GSM (Global System for Mobile Communications) var det første digitale mobilnettet, og ble en hjørnestein i digitaliseringen av samfunnet ved at mobilkommunikasjon ble tilgjengelig for alle. Den første GSM-samtalen ble satt opp i Radiolinja sitt nett i Finland i 1991, og lanseringen markerte et gjennombrudd for mobiltelefonen, som frem til da var dominert av kostbare analoge mobiltelefoner. Overgangen til et felles-europeisk digitalt nett skapte et stort marked for en industri og leverandører med mange aktører, og dermed etterhvert lavere priser. Den tekniske løsningen GSM tilbød muliggjorde høyere samtalesikkerhet og mer stabile forbindelser. Vi fikk kortmeldingstjenesten SMS, og litt senere tidlige internettjenester. Skrur vi fram til år 2005 var én milliard GSM-abonnenter kommet til, noe som illustrerer hvor raskt teknologien ble tatt i bruk og hvilken innflytelse den fikk i hverdagen. Uten GSM ville mye av den digitale økonomien vi tar for gitt i dag – inkludert smarttelefonbaserte tjenester – ha utviklet seg langt tregere og mer fragmentert.
Tidslinjen for mobiltelefoniens utvikling viser hvordan ulike nasjonale systemer la grunnlaget for og inspirerte GSM. Allerede i 1979 diskuterte europeiske aktører behovet for et felles mobiltelefonsystem, samtidig som flere land utviklet egne analoge nett. De nordiske landene lanserte NMT (Nordic Mobile Telephone system) i 1981, USA rullet ut AMPS (Advanced Mobile Phone System) i 1983, mens England med TACS (Total Access Communication System) og Tyskland med C-Netz (Funktelefonnetz-C) fulgte etter i 1985. Disse systemene viste at mobilkommunikasjon hadde et internasjonalt potensial, men bortsett fra NMT var de ikke kompatible på tvers av landegrenser og slet med begrenset kapasitet og sikkerhet.
Erfaringene fra de nasjonale analoge systemene avdekket behovet for en felles, standardisert og mer effektiv teknologi. Dette la grunnlaget for det paneuropeiske samarbeidet som resulterte i GSM.
I 1982 startet den europeiske standardiseringsorganisasjonen for teleadministrasjoner CEPT (Conférence Européenne des Administrations des Postes et des Télécommunications) et innledende arbeid for å definere hva GSM skulle bli. Senere tok European Telecommunications Standards Institute (ETSI) over arbeidet, og her deltok også industrien. Nederland og de nordiske landene var de mest aktive i den første fasen.
Thomas Haug ble valgt til formann for GSM-prosjektet i 1982, en rolle som krevde både diplomatisk teft og teknisk forståelse for å forene motstridende interesser mellom europeiske land. For øvrig var Thomas en nordmann med en sentral rolle i det svenske Televerket, noe som bidro til å bygge bro mellom de nordiske og kontinentale synspunktene. Spesielt Tyskland, Frankrike, Italia og Storbritannia hadde stor politisk innflytelse. Disse landene representerte de største telemarkedene i Europa, og deres behov og prioriteringer veide tungt da GSM-standarden skulle utformes.
På den tekniske siden kom mange bidrag fra profilerte eksperter, blant dem de franske ingeniørene Alain Maloberti, Christian Vernes og Michel Mouly, samt Jan Audestad fra Norge. Samarbeidet mellom disse personene illustrerte bredden av kunnskap og vilje til å finne løsninger på kompliserte utfordringer, og deres innsats var avgjørende for at GSM-prosjektet skulle lykkes.
I første fase av GSM-standardiseringen var det særlig tre spørsmål man måtte ta stilling til:
- Var tiden inne for et digitalt system, eller kunne man klare seg med et analogt?
- Hvilken radioløsning skulle man velge for å utnytte radiospektret best mulig?
- Skulle man satse på et smalbånd- eller bredbåndssystem?
For å rettferdiggjøre en digital løsning måtte man avklare om en digital radioløsning, det vil si bruk av digital modulasjon og aksessmetode, ville fungere i mobile omgivelser med minst like god spektrumeffektivitet som i en analog løsning. Digital modulasjon innebærer at tale- og datainformasjon overføres som digitale signaler (nuller og enere), noe som gir nettverket mulighet til å rette opp feil under overføring. En av de heteste aksessmetodene var TDMA (Time Division Multiple Access), som betyr at flere brukere deler samme frekvensbånd ved å dele opp kanalene i tidsluker.
Tester ble gjennomført høsten 1986 i Paris, der åtte systemforslag ble vurdert opp mot hverandre. En sentral del av evalueringen var om forslagene kunne levere god samtalekvalitet og høy kapasitet under realistiske forhold preget av støy og forstyrrelser. Det norske forslaget fra ELAB i Trondheim, basert på TDMA, vant konkurransen fordi det kombinerte høy spektrumeffektivitet med robusthet mot forstyrrelser og god talekvalitet. Dette var avgjørende for at løsningen skulle fungere i varierende geografi og med ulike tekniske utfordringer.
I tillegg til TDMA som aksessmetode ble det også valgt en digital talekoder med bitrate 13 kbit/s for GSM. Den kunne komprimere og kode tale med langt større effektivitet enn med analog overføring uten at lydkvaliteten ble forringet.
Den økte spektrumeffektiviteten med digital teknologi hadde store fordeler for både brukere og mobiloperatører: Det gjorde det mulig å gjennomføre langt flere samtaler samtidig på samme frekvensbånd, noe som ga økt kapasitet, mer stabile forbindelser og reduserte kostnader per bruker. For operatørene innebar dette at de kunne tilby mobiltelefoni til flere abonnenter noe som var avgjørende for å sikre lønnsomhet.
Digitaliseringen av mobilkommunikasjonen brakte med seg flere fordeler som var avgjørende for GSMs gjennombrudd:
– Digital taleoverføring gjorde det mulig å bruke feilkorrigering. Dette innebærer at små feil eller forstyrrelser i signalet kan oppdages og rettes automatisk, slik at samtalekvaliteten holder seg klar og stabil selv i områder med svak dekning eller mye støy.
– I motsetning til de analoge systemene, som enkelt kunne avlyttes med radio, muliggjorde digital GSM kryptert kommunikasjon. Dette ble spesielt viktig på 1990-tallet da mobiltelefonen ble allemannseie og flere ønsket trygghet for at samtalene ikke kunne avlyttes av uvedkommende.
– Analoge systemer var stort sett begrenset til tale. GSM åpnet for helt nye tjenester som SMS og andre verdiøkende tilleggstjenester. Dette la grunnlaget for fremtidig vekst og gjorde mobiltelefonen langt mer anvendelig.
– SMS ble en enorm inntektskilde og revolusjonerte måten folk kommuniserte på. Spesielt ungdom tok i bruk SMS på 1990-tallet, fordi tjenesten var rimelig, rask og diskret. Da SMS-trafikken var på sitt høyeste (mellom 2007 og 2010), ble det sendt flere milliarder meldinger hver dag på verdensbasis).
Det er interessant å merke seg at SMS i utgangspunktet var tenkt som en nettverksadministrasjonstjeneste. Operatørene brukte SMS for å sende korte meldinger til kundene, for eksempel systemvarsler og feilmeldinger, men tjenesten fikk raskt sitt eget liv blant brukerne.
Den viktigste uenigheten i standardiseringsarbeidet var om man skulle velge smalbånds-TDMA eller, som Tyskland og Frankrike ønsket, et bredbånds-TDMA. En smalbåndsløsning bruker smalere frekvensbånd for hver samtale, mens en bredbåndsløsning benytter et betydelig bredere frekvensområde per kanal.
Bredbånds-TDMA var utviklet av tysk og fransk industri, og mange politikere og industriledere i disse landene så dette som en mulighet til å sikre en ledende posisjon for egen industri i det fremtidige mobilmarkedet. Problemet med bredbåndsløsningen var at det kun ville være plass til én mobiloperatør i hvert land, fordi de brede kanalene brukte opp mesteparten av tilgjengelig kapasitet i 900 MHz-båndet. Dette ville begrenset konkurransen i mobilmarkedet betydelig, noe som kunne ført til høyere priser og mindre innovasjon til fordel for forbrukerne. I Norge og Sverige var det også skepsis til bredbåndssystemet, fordi det ville bli svært kostbart å bygge ut i områder med spredt bosetning og utfordrende topografi.
Gjennom intenst diplomati og forhandlinger, særlig på ministernivå, ble det enighet om å gå videre med smalbånds-TDMA. Dette kompromisset innebar at Tyskland og Frankrike måtte legge bort sine nasjonale interesser for å oppnå et felles europeisk marked og standard. Det var først når de store industrinasjonene aksepterte denne løsningen, at veien lå åpen for en bred europeisk innføring av GSM.
Det er verdt å nevne at GSM dermed ble utviklet som et talebasert mobilnett, og arkitekturen og radiosystemet ble optimalisert for smalbåndskanaler. Det var flere innebygde begrensninger som gjorde at datahastighetene ble lave (9,6 kbit/s), selv om man senere utvidet med GPRS (50 kbit/s) og EDGE (200 kbit/s). Det var først med 3G at man fikk et mobilnett bygget for høyhastighets internett fra grunnen av.
For å illustrere hvor omfattende GSM-standarden var, bestod de opprinnelige spesifikasjonene av hele 122 rekommandasjoner fordelt på 5230 sider. Det enorme omfanget betydde at implementeringen krevde betydelige ressurser og koordinering mellom aktører i ulike land. For eksempel måtte produsenter av utstyr og mobiltelefoner forholde seg til et detaljert og komplekst regelverk, som sikret interoperabilitet på tvers av landegrenser, men som også forsinket lanseringen i flere markeder. Likevel ble nettopp denne grundigheten avgjørende for GSMs suksess, fordi systemet lot seg skalere og tilpasse ulike behov over hele Europa.
Det teknologiske fremskrittet innen digitale signalprosessorer og integrerte kretser (se kapittel 1) gjorde det mulig å produsere digital radioteknologi til en overkommelig pris. På begynnelsen av 1990-tallet var utviklingen av integrerte kretser kommet så langt at det var mulig med en rask og effektiv behandling av radiosignaler. For eksempel lanserte Nokia sin første digitale mobiltelefonmodell, Nokia 1011, i 1992, noe som markerte et gjennombrudd for teknologien. De første digitale mobiltelefonene ble tilgjengelig for allmennheten, og dette førte til at kommunikasjon ble mer pålitelig for folk flest.
Det var avgjørende for industriaktørene at markedet for mobilkommunikasjon ble stort med god mulighet for avkastning på investeringene. GSM-standarden ble komplisert, og det måtte legges inn store ressurser i forskning og utvikling. En kompliserende faktor var tilgang på radiofrekvenser, som er en begrenset ressurs i mobilkommunikasjon. Prosessen med å få tildelt frekvenser til GSM var krevende, både politisk og teknisk, men den var helt avgjørende for at systemet kunne bli en suksess. GSM var planlagt som en felles standard, og for å få til roaming måtte man sikre at samme frekvensbånd ble tilgjengelig i alle deltakerland. Dette krevde at nasjonale myndigheter måtte omprioritere eksisterende bruk og koordinere med naboland for å unngå interferens. For eksempel måtte telemyndighetene i flere europeiske land forhandle med forsvarsdepartementene og kringkastingssektoren for å frigjøre 900 MHz-båndet til sivile formål. I Storbritannia var det motstand fra forsvarssektoren, mens i Frankrike måtte det gjennomføres flere runder med politiske forhandlinger mellom ulike statlige etater før tildelingen kunne gå gjennom.
I første fase av GSM ble det kun frigjort 2×25 MHz, altså to frekvensblokker på 25 megahertz hver, og dette måtte deles mellom flere operatører i enkelte land, noe som gjorde planleggingen komplisert. Koordineringen mellom ulike operatører og nasjonale myndigheter var avgjørende for at GSM-nettene skulle fungere sømløst på tvers av landegrenser. Denne balansen mellom tekniske løsninger og politiske kompromisser la grunnlaget for det robuste og fleksible mobilnettverket Europa har i dag.
GSM var på alle måter et europeisk fellesprosjekt, og i 1987 forpliktet 13 land seg på å bygge mobilnett basert på GSM-standarden. Denne europeiske samlingen la grunnlaget for den videre utviklingen av mobilmarkedet, men utfordringer oppsto da GSM skulle lanseres globalt. USA og Japan ønsket ikke umiddelbart å akseptere en europeisk standard de selv ikke hadde vært med på å utvikle, og CEPT var heller ikke villig til å åpne standardiseringsarbeidet for ikke-europeiske teleoperatører. De første markedene som tok i bruk GSM utenfor Europa var Australia, Hongkong og Singapore.
Høy kompleksitet og mange utfordringer til tross, over 30 år etter GSM-lansering, er det ingen tvil om at systemet ble en megasuksess – kanskje det mest vellykkede industriprosjektet Europa har sett. Når man ser på hvilke industriselskaper som kom best ut av denne utviklingen, var det spesielt svenske Ericsson og finske Nokia som markerte seg som de store vinnerne på 1990-tallet. Ericssons sterke posisjon skyldtes blant annet tidlig satsing på nettverksutstyr, høy kvalitet på basestasjoner og nære samarbeid med europeiske operatører. Nokia lyktes på sin side med innovasjon innen brukervennlige mobiltelefoner, evne til effektiv masseproduksjon og en tydelig strategi for internasjonal ekspansjon. Disse faktorene gjorde at både Ericsson og Nokia kunne kapitalisere på GSM-boomen og sikre seg ledende markedsposisjoner gjennom tiåret.
Når det gjelder Norge, er det ofte fremhevet at landet ikke klarte å nyttiggjøre seg den betydelige GSM-kompetansen som ble bygd opp i Televerkets Forskningsinstitutt og ELAB i Trondheim. Likevel var ikke det industrielle utbyttet fullstendig fraværende. Gjennom forskningsmiljøenes deltakelse i internasjonale standardiseringsprosesser og teknologioverføring, fikk norsk kunnskap betydning langt utenfor landets grenser. Selv om Norge ikke utviklet noen stor egen mobilindustri, var kunnskapen opparbeidet i standardiseringsarbeidet en forutsetninig for Telenors tidlige satsing som internasjonal mobiloperatør.
Noen viktige milepæler som demonstrerer GSMs enorme suksess:
- 1991: Den første GSM-samtalen ble satt opp i Radiolinja sitt nett i Finland
- 1995: antall GSM-abonnenter i Europa passerer 10 millioner
- 1996: antall GSM-abonnenter når 50 millioner, 167 GSM-nettverk er tilgjengelige i 94 land.
- 2001: antall GSM-abonnenter når 800 millioner
- 2005: Over 1000 milliarder SMS sendes dette året.
Fire personer fra Norge spilte spesielt viktige roller i arbeidet med GSM-standarden:
Først og fremst Jan Arild Audestad fra Televerkets Forskningsinstitutt, som var leder for den norske delegasjonen. Han var involvert både strategisk, organisatorisk og teknologisk, noe som ga Norge reell innflytelse i GSM-prosessen. Audestad var norsk delegat i flere sentrale arbeidsgrupper og var en tydelig pådriver for at det ble valgt en digital standard fremfor en analog løsning. Han bidro direkte til utarbeidelsen av tekniske kravspesifikasjoner. Allerede i 1982 utarbeidet Audestad, sammen med franske Christian Vernes i CNET, utkast til noen av de viktige signaleringsprotokollene. Dette inkluderte prosedyrer for roaming, lokasjonsoppdatering, håndtering av samtaleoverføring mellom basestasjoner (handover) og oppsett av telefonsamtaler. Audestad var også sentral i beslutningen om at mobilterminalene skulle utstyres med SIM-kort. Dette innebar at identiteten ble knyttet til SIM-kortet, og dermed direkte til abonnementet, ikke til selve mobiltelefonen.
En annen sentral person var Finn Trosby, også fra Televerkets Forskningsinstitutt. Han hadde en avgjørende rolle i utviklingen av SMS. Trosby argumenterte for at SMS skulle være en integrert del av GSM-standarden, ikke bare en valgfri tilleggstjeneste. På tidlig 1980-tall var hovedfokus tale, men Trosby så potensialet for korte tekstmeldinger og ledet arbeidsgruppen som spesifiserte SMS. Takket være hans innsats fikk tjenesten den utformingen vi kjenner i dag.
Videre var Jon Emil Natvig fra Televerkets Forskningsinstitutt leder for en ekspertgruppe i CEPT/COST, som skulle finne frem til den beste talekodeken for GSM. Målet var en kodek med god talekvalitet og lav bitrate—den første versjonen endte på 13 kbit/s. Natvig hadde over flere år samarbeidet tett med ELAB i Trondheim om å utvikle lavrate talekodere, og det norske fagmiljøet var blant de ledende i Europa. Testene ledet av Natvig i 1987 viste at GSM kunne firedoble antall talekanaler sammenlignet med NMT, samtidig som talekvaliteten ble forbedret.
Torleiv Maseng forsker ved ELAB, Sintef i Trondheim må nevnes. Han ble leid inn på langtidskontrakt for Televerket for å arbeide med radiokommunikasjonsløsninger i GSM. Det ble sett på som en stor anerkjennelse for Norge og Maseng at hans forslag, basert på smalbånds-TDMA-systemet, ble valgt under konkurransen i Paris i 1987.
Kilder:
http://www.gsmhistory.com/wp-content/uploads/2013/01/Inside-a-Mobile-Revolution-Temple-20101.pdf
https://www.digi.no/artikler/hvem-sa-at-forskning-ikke-lonner-seg/298372
http://www.gsmhistory.com/who_created-gsm/
https://alumni.telenorkulturarv.no/gsms-ukjente-forhistorie/
https://alumni.telenorkulturarv.no/talekoding-for-gsm/
Visjon, forskning og virkelighet. TF 25 år, John Petter Collet, Bjørn Ole Helsing Lossius
