-1 tot CS-4 (8 → 20 kbit/s per slot): dicht bij de mast minder error correction, dus meer nuttige data, (4) always-on, geen opbouwtijd per verbinding.
• Coderingsschema: CS-1 = 8,0; CS-2 = 12,0; CS-3 = 14,4; CS-4 = 20,0 kbit/s.

EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) = 8-PSK modulatie bovenop GPRS: 3 bits per symbool i.p.v. 1 bij GMSK, dus 69 kbps per slot-set en tot 473,6 kbps met 8 timeslots. Pakket: EGPRS; circuit: ECSD. Tussenstap naar W-CDMA/UMTS, draait op het bestaande GPRS-netwerk. GPRS wordt ook veel gebruikt voor M2M (machine-to-machine): toestellen met GSM-module sturen data naar servers via internet.

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) is de Europese 3G-standaard binnen IMT-2000 (ITU): wereldwijd "seamless" toegang, downwards compatibel met 2G, hoge datasnelheid, multimedia. Radiotechniek: W-CDMA met 5 MHz-kanalen.

• 4-zone-model: Pico (indoor, 10-tallen m, 2 Mbps), Micro (urban, 50-300 m, 384 kbps), Macro (suburban, 350 m-20 km, 144-385 kbps), World (satelliet, 10-1000 km, 144 kbps).
• Geen frequentieplanning nodig: elke cel gebruikt dezelfde frequentie (in GSM moeten buurcellen verschillende frequenties hebben).
• UMTS-verkeer is circuit- én pakketgeschakeld tegelijk.

Spreading (spreiden) = zender vermenigvuldigt het smalle, sterke signaal met een snelle spreading code (chips). Het resultaat is een breedband signaal met lage energiedichtheid, onder het ruisniveau ("informatie versleuteld in de ruis"). Despreading = ontvanger vermenigvuldigt met dezelfde code en sommeert: het oorspronkelijke signaal komt terug, signalen van andere gebruikers (andere, orthogonale codes) middelen uit tot ~0.

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) is gebaseerd op FDM: het spectrum wordt opgedeeld in vele smalle subkanalen. Op elk subkanaal wordt parallel data verstuurd met PSK of QAM. De subcarrier-frequenties worden zo gekozen dat op de piek van één subkanaal alle andere nul zijn (orthogonaal): geen cross-talk, ondanks dat ze elkaar overlappen. Zo kan je dicht op elkaar zitten, efficiënt spectrumgebruik en robuust tegen multipath. Gebruikt in LTE, Wi-Fi, WiMAX.

Near-far probleem (dichtbij-veraf): in CDMA zenden alle GSM's op dezelfde frequentie. Een GSM dicht bij de mast komt veel sterker binnen dan een verre GSM en overstemt die. Power control regelt het zendvermogen zodat alle signalen even sterk aankomen bij de mast.

Rake receiver: een radiosignaal komt via meerdere paden aan (rechtstreeks + weerkaatst op gebouwen/objecten), elk met een andere vertraging. Een Rake receiver heeft meerdere "vingers" (de tanden van de hark): elke vinger despreidt één pad met de juiste vertraging. Daarna worden de paden gewogen gecombineerd (maximal ratio combining) tot één sterker signaal. Multipath is dus een voordeel in plaats van een probleem. ("Uw GSM is een hark.")

Handoverbeslissing: GSM en BS meten signaalkwaliteit en -sterkte en rapporteren aan de BSC (bij UMTS: RNC). De BSC analyseert, activeert het nieuwe BS en updatet de actieve set van cellen.

• HSDPA (3,5G): UMTS Release 5, 14 Mbps DL / 2 Mbps UL, adaptieve modulatie (QPSK/16QAM), tot 15 parallelle codes, scheduler in het BS geeft het kanaal aan de gebruiker met de beste kanaalkwaliteit (GSM meldt SIR/max snelheid). Tot ~300% meer DL-capaciteit. Gebruikt geen variabele spreidingsfactor en power control zoals W-CDMA.
• LTE (4G): kanalen 2,5/5/10/15/20 MHz, pakketgeschakeld met end-to-end QoS, FDD en TDD, OFDM-gebaseerd. Draait op o.a. 800/1800/2600 MHz. 4G+ / LTE-Advanced = marketingterm voor carrier aggregation (Proximus/Orange 3 banden samen, Base 2).
• IMS (IP Multimedia Subsystem): standaard NGN-architectuur voor providers, ondersteunt VoIP en alle multimedia over IP.
• WiMAX (IEEE 802.16): afgeleid van Wi-Fi, betere bandbreedte, reikwijdte en QoS (VoIP/IPTV), ideaal voor last mile; 70 Mbps theoretisch, ~2 Mbps praktisch.
• LoRa (Long Range, Low Power): IoT-netwerk (parkeerplaatsen, toiletten tellen, koeling-alarm).
• 5G: bands 700 MHz, 1400 MHz, 3600 MHz plus 6 GHz en 26 GHz. Hoge frequentie = snel, maar snel afgezwakt → veel kleine antennes. Glasvezel backbone (>1 Gbps). Toepassingen: IoT, zelfrijdende auto's, car-to-car. In België vertraagd door strenge uitzendnormen (o.a. Brussel 3 V/m), vergunningsprocedures en ruzie over opbrengst frequentieveiling.
• 6G (±2030): 7-15 GHz en 95 GHz-3 THz. AI optimaliseert het verkeer. THz dringt nergens door, wordt door huid geabsorbeerd en scant de omgeving. Cell-free: geen masten, objecten (muren/stoelen/tafels) worden antenne.

HARQ (Hybrid ARQ): ARQ vraagt automatisch een hertransmissie bij een foutief pakket. Bij HARQ met incremental redundancy bevat elke hertransmissie andere delen/extra foutcorrectiebits van de data. Het foute pakket wordt bewaard en gecombineerd met de hertransmissies. Zelfs als alle ontvangsten fouten bevatten, kan de som een goed pakket geven. Gevolg: minder retransmissies, snellere en efficiëntere link.

Beamforming (5G): de mast zendt niet breed in alle richtingen, maar bundelt de energie in een smalle bundel gericht naar de ontvanger (via antenne-arrays met gecontroleerde fase). Voordelen: sterker signaal, minder interferentie voor anderen, hogere capaciteit en bereik, ondanks de snelle demping van hoge frequenties. De bundel volgt de gebruiker.

MVNO's (virtuele operatoren) huren netwerk van BASE, Orange of Proximus, bv. Mobile Vikings (Base), Lycamobile (Orange), Scarlet (Proximus).