Když Donald Newcomb ze Spojených států navštívil Itálii, kromě cestování po souši se také plavil po Středozemním moři. Byl vybaven nejen mobilním telefonem standardu GSM, ale též směrovou Yagiho anténou. Když se vzdálil 35 km od základnové stanice, jeho ukazatel síly signálu na jeho telefon stále zobrazoval tři čárky, při použití Yagiho antény dokonce pět čárek. Poté, co vzdálenost vzrostla na 36 km, Newcomb podle vlastních slov "dospěl na konec vesmíru GSM".
Pan Newcomb naštěstí věděl, jak pracuje síť GSM, a proto nebyl znepokojen. Pásmo GSM je sdíleno jednak pomocí frekvenčního multiplexu (Frequency Division Multiple Access, FDMA, různí účastníci vysílají a přijímají na různých frekvencích), jednak pomocí časového multiplexu (Time Division Multiple Access, TDMA, frekvence je sdílena různými účastníky najednou, účastníci se střídají v timeslotech podobně, jako když se žáci rozpočítávají na hodině tělocviku). V případě GSM obnáší TDMA rozdělení kanálu na 8 timeslotů.
Časový předstih je nutný a pomůže s vypočtením polohy mobilu
Elektromagnetické vlny signálu GSM se šíří konečnou rychlostí, limitem je rychlost světla. Je třeba zařídit, aby BTS (základnová stanice) přijímala signál od mobilů nacházejících se v různé vzdálenosti, aniž by se jednotlivé timesloty překrývaly. Mobilu je proto podle jeho vzdálenosti od BTS přiřazena hodnota TA (Timing Advance, časový předstih). Mobil tedy podle hodnoty TA začne vysílat o něco dříve, než by vysílal přímo u BTS. TA je šestibitové číslo, může tedy nabývat hodnot 0 až 63. Maximální poloměr plochy pokryté danou BTS byl stanoven na 35 km, TA tedy vyjadřuje vzdálenost telefonu od BTS v krocích po 35 km / 64 = 547 metrů, zaokrouhluje se na 550 metrů.
Ve vzdálenosti vyšší než 35 km máme s GSM smůlu, TA však přináší i určitou výhodu. Pokud v daném okamžiku známe hodnotu TA pro několik BTS najednou a zároveň známe polohu BTS (to není problém, BTS nikam neuteče a zejména její vlastník jistě dobře ví, kam ji postavil), můžeme vypočítat polohu telefonu. Tímto způsobem fungují lokalizační služby nabízené dvěma našimi operátory, na podobném principu funguje i družicový navigační systém GPS (družice se ovšem pohybují) či pasivní lokátory jako slavná Tamara (její provoz je však komplikován tím, že musí sledovat provoz na mnoha frekvencích zároveň). Zjišťování poloh dle hodnoty TA si můžeme názorně vyzkoušet pomocí papíru a kružítka, body znázorňující polohu BTS by pak tvořily středy kružnic, jejichž poloměry by byly přímo úměrné hodnotě TA. Mobilní telefon se nachází v průsečíku těchto kružnic.
Řešení nabízená našimi operátory využívají SIM Toolkit, ve skutečnosti je však pro určení polohy nutný pouze přístup k naměřeným hodnotám TA.
CDMA: Výhody i slabiny
Limit daný rozmezím hodnot TA se nevyskytuje u mobilních sítí, které na rozdíl od GSM nefungují na základě časového multiplexu. Analogové systémy jako NMT u nás či AMPS ve Spojených státech využívají pouze frekvenční multiplex a se stoupající vzdáleností od BTS se pouze zhoršuje poměr signálu k šumu. S TA nemají problém ani systémy na bázi kódového multiplexu (Code Division Multiple Access, CDMA), v jejich případě je digitální signál vysílán zakódovaný do pseudonáhodného šumu, přijímač zná ovšem klíč a pomocí něj v korelátoru signál dekóduje. CDMA se běžně využívá v některých mobilních sítích ve Spojených státech, či třeba v Jižní Koreji, dosah činí až 120 km. Na principu CDMA rovněž fungují mobilní sítě 3. generace (3G), kvůli vyšším použitým frekvencím, vyšším přenosovým rychlostem a platnosti Shannonova teorému je však dosah mnohem nižší. Technologie GSM se díky své standardizaci začíná prosazovat i na americkém kontinentu, naopak CDMA je zatížena vyšší rozmanitostí standardů a nutností platit licenční poplatky firmě Qualcomm, která drží důležité patenty.
Největším mobilním trhem světa se stává Čína, tamější vládě však přišlo líto platit Qualcommu značné částky za používání CDMA v 3G, proto raději ve spolupráci se Siemensem vyvíjejí vlastní standard TD-SCDMA.
Vyšší dosah díky kompromisu
Mobilní operátoři by rádi pokrývali pobřežní vody či naopak pouště, aniž by nutili zákazníky i sebe přecházet z GSM na jinou technologii. dodavatelé infrastruktury se jim snaží vyjít vstříc, a proto přišli s rozšířením dosahu BTS pomocí sdružování timeslotů jdoucích těsně po sobě. Nic však není zadarmo, za prodloužení dosahu na dvojnásobek (70 km) platí operátor snížením počtu využitelných timeslotů na polovinu (z 8 na 4) a tedy poloviční kapacitou BTS. Řešení bylo nazváno Extrended Range GSM (ER-GSM, GSM s rozšířeným rozsahem) a úspěšně bylo otestováno například v pouštních oblastech Austrálie. V další fázi přišel Enhanced Extrended Range GSM (zdokonalený ER-GSM), který za cenu snížení počtu využitelných timeslotů z 8 na 2 dosah dále zvyšuje.
U nás by se ER-GSM mohlo uplatnit při pokrývání údolí či železničních tratí úzkým sektorem z BTS umístěné na vyvýšeném místě. Je však otázkou, zda by cena zaplacená promarněnými timesloty za pokrytí těchto území nebyla příliš vysoká, kanálů pro GSM u nás zejména v pásmu 900 MHz není nazbyt.
Podle vyjádření všech našich mobilních operátorů se u nás ER-GSM nevyužívá a ani do budoucna se s ním nepočítá.
