Inhoudsopgave
- Voorwoord
- Inleiding
- Inleiding op gebied van:
o GSM
o De techniek achter de GSM
o De toepassingsmogelijkheden
o De toekomst van de GSM
o De trend van de GSM
o Het netwerk voor GSM-gebruik
- Aantal mogelijke aansluitingen
- Het zendbereik
- De Bereikindicator
- Frequenties en aanmeldingen
- De netwerkexploitanten
o Voorbeeld van winstberekening van prepaid
- Straling
- Conclusie
- Geputte informatiebronnen
Voorwoord
In dit verslag is de meeste informatie geput uit informatie van het internet. De gebruikte getallen zijn niet altijd in exacte overeenstemming met de werkelijkheid. De gebruikte gegevens zijn echter relatief gezien representatief voor het werkelijke voorkomen in de werkelijkheid.
Inleiding
De GSM is in zeer korte tijd in onze samenleving geïntegreerd, dat zal iedereen zijn opgevallen. Ik kies dit onderwerp omdat ik zelf al 2½ jaar werkzaam ben in de verkoop van mobiele telefoons en contracten. Ik ben hierdoor erg betrokken bij deze sector, en is mijn grote praktijkkennis een handig hulpmiddel.
De mobiele telefoon brengt ons voor- en nadelen. Voordeel is allereerst aan de consument die hierdoor gemakkelijk en relatief goedkoop overal bereikbaar is. Verder behoren tot de voordelen ook de hoge omzetten op een nieuwe markt (telecommarkt) en snellere (mobiele) data-solutions (direct actuele informatie opvragen, beschikbaar maken en muteren.) De nadelen zijn echter meer maatschappijgericht; geluidsoverlast, inbreuk op privacy, horizon(gezichts)- en spectrumvervuiling, en de verder opengezette deur voor de ‘snelle wereld.’ Ongetwijfeld zijn er meer voor en nadelen te vinden als men daar een diepe studie van maakt, maar ter illustratie staan hier de meest gangbare genoemd.
In deze markt komen erg veel economische, statistische en technische berekeningen om de hoek kijken. Ik zal er enkele proberen te noemen, en wiskundig uitwerken. Ik stel dan als hoofdvraag: Is het wetenschappelijk gezien mogelijk dat iedereen een GSM bezit, in zowel de statistische, economische, medische als technische kant?
Ik zal daarbij de volgende deelvragen behandelen als hulp voor het beantwoorden op de bovengenoemde hoofdvraag:
- Hoe heeft de GSM zich tot op heden ontwikkeld? (algemeen)
- Is het telefoonnetwerk toereikend? (statistisch)
- Is de afstand tot de zendpaal in praktijk toereikend? (technisch)
- Is het aantal GSM’s in de stralingsspectrum wel toereikend? (technisch)
- Is het voor een netwerkoperator wel winstgevend? (economisch)
- Is het medisch gezien verantwoord? (biologie)
Inleiding op gebied van GSM
De GSM wordt de tweede generatie mobiele telefoonfaciliteiten genoemd, en is de meest gebruikte van dit moment. GSM dat staat voor ‘Global System for Mobile Communication’ werd in februari 1987 al commercieel in gebruik genomen.
Vanaf eind jaren ’70 was er de eerste generatie telefoons, wat als de significante voorloper wordt gezien. Dit systeem is nooit echt aangeslagen door de grootte van telefoonformaat en energievraag, hoge bel- en aanschafkosten, en beperkt bereik in zowel binnen- als buitenland. Zo was er in de benelux NMT 450, TACS in G.B., C-Netz in West-Duistland, Radiocomm 2000 in Frankrijk en RTMI in Italië om enkele voorbeelden te geven. Deze systemen met ieder hun eigen techniek waren beperkt in bereik en niet compatibel met elkaar, zodat enkel in eigen regio kon worden gebeld. Verder waren ze ook geen financieel succes in geen van de landen, wat uiteindelijk leidde tot de Conférence des Administrations Européenes des Postes et Télécommunications. Op deze bijeenkomst waarin 26 Europese telecombedrijven in 1982 overlegden over de toekomst van mobiele communicatie, werd besloten een nieuw mobiel netwerk te ontwikkelen; het GSM-netwerk. Deze moest universeel zijn in alle landen, waaronder bereik bieden aan buitenlandse consumenten, betaalbaar, veilig en simpel. Dus werd er onderzoek gedaan en kwam het onderzoeksbureau aan met ‘GSM’.
Vanaf 1997 vertienvoudigde de verkoop van GSM(-aansluitingen). Met 787 miljoen aansluitingen eind 2002 in 190 landen verwacht GSM Association (wereld-organisatie GSM-netwerken) eind 2003 de 1 miljard aansluitingen te overschrijden. Een enorme toename dus, met een ongekend aantal mogelijkheden en plaatsen waarin men kan bellen. In Nederland zitten we op dit moment op 9,3 miljoen aansluitingen.
Inleiding op gebied van de techniek achter de GSM
Het werkt volgens deze principe: Een mobiele telefoon verstuurd de versleutelde informatiepakketten (geluid) digitaal naar een zendpaal in de buurt. Veilig omdat de versleuteling en het digitaal verzenden, afluisteren veel moeilijker maakt (voorheen een groot gemak mee te luisteren), helder omdat de digitale techniek onhelderheden niet toelaat, en prestigieus omdat met de inluiding van digitale overdracht ook andere mogelijkheden met zich zou meebrengen (zie verder).
Mocht een paal overbelast raken, of een te slecht bereik geven (storing of afstand) dan schakelt de telefoon automatisch en onmerkbaar over naar de volgende paal. Hierdoor kan men mobiel bellen en mobiel blijven bellen. Dit systeem wordt ‘cell-technology’ genoemd (denk aan engels: Cell-phone.) De palen die strategisch zijn geplaatst delen een gebied op in sectoren (cellen) als zeshoekige bijenestraden, zoals de aanvankelijke en meest efficiënte methode luidde. De telefoon, uitgerust met een herkenningsnummer (IMEI-nummer), en verder met een simpele SIM-kaart (chip) met daarin de aansluitgegevens, (wie is de gebruiker, wat is het telefoonnummer, welke enscriptie, enz.) geeft ongeveer elke 15 seconden een signaal af aan de paal om de locatie vast te stellen, en de huidige status van bereik en beschikbaarheid te achterhalen. Op deze manier zal bij een binnenkomend gesprek, of andere mobiele toepassing, de juiste telefoonpaal door de centrale registratieserver worden aangestuurd, of wordt het gesprek afgewezen en volgt een doorverwijzing naar voicemail, enz.
Inleiding op gebied van de toepassingsmogelijkheden
Vanaf 1987 werd de GSM in gebruik genomen, hoewel deze deels nog in testfase was. De eerste telefoons waren erg groot, met weinig mogelijkheden, klein bereik, korte standby-tijd (tijd dat de telefoon ongebruikt aanstaat zonder aan de voeder te moeten worden gehangen) en duur. Maar door goede marketing, stagnerende mogelijkheden en technische verbeteringen is de GSM een gerespecteerd stuk apparatuur geworden. Zo is er alleen al een verbetering in de verbindingssnelheid gemaakt (van 900 MHz naar 1800 Mhz), de standby-tijd (van 2 uur naar 500 uur), de compactheid en gewicht van het toestel (2 dm³ naar < 0,05 dm³ en 1,4 kg naar 12 gr.), maar is er ook gebruik gemaakt van additionele communicatiemogelijkheden die met de dag nog uitbreiden.
Zo is de bekendste SMS (short message service) waarin berichten met maximaal 160 tekens kunnen worden gestuurd naar elke andere GSM en sinds begin maart dit jaar ook naar huistelefoons. Dit is uitgebreid met EMS (Enhanced Message Service) waarin langere teksten kunnen worden gestuurd, beltonen, achtergrondplaatjes, enz. Afgelopen jaar kwam er ook MMS (Multimedia Messaging Service) waarin nog langere tekstberichten kunnen worden gestuurd, gehele afbeeldingen, geluidsfragmenten, videobeelden of een combinatie van deze, naar zowel andere GSM’s als emailadressen.
Verder was er ook de uitbreiding in toestellen van WAP (Wireless Application Protocol), de eerste mobiele internetoplossing, in 1999, wat beschouwd wordt als flop. Deze oplossing bracht de mogelijkheid speciale wap-sites te bezoeken, en zo informatie uit te wisselen. Aangezien wappen per minuut af wordt gerekend en de mogelijkheden beperkt zijn, is er nooit veel van de grond afgekomen.
Ook zijn er enkele ‘handige’ functies opgenomen in telefoons. Enkele daarvan zijn: telefoonboek, klok, kalender, agenda, nummerweergave, wekker, verschillende beltonen, achtergronden, spelletjes, trilfunctie, download-mogelijkheden, thermometer, radio, GPS, satelliettelefoonfunctie, modemfunctie, kleurenscherm, dubbel scherm, volwaardig mobiel internet, voice-recorder, voice-dialing/-command (spraakgestuurd aansturen van (bel-)fucties), infrarood en bluetooth draadloze verbinding met andere apparaten, en hetgeen dat ‘in’ is de laatste maanden: de ingebouwde digitale camera. Er zijn oplagen van toestellen die nog meer (uitzonderlijke) functies hebben, maar deze zijn ontelbaar omvangrijk om hier op te noemen.
De komst van I-Mode (KPN) en Vodafone Live! (Vodafone), die inspelen op de snelle ontwikkelingen van mobiel fotograferen en direct versturen, en de bundeling van informatie-diensten die online met het toestel zijn te bekijken, mogen ook niet ontbreken.
Als laatste moet ook GPRS niet worden vergeten. ‘General Packet Radio Service’ werd geïntroduceerd in 1997 en werd in Nederland in 2002 commercieel in gebruik genomen. Deze service is als uitbreiding gekomen in toestellen en in netwerk, om gegevensoverdracht simpeler, sneller en uiteindelijk goedkoper te maken. Zo wordt er per verzonden/ontvangen KB betaald, en niet per minuut. GPRS brengt op deze manier internet e.d. veel dichter en makkelijker bij de gebruiker dan voorheen.
Inleiding op gebied van de toekomst van de GSM
In 2005 ongeveer staat EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution, voormalig UMTS) in Nederland gepland. Deze aanpassing (evolutie) in zowel telefoontoestel als netwerk, moet het mogelijk maken veel hogere overdrachtsnelheden te halen, om videobeelden, geluidsbestanden, volwaardig internet, foto’s en andere applicaties te verzenden en ontvangen. Testopstellingen zijn reeds geplaatst in Berlijn en Hongkong.
Als laatste is er de derde generatie telefoons (3GSM) gepland, die gebruik zal maken van EDGE-verzendmethode. Hiermee is het mogelijk elkaar in glashelder geluid en vloeiende livebeelden te spreken. Deze planningen zijn reeds ver in ontwikkeling, en technisch gezien klaar om in gebruik te worden genomen. Probleem is echter nog wel de zeer hoge investeringskosten door zowel de telecomindustrie als de netwerken, waardoor deze ontwikkelingen wel staan gepland, maar pas later beschikbaar zullenkomen voor de particuliere consument.
De trend van de GSM
Doordat deze GSM’s zowat met de dag van nieuwe mogelijkheden worden voorzien is een model binnen een maand of zes alweer ‘out-of-date’ zoals de praktijk laat zien. Ook mede door de snelle ontwikkeling is een GSM een statussymbool geworden en geeft hetzelfde effect als een auto. Voornamelijk onder groeperingen van jongeren, allochtonen, zakenlui, enz. lijkt zich een trend voort te zetten de allerbeste mogelijkheden van de mobiele techniek in huis te moeten hebben en er als het ware mee op te scheppen.
Inleiding op gebied van het netwerk voor GSM-gebruik
De toestellen laten qua techniek niet veel meer te wensen over. Het zijn echter de netwerken die de beperkende factor zijn. Zo is het bellend passeren van een landsgrens in theorie geen enkel probleem, in praktijk zal het gesprek wegvallen, omdat het toestel zich opnieuw moet aanmelden in het juist betreden land. Verder zijn het de netwerken die ons op hoge kosten drijven. Zo is het versturen van een SMS, een technisch zeer simpele handeling voor de server, aangerekend met gemiddeld wel zo’n 20 eurocent. Ook een MMS (foto versturen), is technisch net zo simpel en realiseerbaar, maar wel 60 eurocent gemiddeld. Bellen en internetten is ook nog altijd relatief duur, en overige diensten zijn voor velen niet eens het geld waard. Dit is zonde, doordat de netwerken al zijn geplaatst. Wij beschikken over de juiste technieken, en veel van de mogelijkheden zullen weinig of ongebruikt blijven als gevolg van de hoge kosten die de commerciële netwerkexploitanten eisen.
Aantal mogelijke aansluitingen
Als we kijken in Nederland dan is het aantal aansluitingen te bereken naar aanleiding van de voorkennis hoe telefoonnummers zijn gerangschikt en gereserveerd voor bepaalde doeleinden. Zie onderstaande tabel:
Reservering telefoonnummers KPN vanaf 1995)(alle aansluitingen bestaan uit 10 cijfers op info- en zakelijke aansluitingen in enkel geval na)
Nummers beginnend met… Functie
00… Internationaal (mogelijk afwijking van 10 cijfers)
01…tot 05… Netnummers
06… Mobiele nummers (GSM)
06-957… Satellietelefoons (vliegtuigen, scheepvaart, losse aansluitingen)
06-760… Internetinbelnummers
07… Netnummers
079-6… Breedband(internet-)telefoonnummers
08… Gratis informatienummers (mogelijk afwijking van 10 cijfers)
09… Betaalde informatienummers
Zoals de tabel laat zien, zijn de 10-cijferige telefoonnummers beginnend met 06 de gereserveerde aansluitingen voor GSM. Met een rekensom kunnen we nu het beschikbare plaatsen uitrekenen.
Aantal GSM = Totaal aantal 06-nummers – (aantal satelliettelefoons + internetinbel)
= 108 – ( 105 + 105 )
= 1 000 000 000 – ( 100 000 + 100 000 )
= 99 800 000 = 99,8 miljoen aansluitingen
99,8 Miljoen aansluitingen op een bevolking van 16,2 miljoen inwoners in Nederland (CBS, april 2003), is ruim voldoende voor de huidige vraag en die in de toekomst. Zo zou iedere Nederlander zeker drie nummers voor privé-gebruik kunnen hebben, en nog twee voor zakelijk of overig gebruik met het huidige aantal inwoners.
Het zendbereik bepalen
Om me een toestel contact te laten maken met het net wordt er gebruik gemaakt van zendmasten die de spraak en data ontvangen en versturen van en naar het toestel. Net als dit het geval is bij radio-/tv-zenders, radar, geluidsbronnen, lichtbronnen en andere stralers, is de afstand een belangrijke factor voor het netwerkbereik (naast gegevens als weersomstandigheden, dichtheid en stof van te doordringen stof (lucht, muur, water, enz.) en frequentie-stoorders.) De data wordt eveneens als radio- of licht-golven in fotonen verzonden in alle richtingen van de zender vandaan, met de snelheid van het licht. Met gemiddeld 900 à 1800 MHz (trillingen per seconde) worden deze fotonen (energiepakketjes) in een ruimtegolfbeweging voortgebracht. Dat wil zeggen dat zich naar zowel boven als onder energie verspreidt, links naar rechts, voor en achter; als een bol die met de snelheid van het licht voortplant. Door deze bolvorm is de energieafname dat een voorwerp op afstand r van de bron ontvangt sterk afgenomen. Wanneer afstand r verdubbelt, halveert de energie-ontvangst niet, maar enkel een kwart wordt ontvangen. Een negatief kwadraat (x -2) dus. Zie de volgende uitwerking:
Oppervlakte bol = 4 • pi • r ²
Dus: Oppervlakte ontvangst = 1
4 • pi • r ²
Kortom, een vergroting van de afstand x betekend een tegengestelde kwadraat aan overblijvende energie.
Energie ontv. = Energie uit
4 π afstand²
Voorbeeld I: als r in meters is en we geven deze waarde een grootte van 1000 (oftwel de GSM bevindt zich één kilometer van de zender), en de verzendenergie is 10 Watt (=joule/sec), wat is dan de ontvangen energie per seconde?
Energie ontv. = Energie uit Energie ontv. = 10
4 π afstand² 4 π 1000²
Energie ontv. ≈ 8 • 10 –7 J per seconde
Voorbeeld II: als r in meters is en de verzendenergie is 840 Watt (=joule/sec) en de minimumdrempelgrens van het toestel 0,2 milliwat, tot hoe ver kan het toestel zich dan van de zender verwijderen?
Energie ontv. = Energie uit 2 • 10 –4 = 840
4 π afstand² 4 π r²
r² = (840 / 2 • 10 –4) / 4 π r = √((840 / 2 • 10 –4) / 4 π)
≈ 1816,2 meter afstand
In praktijk blijkt een toestel van nu onder normale weersomstandigheden en open bereik een afstand te behalen van zo’n 15 kilometer. De beperkende factor is hierin de telefoon zelf, en niet de zendpaal, aangezien de paal een veel duurder stuk techniek is en bovendien zeer gevoelig voor de kleinste ontvangsten, en aangesloten is op het vaste voedingsnet, wat een veel hogere verzendenergie toelaat. Het nadeel van de hoge straling bij een hoge verzendenergie is bovendien veel minder ernstig bij een paal dan het toestel, aangezien in de directe omgeving geen personen zijn (zie verder in dit verslag.) Het toestel zélf heeft echter te maken met een accu, die spaarzaam moet worden gebruikt met gevolg dat er niet met teveel energie kan worden gezonden. Ook is de gevoeligheid van een toestel niet optimaal met de mogelijkheden van de techniek. Een grotere gevoeligheid zou hogere toestelkosten met zich meebrengen, en gevoeliger zijn voor schade. Als laatste bevindt het toestel zich aan de oor, en mag geen te hoge stralingsdosis afgeven. Een zendpaal kan in theorie de 90 kilometer ongeveer halen, het toestel gemiddeld 10 (op zee kunnen grotere afstanden worden bereikt.)
De bereikindicator
Het uitzendvermogen van een toestel is naar omstandigheden variabel. Het toestel zendt elke 15 seconden een signaal af naar de paal, en krijgt een reactie terug. De sterkte van het signaal wordt gemeten en een ‘bereikmeter’ laat de ontvangst ter plekke zien in het venster van het toestel (meeste GSM’s.) Deze schaalverdeling is ingedeeld in 4 tot 7 stappen, afhankelijk per toestel. Een gemiddelde verdeling ziet er dan als volgt uit voor een toestel met 6 waarden (1 0-waarde + 5 deelwaarden), en een drempelenergiewaarde van 15 microwatt en een uiterste reikwijdte van 9 kilometer.
Energie ontv. = Energie uit 15 • 10 –6 = Energie uit
4 π afstand² 4π • (9 • 10 3)²
Energie uit = 4π•(9•103)² • 15•10 –6 Energie uit ≈ 15,3 kW
Kortom: De zender heeft een zendenergie van ongeveer 15,3 kW. Als we dit getal delen door 5 (iedere waarde heeft dus een evenredig gedeelte van de ontvangen energie) dan zouden iedere waarde (15,3 / 5 =) ongeveer 3 kW verantwoorden.
In onderstaande tabel zouden dan de displaywaarden als volgt tegen de energie en afstand uitstaan:
Aantal streepjes Ontvangen energie Afstand ongeveer behorend bij energie ß x in km ‘9 ‘4,5
0 ‘7,5 ‘
Energie in kW à
0 < 1 • 10-3 W x = 9 km
1 0 – 3 kW x = 9 km tot x = 8,6 km
2 3 – 6 kW x = 8,6 km tot x = 7,7 km
3 6 – 9 kW x = 7,7 km tot x = 6,2 km
4 9 – 12 kW x = 6,2 km tot x = 3,9 15,3
5 12 – 15 kW x = 3,9 km tot x = 0 km
Ik heb voor bovenstaande grafiek en gegeven waarden gebruik gemaakt van de functie x(E) = -E²/9000/pi+9000 met E in W en x in m
Op deze manier is visueel duidelijk gemaakt in zowel de tabel als in het diagram dat de functie E-² relatief dichtbij de zender een zwakke afname kent, maar verder weg, een sterkere naarmate zich men verder verwijdert.
Frequenties en aanmeldingen
De gebruikte frequenties van het GSM-netwerk zijn rond de 900 MHz over de hele wereld (op de V.S. en Canada na), uitgebreid met frequenties rond de 1800 MHz in Azië en Europa en rond de 1900 MHz in de V.S. en Canada. Als laatste de reeds gereserveerde frequenties IMT-2000 voor het toekomstige 3GSM-generatie.
Frequentie Range
GSM 900 880 - 915 MHz gepaard met 925 - 960 MHz
GSM 1800 1710 - 1785 MHz gepaard met 1805 - 1880 MHz
GSM 1900 1850 - 1910 MHz gepaard met 1930 - 1990 MHz
IMT -2000 1920 - 1980 MHz gepaard met 2110 - 2170 MHz
In principe is elke frequentie bruikbaar voor GSM-communicatie, toch zijn deze ‘banden’ gekozen, door de ideale toepassingsmogelijkheden en geringe storing. Zo is op deze band bijna geen ander apparaat dat ook op deze golflengte uitzendt. Verder is de storing vanuit de natuur op deze golflengten ook gering.
Bij het aanmelden van het toestel bij de centrale server (aanzetten telefoon e.d.), worden er twee frequenties gekozen. De eerste is de upload-frequentie (data van toestel naar paal), met de kleinste frequentiewaarde, en de tweede de download-frequentie (data van paal naar toestel) met de grootste frequentiewaarde. Deze frequenties liggen tussen de bovenstaande bereiken. Bij deze selectie wordt er gekeken naar ongebruikte frequenties, oftewel de frequenties die nog niet in gebruik zijn genomen door een ander toestel in de omgeving.
Zowel zendpaal als telefoon hebben een range met koppelingen van elk 500 Hz. Oftewel, om elke 0,5 kHz kan een adres worden toegewezen aan een toestel. In Nederland werken alle netwerken voornamelijk met de GSM 1800 techniek. Het aantal mogelijke aangemelde toestellen zou dan in totaal uitkomen op het volgende getal:
Aantal aanmeldingen = Totale frequentieband
Grootte van stappen
= (1785 • 10 6 - 1710 • 106)
5 • 10 2
= 150 000 aanmeldingen
150 000 Aanmeldingen maximaal in een gebied met een straal van GSM tot aan de paal, of van de paal tot aan GSM lijkt veel, maar dit aantal levert vaak problemen op. Zo is in drukbevolkte gebieden of tijdens evenementen dit aantal niet toereikend genoeg. Op deze momenten zullen bij overschrijding van dit getal niet alle GSM’s zijn aangemeld. “Zoekt netwerk” of “Beperkte service” verschijnt dan op het display. Dit probleem zou met behulp van de volgende oplossingen kunnen worden vermeden:
· Het uitbreiden van de frequenties (bereik 1710-1785 MHz uitbreiden naar bijv. 1600-1800 MHz, wat in dit geval zou staan voor een toename van 250 000 plaatsen) Hiervoor zijn wel aanpassingen in zowel toestel als in zendpalen nodig.
· Het verfijnen van de rangerate (bijv. van 500 Hz naar 50 Hz, in dit geval een toename van 1 350 000 plaatsen.) Ook hiervoor zijn aanpassingen nodig in zowel toestel als in zendpaal.
Deze aanpassingen in netwerk en toestel zouden wel hogere kosten met zich meebrengen. Zo zouden de netwerkexploitanten wederom alle palen moeten aanpassen, en de fabrikanten van de toestellen wijzigingen in de elektronica moeten maken, met het gevolg dat toestellen dus duurder worden.
De netwerkexploitanten
In het begin van het GSM-tijdperk in Nederland (1992) was de PTT Telecom (voormalig KPN) het eerste bedrijf dat zendpalen plaatste. Niet lang daarna zou Libertel (voormalig Vodafone) ook aan de race beginnen een landelijk dekkend netwerk op te zetten. Vanaf 1996 kende Nederland nóg drie andere bedrijven die zich vestigden en inspeelden op de nieuwe markt. Dit waren Ben (voormalig T-Mobile), Dutchtone (voormalig Orange) en Telfort (voormalig O2.) Deze netwerken werden vanuit de drukst-bewoonde gebieden (Randstad en andere grote steden) opgezet en langzaam naar de kleinere steden en platteland uitgebreid. Op dit moment zijn alle netwerken qua bereik even goed getest (Consumentenbond 2003) op plaatsen in de Randstad, platteland en andere steden, zowel binnenshuis, als buiten, zowel hoog boven de grond (flats) als onder de grond (tunnels.)
Naast de komst van de drie nieuwe exploitanten in ’96 was er nog een grote verandering: De komst van de pre-paid aansluitingen. Voorheen was een GSM-aansluiting alleen weggelegd voor personen die zich contractueel één of twee jaar bonden aan maandelijkse abonnementskosten. Al met al zal de gebruiker dan een hoop moeten betalen in deze termijn, ongeacht of hij / zij nou veel belde of weinig. Toen de basis van het netwerk gelegd was, en de eerste onkosten waren terugverdiend, gingen PTT Telecom en Libertel akkoord met het Pre-paid systeem. Voor een bepaald bedrag kocht de gebruiker een aansluiting (evt. incl. toestel) en kon bellen wanneer hem / haar dat uitkwam, en betaalde alleen datgene wat hij of zij daadwerkelijk belde. Van tevoren werd de gebruiker verplicht een opwaardeerkaart te kopen van een bepaald bedrag dat dan op het pre-paid tegoed werd bijgeschreven. Van dit tegoed werden de gebelde kosten direct afgehaald. Een voordeel was een kleinere papieren rompslop en gelijk weten hoeveel men had verbeld, een nadeel was dat de belkosten hoger lagen dan bij een abonnement.
Voorbeeld van winstberekening van prepaid
Een prepaid-pakket bevat een nieuw telefoontoestel en de aansluiting, met een bepaald bedrag beltegoed. Dit pakket is in totaal over het algemeen minder duur dan het kopen van een nieuw los toetsel. Komt een netwerkexploitant dan wel uit de kosten? Voor de volgende berekening maak ik gebruik van de volgende axioma’s:
· Een bepaald nieuw los toestel kost in de winkel € 120,- incl. BTW
· De bewuste maatschappij verkoopt het toestel in pre-paid pakket voor € 100,- (incl. BTW)
· Bij de groothandel kost het toestel bij een afname van 10 000 stuks € 60 incl. BTW
· De gemiddelde Prepaid beller belt voor € 0,20 per minuut en belt zo’n 30 min./week en stuurt sms-jes voor € 0,22 en stuurt daar 10 van per week. (incl. BTW)
· De kosten voor het bellen per minuut die moeten worden afgestaan aan KPN bedragen per minuut € 0,025 en € 0,07 per SMS. (excl. BTW)
· De aanmeldkosten bij het telefoonnetwerk van de KPN (nummer aanvragen), het verpakken van het toestel, de winst voor de winkel en het laten maken van een SIM-kaart bedragen in totaal € 52,- (incl. BTW)
· BTW is 19,0 %
Uitgaand van deze gegevens moet een netwerk zijn of haar consument gedurende een bepaalde periode als klant behouden. Om uit te rekenen hoelang deze periode is kan gebruikt worden van de volgende functie:
Winst in weken = € (t) = a•t + b
= Weekwinstwaarde x aantal weken + winst uit verkoop
Weekwinstwaarde = Inkomsten per week
= (Inkomsten bellen + BTW) + (Inkomsten SMS + BTW)
= (30min.•((0,20/1,19)-(0,025)))+(10stuks•((0,22/1.19)-(0,07)))
≈ € 5,44 = a
Winst uit verkoop = (Verkoop toestel – BTW) - (Kosten inkoop toestel+ BTW) - (overige kosten en winsten + BTW)
= (€ 100 / 1.19 ) – (€ 60 + € 0 ) - (€ 52 + € 0 )
≈ - € 27,97 = b
Winst in weken = € (t) = 5,44 • t – 27,97
ß Winst in € ‘30 ‘0 -30’
‘0 ‘5 10’
t in weken à
€ (t) = 5,44 • t – 27,97
0 = 5,44 • t – 27,97
t ≈ 5 weken
Kortom; vanaf de vijfde week maakt het bedrijf winst op het verkochte prepaid-pakket.
Straling
Ook al zendt het toestel geen zeer schadelijke alpha-, bèta, of gamma-straling uit, door sommigen (o.a. wetenschappers) wordt de elektromagnetische straling als zeer gevaarlijk beschouwd. Zeker met de komst van de GSM is men veel meer onderzoek gaan doen naar de schadelijkheid van elektromagnetische golven, aangezien mensen met klachten kwamen. Ook was in het verleden al een verhoogd risico aangetoond bij mensen die o.a. onder hoogspanningskabels woonden en bij wie in het ergste geval symptomen van kanker voordeden.
"Elektromagnetische straling is schadelijk voor de hersenen, het hart, embryo's, hormonen en cellen. Het is daarom een bedreiging van het (intelligente) leven. Elektromagnetische straling werkt via resonantie in op lichamen en cellen, het interfereert met de communicatie tussen cellen, de groei en het besturen van cellen. Het brengt schade toe aan de genetische basis van het leven" en "Mobiele telefoons zullen hoogst waarschijnlijk in de komende 10 tot 20 jaar veel meer neurologische ziekten en hersentumoren veroorzaken. Basiszenders t.b.v. de mobiele telefonie zullen hoogstwaarschijnlijk een toename veroorzaken van misgeboorten, veel kankersoorten, veel ziekten, significante neurologische klachten, hartklachten en sterfte. Duizenden zenderinstallaties in bevolkte gebieden verhogen significant de blootstelling aan elektromagnetische stralingen op een niveau, waarvan we weten, dat ze schade toebrengen aan onze gezondheid. De problemen zullen toenemen als er niet snel, drastisch en vastbesloten stappen worden ondernomen om deze trend tegen te gaan en om alleen nieuwe zendinstallaties toe te laten die extreem lage gemiddelde straling produceren"; Dr. Neil Cherry (Nieuw Zeeland).
De symptomen die zich voordeden bij het gebruik van GSM’s bleken na onderzoek de volgende te kunnen zijn:
· Hoofdpijn(tjes), vergeetachtigheid en concentratiemoeilijkheden
· Slaapproblemen
· Verhoogde kans op kanker aan de "telefoonkant" van het hoofd, kanker in de gehoorzenuw, tumoren dieper in de hersenen
· Aantasting van de bloed-brein barrière (zorgt er normaal voor, dat er geen ziektekiemen vanuit het bloed in de hersenen terechtkomen)
· Breuken in DNA-ketens
· Schade aan embryo's
· Depressiviteit, verbanden met de ziekt van Alzheimer, vermoeidheidsziekte ME
· Veel te drukke kinderen, leukemie en een algehele aantasting van het immuunsysteem
· Vooral kinderen zijn in hun ontwikkeling gevoelig voor straling
De verhoogde risico’s op bovenstaande symptomen zijn aangetoond door meerdere onderzoeksinstituten (Cherry, Santini, Salford, von Klitzing, Bastide, Hyland, Phillips, Britse commissie Stewart en Lai.) Een goede normering en effectief en gesloten medisch onderzoek zijn erg moeilijk, omdat ieder gebruikt toestel een andere dosis straling geeft en men niet weet in welke mate de straling de boosdoener is (ten opzichte van overige aspecten uit de natuur.) De belangrijkste onderzoeksvraag zou luiden wat een veilige ondergrens van elektromagnetische straling zou zijn. Kortom, “waar ligt de gevarenzone voor de hoeveelheid straling?” Men is in vele onderzoeksbureau’s hard bezig harde bewijzen te vinden voor de schadelijkheid en zo’n ondergrens vast te stellen.
Een afname van risico is op een simpele manier voor de consument het gebruik van een head-set, een snoertje met microfoon en oortelefoon ingebouwd, zodat het toestel verder van het hoofd wordt verwijderd. Echter zal het toestel in bijna alle gevallen op het lichaam zijn, en nog steeds een hoop ziekte-symptomen kunnen veroorzaken. Een echt goede oplossing is er voorlopig dus niet.
Conclusie
Aan de hand van enkele berekeningen en voorbeelden heb ik een fractie van de wereld van GSM’s proberen te schetsen in zowel technisch, statistisch, medisch als economisch verband. Dit alles met het doel voor ogen de hoofdvraag te kunnen beantwoorden, namelijk “Is het wetenschappelijk gezien mogelijk dat iedereen een GSM bezit, in zowel de statistische, economische, medische als technische kant?” Mijn conclusie (antwoord), volgend uit bovenstaand onderzoek luidt als volgt:
Ja, dit is mogelijk. Afgezien van de medische aspecten die vooralsnog het tegendeel bewijzen, maar waar verder nog niet veel van bekend is, is het economisch rendabel voor bedrijven te investeren in de uitbreiding van een groot netwerk. Verder is de techniek als zodanig die gebruikt wordt in de verzending en ontvangst van de gegevens voor de GSM’s niet uitermate geschikt, maar met enkele aanpassingen zoud ruim voldoende aan de vraag kunnen worden voorzien. Statistisch gezien zijn alle wegen ook open voor uitbreiding. Enkel het medische aspect, en evt. het sociale aspect (willen wij die veranderingen in de maatschappij wel?) zouden de toekomst van de GSM in gevaar kunnen brengen.
Geputte informatiebronnen:
- MS Encarta 2001 (inleiding GSM’s)
- BINAS, vierde druk (formules)
- Formulekaart VWO Wiskunde (formules)
- T-Mobile jaaractuaris 2002 (casusgerichte cijfers)
- Internet:
o www.gsm-world.com, april 2003 (wereldoverkoepelende organisatie, met info over de ontwikkeling van GSM’s en enkele technische data)
o www.cgi.tripod.com, april 2003 (basis ‘straling’)
o www.energyfields.org, april 2003 (diepgaander ‘straling’)
o www.imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l1/emspectrum.html, april 2003 (diepgaandere info over straling)
o
www.thegreatlearning.tripod.com/Brieven/2-gsm.htm, april 2003 (basis straling)
o www.homeplanet.nl, maart 2003 (casus GSM)
o www.home.wanadoo.nl/hoewerkthet, maar 2003 (casus GSM)
o www.profielwerkstuksite.cjb.net, februari 2003 (tips voor creatie werkstuk)
o www.cbs.nl , april 2003 (recente cijfers bevolking en GSM’s)
o www.gsm.pagina.nl, april 2003 (startpagina info GSM’s)
o losse fracties internet met betrekking tot GSM’s
- Voorwoord
- Inleiding
- Inleiding op gebied van:
o GSM
o De techniek achter de GSM
o De toepassingsmogelijkheden
o De toekomst van de GSM
o De trend van de GSM
o Het netwerk voor GSM-gebruik
- Aantal mogelijke aansluitingen
- Het zendbereik
- De Bereikindicator
- Frequenties en aanmeldingen
- De netwerkexploitanten
o Voorbeeld van winstberekening van prepaid
- Straling
- Conclusie
- Geputte informatiebronnen
Voorwoord
In dit verslag is de meeste informatie geput uit informatie van het internet. De gebruikte getallen zijn niet altijd in exacte overeenstemming met de werkelijkheid. De gebruikte gegevens zijn echter relatief gezien representatief voor het werkelijke voorkomen in de werkelijkheid.
De GSM is in zeer korte tijd in onze samenleving geïntegreerd, dat zal iedereen zijn opgevallen. Ik kies dit onderwerp omdat ik zelf al 2½ jaar werkzaam ben in de verkoop van mobiele telefoons en contracten. Ik ben hierdoor erg betrokken bij deze sector, en is mijn grote praktijkkennis een handig hulpmiddel.
De mobiele telefoon brengt ons voor- en nadelen. Voordeel is allereerst aan de consument die hierdoor gemakkelijk en relatief goedkoop overal bereikbaar is. Verder behoren tot de voordelen ook de hoge omzetten op een nieuwe markt (telecommarkt) en snellere (mobiele) data-solutions (direct actuele informatie opvragen, beschikbaar maken en muteren.) De nadelen zijn echter meer maatschappijgericht; geluidsoverlast, inbreuk op privacy, horizon(gezichts)- en spectrumvervuiling, en de verder opengezette deur voor de ‘snelle wereld.’ Ongetwijfeld zijn er meer voor en nadelen te vinden als men daar een diepe studie van maakt, maar ter illustratie staan hier de meest gangbare genoemd.
In deze markt komen erg veel economische, statistische en technische berekeningen om de hoek kijken. Ik zal er enkele proberen te noemen, en wiskundig uitwerken. Ik stel dan als hoofdvraag: Is het wetenschappelijk gezien mogelijk dat iedereen een GSM bezit, in zowel de statistische, economische, medische als technische kant?
Ik zal daarbij de volgende deelvragen behandelen als hulp voor het beantwoorden op de bovengenoemde hoofdvraag:
- Hoe heeft de GSM zich tot op heden ontwikkeld? (algemeen)
- Is het telefoonnetwerk toereikend? (statistisch)
- Is de afstand tot de zendpaal in praktijk toereikend? (technisch)
- Is het aantal GSM’s in de stralingsspectrum wel toereikend? (technisch)
- Is het voor een netwerkoperator wel winstgevend? (economisch)
- Is het medisch gezien verantwoord? (biologie)
Inleiding op gebied van GSM
De GSM wordt de tweede generatie mobiele telefoonfaciliteiten genoemd, en is de meest gebruikte van dit moment. GSM dat staat voor ‘Global System for Mobile Communication’ werd in februari 1987 al commercieel in gebruik genomen.
Vanaf eind jaren ’70 was er de eerste generatie telefoons, wat als de significante voorloper wordt gezien. Dit systeem is nooit echt aangeslagen door de grootte van telefoonformaat en energievraag, hoge bel- en aanschafkosten, en beperkt bereik in zowel binnen- als buitenland. Zo was er in de benelux NMT 450, TACS in G.B., C-Netz in West-Duistland, Radiocomm 2000 in Frankrijk en RTMI in Italië om enkele voorbeelden te geven. Deze systemen met ieder hun eigen techniek waren beperkt in bereik en niet compatibel met elkaar, zodat enkel in eigen regio kon worden gebeld. Verder waren ze ook geen financieel succes in geen van de landen, wat uiteindelijk leidde tot de Conférence des Administrations Européenes des Postes et Télécommunications. Op deze bijeenkomst waarin 26 Europese telecombedrijven in 1982 overlegden over de toekomst van mobiele communicatie, werd besloten een nieuw mobiel netwerk te ontwikkelen; het GSM-netwerk. Deze moest universeel zijn in alle landen, waaronder bereik bieden aan buitenlandse consumenten, betaalbaar, veilig en simpel. Dus werd er onderzoek gedaan en kwam het onderzoeksbureau aan met ‘GSM’.
Inleiding op gebied van de techniek achter de GSM
Het werkt volgens deze principe: Een mobiele telefoon verstuurd de versleutelde informatiepakketten (geluid) digitaal naar een zendpaal in de buurt. Veilig omdat de versleuteling en het digitaal verzenden, afluisteren veel moeilijker maakt (voorheen een groot gemak mee te luisteren), helder omdat de digitale techniek onhelderheden niet toelaat, en prestigieus omdat met de inluiding van digitale overdracht ook andere mogelijkheden met zich zou meebrengen (zie verder).
Mocht een paal overbelast raken, of een te slecht bereik geven (storing of afstand) dan schakelt de telefoon automatisch en onmerkbaar over naar de volgende paal. Hierdoor kan men mobiel bellen en mobiel blijven bellen. Dit systeem wordt ‘cell-technology’ genoemd (denk aan engels: Cell-phone.) De palen die strategisch zijn geplaatst delen een gebied op in sectoren (cellen) als zeshoekige bijenestraden, zoals de aanvankelijke en meest efficiënte methode luidde. De telefoon, uitgerust met een herkenningsnummer (IMEI-nummer), en verder met een simpele SIM-kaart (chip) met daarin de aansluitgegevens, (wie is de gebruiker, wat is het telefoonnummer, welke enscriptie, enz.) geeft ongeveer elke 15 seconden een signaal af aan de paal om de locatie vast te stellen, en de huidige status van bereik en beschikbaarheid te achterhalen. Op deze manier zal bij een binnenkomend gesprek, of andere mobiele toepassing, de juiste telefoonpaal door de centrale registratieserver worden aangestuurd, of wordt het gesprek afgewezen en volgt een doorverwijzing naar voicemail, enz.
Inleiding op gebied van de toepassingsmogelijkheden
Vanaf 1987 werd de GSM in gebruik genomen, hoewel deze deels nog in testfase was. De eerste telefoons waren erg groot, met weinig mogelijkheden, klein bereik, korte standby-tijd (tijd dat de telefoon ongebruikt aanstaat zonder aan de voeder te moeten worden gehangen) en duur. Maar door goede marketing, stagnerende mogelijkheden en technische verbeteringen is de GSM een gerespecteerd stuk apparatuur geworden. Zo is er alleen al een verbetering in de verbindingssnelheid gemaakt (van 900 MHz naar 1800 Mhz), de standby-tijd (van 2 uur naar 500 uur), de compactheid en gewicht van het toestel (2 dm³ naar < 0,05 dm³ en 1,4 kg naar 12 gr.), maar is er ook gebruik gemaakt van additionele communicatiemogelijkheden die met de dag nog uitbreiden.
Zo is de bekendste SMS (short message service) waarin berichten met maximaal 160 tekens kunnen worden gestuurd naar elke andere GSM en sinds begin maart dit jaar ook naar huistelefoons. Dit is uitgebreid met EMS (Enhanced Message Service) waarin langere teksten kunnen worden gestuurd, beltonen, achtergrondplaatjes, enz. Afgelopen jaar kwam er ook MMS (Multimedia Messaging Service) waarin nog langere tekstberichten kunnen worden gestuurd, gehele afbeeldingen, geluidsfragmenten, videobeelden of een combinatie van deze, naar zowel andere GSM’s als emailadressen.
Verder was er ook de uitbreiding in toestellen van WAP (Wireless Application Protocol), de eerste mobiele internetoplossing, in 1999, wat beschouwd wordt als flop. Deze oplossing bracht de mogelijkheid speciale wap-sites te bezoeken, en zo informatie uit te wisselen. Aangezien wappen per minuut af wordt gerekend en de mogelijkheden beperkt zijn, is er nooit veel van de grond afgekomen.
Ook zijn er enkele ‘handige’ functies opgenomen in telefoons. Enkele daarvan zijn: telefoonboek, klok, kalender, agenda, nummerweergave, wekker, verschillende beltonen, achtergronden, spelletjes, trilfunctie, download-mogelijkheden, thermometer, radio, GPS, satelliettelefoonfunctie, modemfunctie, kleurenscherm, dubbel scherm, volwaardig mobiel internet, voice-recorder, voice-dialing/-command (spraakgestuurd aansturen van (bel-)fucties), infrarood en bluetooth draadloze verbinding met andere apparaten, en hetgeen dat ‘in’ is de laatste maanden: de ingebouwde digitale camera. Er zijn oplagen van toestellen die nog meer (uitzonderlijke) functies hebben, maar deze zijn ontelbaar omvangrijk om hier op te noemen.
De komst van I-Mode (KPN) en Vodafone Live! (Vodafone), die inspelen op de snelle ontwikkelingen van mobiel fotograferen en direct versturen, en de bundeling van informatie-diensten die online met het toestel zijn te bekijken, mogen ook niet ontbreken.
Inleiding op gebied van de toekomst van de GSM
In 2005 ongeveer staat EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution, voormalig UMTS) in Nederland gepland. Deze aanpassing (evolutie) in zowel telefoontoestel als netwerk, moet het mogelijk maken veel hogere overdrachtsnelheden te halen, om videobeelden, geluidsbestanden, volwaardig internet, foto’s en andere applicaties te verzenden en ontvangen. Testopstellingen zijn reeds geplaatst in Berlijn en Hongkong.
Als laatste is er de derde generatie telefoons (3GSM) gepland, die gebruik zal maken van EDGE-verzendmethode. Hiermee is het mogelijk elkaar in glashelder geluid en vloeiende livebeelden te spreken. Deze planningen zijn reeds ver in ontwikkeling, en technisch gezien klaar om in gebruik te worden genomen. Probleem is echter nog wel de zeer hoge investeringskosten door zowel de telecomindustrie als de netwerken, waardoor deze ontwikkelingen wel staan gepland, maar pas later beschikbaar zullenkomen voor de particuliere consument.
De trend van de GSM
Doordat deze GSM’s zowat met de dag van nieuwe mogelijkheden worden voorzien is een model binnen een maand of zes alweer ‘out-of-date’ zoals de praktijk laat zien. Ook mede door de snelle ontwikkeling is een GSM een statussymbool geworden en geeft hetzelfde effect als een auto. Voornamelijk onder groeperingen van jongeren, allochtonen, zakenlui, enz. lijkt zich een trend voort te zetten de allerbeste mogelijkheden van de mobiele techniek in huis te moeten hebben en er als het ware mee op te scheppen.
Inleiding op gebied van het netwerk voor GSM-gebruik
De toestellen laten qua techniek niet veel meer te wensen over. Het zijn echter de netwerken die de beperkende factor zijn. Zo is het bellend passeren van een landsgrens in theorie geen enkel probleem, in praktijk zal het gesprek wegvallen, omdat het toestel zich opnieuw moet aanmelden in het juist betreden land. Verder zijn het de netwerken die ons op hoge kosten drijven. Zo is het versturen van een SMS, een technisch zeer simpele handeling voor de server, aangerekend met gemiddeld wel zo’n 20 eurocent. Ook een MMS (foto versturen), is technisch net zo simpel en realiseerbaar, maar wel 60 eurocent gemiddeld. Bellen en internetten is ook nog altijd relatief duur, en overige diensten zijn voor velen niet eens het geld waard. Dit is zonde, doordat de netwerken al zijn geplaatst. Wij beschikken over de juiste technieken, en veel van de mogelijkheden zullen weinig of ongebruikt blijven als gevolg van de hoge kosten die de commerciële netwerkexploitanten eisen.
Aantal mogelijke aansluitingen
Als we kijken in Nederland dan is het aantal aansluitingen te bereken naar aanleiding van de voorkennis hoe telefoonnummers zijn gerangschikt en gereserveerd voor bepaalde doeleinden. Zie onderstaande tabel:
Nummers beginnend met… Functie
00… Internationaal (mogelijk afwijking van 10 cijfers)
01…tot 05… Netnummers
06… Mobiele nummers (GSM)
06-957… Satellietelefoons (vliegtuigen, scheepvaart, losse aansluitingen)
06-760… Internetinbelnummers
07… Netnummers
079-6… Breedband(internet-)telefoonnummers
08… Gratis informatienummers (mogelijk afwijking van 10 cijfers)
09… Betaalde informatienummers
Zoals de tabel laat zien, zijn de 10-cijferige telefoonnummers beginnend met 06 de gereserveerde aansluitingen voor GSM. Met een rekensom kunnen we nu het beschikbare plaatsen uitrekenen.
Aantal GSM = Totaal aantal 06-nummers – (aantal satelliettelefoons + internetinbel)
= 108 – ( 105 + 105 )
= 99 800 000 = 99,8 miljoen aansluitingen
99,8 Miljoen aansluitingen op een bevolking van 16,2 miljoen inwoners in Nederland (CBS, april 2003), is ruim voldoende voor de huidige vraag en die in de toekomst. Zo zou iedere Nederlander zeker drie nummers voor privé-gebruik kunnen hebben, en nog twee voor zakelijk of overig gebruik met het huidige aantal inwoners.
Het zendbereik bepalen
Om me een toestel contact te laten maken met het net wordt er gebruik gemaakt van zendmasten die de spraak en data ontvangen en versturen van en naar het toestel. Net als dit het geval is bij radio-/tv-zenders, radar, geluidsbronnen, lichtbronnen en andere stralers, is de afstand een belangrijke factor voor het netwerkbereik (naast gegevens als weersomstandigheden, dichtheid en stof van te doordringen stof (lucht, muur, water, enz.) en frequentie-stoorders.) De data wordt eveneens als radio- of licht-golven in fotonen verzonden in alle richtingen van de zender vandaan, met de snelheid van het licht. Met gemiddeld 900 à 1800 MHz (trillingen per seconde) worden deze fotonen (energiepakketjes) in een ruimtegolfbeweging voortgebracht. Dat wil zeggen dat zich naar zowel boven als onder energie verspreidt, links naar rechts, voor en achter; als een bol die met de snelheid van het licht voortplant. Door deze bolvorm is de energieafname dat een voorwerp op afstand r van de bron ontvangt sterk afgenomen. Wanneer afstand r verdubbelt, halveert de energie-ontvangst niet, maar enkel een kwart wordt ontvangen. Een negatief kwadraat (x -2) dus. Zie de volgende uitwerking:
Oppervlakte bol = 4 • pi • r ²
Dus: Oppervlakte ontvangst = 1
4 • pi • r ²
Kortom, een vergroting van de afstand x betekend een tegengestelde kwadraat aan overblijvende energie.
Energie ontv. = Energie uit
4 π afstand²
Voorbeeld I: als r in meters is en we geven deze waarde een grootte van 1000 (oftwel de GSM bevindt zich één kilometer van de zender), en de verzendenergie is 10 Watt (=joule/sec), wat is dan de ontvangen energie per seconde?
Energie ontv. = Energie uit Energie ontv. = 10
Energie ontv. ≈ 8 • 10 –7 J per seconde
Voorbeeld II: als r in meters is en de verzendenergie is 840 Watt (=joule/sec) en de minimumdrempelgrens van het toestel 0,2 milliwat, tot hoe ver kan het toestel zich dan van de zender verwijderen?
Energie ontv. = Energie uit 2 • 10 –4 = 840
4 π afstand² 4 π r²
r² = (840 / 2 • 10 –4) / 4 π r = √((840 / 2 • 10 –4) / 4 π)
≈ 1816,2 meter afstand
In praktijk blijkt een toestel van nu onder normale weersomstandigheden en open bereik een afstand te behalen van zo’n 15 kilometer. De beperkende factor is hierin de telefoon zelf, en niet de zendpaal, aangezien de paal een veel duurder stuk techniek is en bovendien zeer gevoelig voor de kleinste ontvangsten, en aangesloten is op het vaste voedingsnet, wat een veel hogere verzendenergie toelaat. Het nadeel van de hoge straling bij een hoge verzendenergie is bovendien veel minder ernstig bij een paal dan het toestel, aangezien in de directe omgeving geen personen zijn (zie verder in dit verslag.) Het toestel zélf heeft echter te maken met een accu, die spaarzaam moet worden gebruikt met gevolg dat er niet met teveel energie kan worden gezonden. Ook is de gevoeligheid van een toestel niet optimaal met de mogelijkheden van de techniek. Een grotere gevoeligheid zou hogere toestelkosten met zich meebrengen, en gevoeliger zijn voor schade. Als laatste bevindt het toestel zich aan de oor, en mag geen te hoge stralingsdosis afgeven. Een zendpaal kan in theorie de 90 kilometer ongeveer halen, het toestel gemiddeld 10 (op zee kunnen grotere afstanden worden bereikt.)
De bereikindicator
Het uitzendvermogen van een toestel is naar omstandigheden variabel. Het toestel zendt elke 15 seconden een signaal af naar de paal, en krijgt een reactie terug. De sterkte van het signaal wordt gemeten en een ‘bereikmeter’ laat de ontvangst ter plekke zien in het venster van het toestel (meeste GSM’s.) Deze schaalverdeling is ingedeeld in 4 tot 7 stappen, afhankelijk per toestel. Een gemiddelde verdeling ziet er dan als volgt uit voor een toestel met 6 waarden (1 0-waarde + 5 deelwaarden), en een drempelenergiewaarde van 15 microwatt en een uiterste reikwijdte van 9 kilometer.
4 π afstand² 4π • (9 • 10 3)²
Energie uit = 4π•(9•103)² • 15•10 –6 Energie uit ≈ 15,3 kW
Kortom: De zender heeft een zendenergie van ongeveer 15,3 kW. Als we dit getal delen door 5 (iedere waarde heeft dus een evenredig gedeelte van de ontvangen energie) dan zouden iedere waarde (15,3 / 5 =) ongeveer 3 kW verantwoorden.
In onderstaande tabel zouden dan de displaywaarden als volgt tegen de energie en afstand uitstaan:
Aantal streepjes Ontvangen energie Afstand ongeveer behorend bij energie ß x in km ‘9 ‘4,5
0 ‘7,5 ‘
Energie in kW à
0 < 1 • 10-3 W x = 9 km
1 0 – 3 kW x = 9 km tot x = 8,6 km
2 3 – 6 kW x = 8,6 km tot x = 7,7 km
3 6 – 9 kW x = 7,7 km tot x = 6,2 km
4 9 – 12 kW x = 6,2 km tot x = 3,9 15,3
5 12 – 15 kW x = 3,9 km tot x = 0 km
Ik heb voor bovenstaande grafiek en gegeven waarden gebruik gemaakt van de functie x(E) = -E²/9000/pi+9000 met E in W en x in m
Op deze manier is visueel duidelijk gemaakt in zowel de tabel als in het diagram dat de functie E-² relatief dichtbij de zender een zwakke afname kent, maar verder weg, een sterkere naarmate zich men verder verwijdert.
Frequenties en aanmeldingen
De gebruikte frequenties van het GSM-netwerk zijn rond de 900 MHz over de hele wereld (op de V.S. en Canada na), uitgebreid met frequenties rond de 1800 MHz in Azië en Europa en rond de 1900 MHz in de V.S. en Canada. Als laatste de reeds gereserveerde frequenties IMT-2000 voor het toekomstige 3GSM-generatie.
GSM 900 880 - 915 MHz gepaard met 925 - 960 MHz
GSM 1800 1710 - 1785 MHz gepaard met 1805 - 1880 MHz
GSM 1900 1850 - 1910 MHz gepaard met 1930 - 1990 MHz
IMT -2000 1920 - 1980 MHz gepaard met 2110 - 2170 MHz
In principe is elke frequentie bruikbaar voor GSM-communicatie, toch zijn deze ‘banden’ gekozen, door de ideale toepassingsmogelijkheden en geringe storing. Zo is op deze band bijna geen ander apparaat dat ook op deze golflengte uitzendt. Verder is de storing vanuit de natuur op deze golflengten ook gering.
Bij het aanmelden van het toestel bij de centrale server (aanzetten telefoon e.d.), worden er twee frequenties gekozen. De eerste is de upload-frequentie (data van toestel naar paal), met de kleinste frequentiewaarde, en de tweede de download-frequentie (data van paal naar toestel) met de grootste frequentiewaarde. Deze frequenties liggen tussen de bovenstaande bereiken. Bij deze selectie wordt er gekeken naar ongebruikte frequenties, oftewel de frequenties die nog niet in gebruik zijn genomen door een ander toestel in de omgeving.
Zowel zendpaal als telefoon hebben een range met koppelingen van elk 500 Hz. Oftewel, om elke 0,5 kHz kan een adres worden toegewezen aan een toestel. In Nederland werken alle netwerken voornamelijk met de GSM 1800 techniek. Het aantal mogelijke aangemelde toestellen zou dan in totaal uitkomen op het volgende getal:
Aantal aanmeldingen = Totale frequentieband
Grootte van stappen
= (1785 • 10 6 - 1710 • 106)
5 • 10 2
150 000 Aanmeldingen maximaal in een gebied met een straal van GSM tot aan de paal, of van de paal tot aan GSM lijkt veel, maar dit aantal levert vaak problemen op. Zo is in drukbevolkte gebieden of tijdens evenementen dit aantal niet toereikend genoeg. Op deze momenten zullen bij overschrijding van dit getal niet alle GSM’s zijn aangemeld. “Zoekt netwerk” of “Beperkte service” verschijnt dan op het display. Dit probleem zou met behulp van de volgende oplossingen kunnen worden vermeden:
· Het uitbreiden van de frequenties (bereik 1710-1785 MHz uitbreiden naar bijv. 1600-1800 MHz, wat in dit geval zou staan voor een toename van 250 000 plaatsen) Hiervoor zijn wel aanpassingen in zowel toestel als in zendpalen nodig.
· Het verfijnen van de rangerate (bijv. van 500 Hz naar 50 Hz, in dit geval een toename van 1 350 000 plaatsen.) Ook hiervoor zijn aanpassingen nodig in zowel toestel als in zendpaal.
Deze aanpassingen in netwerk en toestel zouden wel hogere kosten met zich meebrengen. Zo zouden de netwerkexploitanten wederom alle palen moeten aanpassen, en de fabrikanten van de toestellen wijzigingen in de elektronica moeten maken, met het gevolg dat toestellen dus duurder worden.
De netwerkexploitanten
In het begin van het GSM-tijdperk in Nederland (1992) was de PTT Telecom (voormalig KPN) het eerste bedrijf dat zendpalen plaatste. Niet lang daarna zou Libertel (voormalig Vodafone) ook aan de race beginnen een landelijk dekkend netwerk op te zetten. Vanaf 1996 kende Nederland nóg drie andere bedrijven die zich vestigden en inspeelden op de nieuwe markt. Dit waren Ben (voormalig T-Mobile), Dutchtone (voormalig Orange) en Telfort (voormalig O2.) Deze netwerken werden vanuit de drukst-bewoonde gebieden (Randstad en andere grote steden) opgezet en langzaam naar de kleinere steden en platteland uitgebreid. Op dit moment zijn alle netwerken qua bereik even goed getest (Consumentenbond 2003) op plaatsen in de Randstad, platteland en andere steden, zowel binnenshuis, als buiten, zowel hoog boven de grond (flats) als onder de grond (tunnels.)
Naast de komst van de drie nieuwe exploitanten in ’96 was er nog een grote verandering: De komst van de pre-paid aansluitingen. Voorheen was een GSM-aansluiting alleen weggelegd voor personen die zich contractueel één of twee jaar bonden aan maandelijkse abonnementskosten. Al met al zal de gebruiker dan een hoop moeten betalen in deze termijn, ongeacht of hij / zij nou veel belde of weinig. Toen de basis van het netwerk gelegd was, en de eerste onkosten waren terugverdiend, gingen PTT Telecom en Libertel akkoord met het Pre-paid systeem. Voor een bepaald bedrag kocht de gebruiker een aansluiting (evt. incl. toestel) en kon bellen wanneer hem / haar dat uitkwam, en betaalde alleen datgene wat hij of zij daadwerkelijk belde. Van tevoren werd de gebruiker verplicht een opwaardeerkaart te kopen van een bepaald bedrag dat dan op het pre-paid tegoed werd bijgeschreven. Van dit tegoed werden de gebelde kosten direct afgehaald. Een voordeel was een kleinere papieren rompslop en gelijk weten hoeveel men had verbeld, een nadeel was dat de belkosten hoger lagen dan bij een abonnement.
Voorbeeld van winstberekening van prepaid
Een prepaid-pakket bevat een nieuw telefoontoestel en de aansluiting, met een bepaald bedrag beltegoed. Dit pakket is in totaal over het algemeen minder duur dan het kopen van een nieuw los toetsel. Komt een netwerkexploitant dan wel uit de kosten? Voor de volgende berekening maak ik gebruik van de volgende axioma’s:
· De bewuste maatschappij verkoopt het toestel in pre-paid pakket voor € 100,- (incl. BTW)
· Bij de groothandel kost het toestel bij een afname van 10 000 stuks € 60 incl. BTW
· De gemiddelde Prepaid beller belt voor € 0,20 per minuut en belt zo’n 30 min./week en stuurt sms-jes voor € 0,22 en stuurt daar 10 van per week. (incl. BTW)
· De kosten voor het bellen per minuut die moeten worden afgestaan aan KPN bedragen per minuut € 0,025 en € 0,07 per SMS. (excl. BTW)
· De aanmeldkosten bij het telefoonnetwerk van de KPN (nummer aanvragen), het verpakken van het toestel, de winst voor de winkel en het laten maken van een SIM-kaart bedragen in totaal € 52,- (incl. BTW)
· BTW is 19,0 %
Uitgaand van deze gegevens moet een netwerk zijn of haar consument gedurende een bepaalde periode als klant behouden. Om uit te rekenen hoelang deze periode is kan gebruikt worden van de volgende functie:
Winst in weken = € (t) = a•t + b
= Weekwinstwaarde x aantal weken + winst uit verkoop
Weekwinstwaarde = Inkomsten per week
= (Inkomsten bellen + BTW) + (Inkomsten SMS + BTW)
= (30min.•((0,20/1,19)-(0,025)))+(10stuks•((0,22/1.19)-(0,07)))
≈ € 5,44 = a
= (€ 100 / 1.19 ) – (€ 60 + € 0 ) - (€ 52 + € 0 )
≈ - € 27,97 = b
Winst in weken = € (t) = 5,44 • t – 27,97
ß Winst in € ‘30 ‘0 -30’
‘0 ‘5 10’
t in weken à
€ (t) = 5,44 • t – 27,97
0 = 5,44 • t – 27,97
t ≈ 5 weken
Kortom; vanaf de vijfde week maakt het bedrijf winst op het verkochte prepaid-pakket.
Straling
Ook al zendt het toestel geen zeer schadelijke alpha-, bèta, of gamma-straling uit, door sommigen (o.a. wetenschappers) wordt de elektromagnetische straling als zeer gevaarlijk beschouwd. Zeker met de komst van de GSM is men veel meer onderzoek gaan doen naar de schadelijkheid van elektromagnetische golven, aangezien mensen met klachten kwamen. Ook was in het verleden al een verhoogd risico aangetoond bij mensen die o.a. onder hoogspanningskabels woonden en bij wie in het ergste geval symptomen van kanker voordeden.
"Elektromagnetische straling is schadelijk voor de hersenen, het hart, embryo's, hormonen en cellen. Het is daarom een bedreiging van het (intelligente) leven. Elektromagnetische straling werkt via resonantie in op lichamen en cellen, het interfereert met de communicatie tussen cellen, de groei en het besturen van cellen. Het brengt schade toe aan de genetische basis van het leven" en "Mobiele telefoons zullen hoogst waarschijnlijk in de komende 10 tot 20 jaar veel meer neurologische ziekten en hersentumoren veroorzaken. Basiszenders t.b.v. de mobiele telefonie zullen hoogstwaarschijnlijk een toename veroorzaken van misgeboorten, veel kankersoorten, veel ziekten, significante neurologische klachten, hartklachten en sterfte. Duizenden zenderinstallaties in bevolkte gebieden verhogen significant de blootstelling aan elektromagnetische stralingen op een niveau, waarvan we weten, dat ze schade toebrengen aan onze gezondheid. De problemen zullen toenemen als er niet snel, drastisch en vastbesloten stappen worden ondernomen om deze trend tegen te gaan en om alleen nieuwe zendinstallaties toe te laten die extreem lage gemiddelde straling produceren"; Dr. Neil Cherry (Nieuw Zeeland).
· Hoofdpijn(tjes), vergeetachtigheid en concentratiemoeilijkheden
· Slaapproblemen
· Verhoogde kans op kanker aan de "telefoonkant" van het hoofd, kanker in de gehoorzenuw, tumoren dieper in de hersenen
· Aantasting van de bloed-brein barrière (zorgt er normaal voor, dat er geen ziektekiemen vanuit het bloed in de hersenen terechtkomen)
· Breuken in DNA-ketens
· Schade aan embryo's
· Depressiviteit, verbanden met de ziekt van Alzheimer, vermoeidheidsziekte ME
· Veel te drukke kinderen, leukemie en een algehele aantasting van het immuunsysteem
· Vooral kinderen zijn in hun ontwikkeling gevoelig voor straling
De verhoogde risico’s op bovenstaande symptomen zijn aangetoond door meerdere onderzoeksinstituten (Cherry, Santini, Salford, von Klitzing, Bastide, Hyland, Phillips, Britse commissie Stewart en Lai.) Een goede normering en effectief en gesloten medisch onderzoek zijn erg moeilijk, omdat ieder gebruikt toestel een andere dosis straling geeft en men niet weet in welke mate de straling de boosdoener is (ten opzichte van overige aspecten uit de natuur.) De belangrijkste onderzoeksvraag zou luiden wat een veilige ondergrens van elektromagnetische straling zou zijn. Kortom, “waar ligt de gevarenzone voor de hoeveelheid straling?” Men is in vele onderzoeksbureau’s hard bezig harde bewijzen te vinden voor de schadelijkheid en zo’n ondergrens vast te stellen.
Een afname van risico is op een simpele manier voor de consument het gebruik van een head-set, een snoertje met microfoon en oortelefoon ingebouwd, zodat het toestel verder van het hoofd wordt verwijderd. Echter zal het toestel in bijna alle gevallen op het lichaam zijn, en nog steeds een hoop ziekte-symptomen kunnen veroorzaken. Een echt goede oplossing is er voorlopig dus niet.
Aan de hand van enkele berekeningen en voorbeelden heb ik een fractie van de wereld van GSM’s proberen te schetsen in zowel technisch, statistisch, medisch als economisch verband. Dit alles met het doel voor ogen de hoofdvraag te kunnen beantwoorden, namelijk “Is het wetenschappelijk gezien mogelijk dat iedereen een GSM bezit, in zowel de statistische, economische, medische als technische kant?” Mijn conclusie (antwoord), volgend uit bovenstaand onderzoek luidt als volgt:
Ja, dit is mogelijk. Afgezien van de medische aspecten die vooralsnog het tegendeel bewijzen, maar waar verder nog niet veel van bekend is, is het economisch rendabel voor bedrijven te investeren in de uitbreiding van een groot netwerk. Verder is de techniek als zodanig die gebruikt wordt in de verzending en ontvangst van de gegevens voor de GSM’s niet uitermate geschikt, maar met enkele aanpassingen zoud ruim voldoende aan de vraag kunnen worden voorzien. Statistisch gezien zijn alle wegen ook open voor uitbreiding. Enkel het medische aspect, en evt. het sociale aspect (willen wij die veranderingen in de maatschappij wel?) zouden de toekomst van de GSM in gevaar kunnen brengen.
Geputte informatiebronnen:
- MS Encarta 2001 (inleiding GSM’s)
- BINAS, vierde druk (formules)
- Formulekaart VWO Wiskunde (formules)
- T-Mobile jaaractuaris 2002 (casusgerichte cijfers)
- Internet:
o www.gsm-world.com, april 2003 (wereldoverkoepelende organisatie, met info over de ontwikkeling van GSM’s en enkele technische data)
o www.cgi.tripod.com, april 2003 (basis ‘straling’)
o www.energyfields.org, april 2003 (diepgaander ‘straling’)
o www.imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l1/emspectrum.html, april 2003 (diepgaandere info over straling)
o
o www.homeplanet.nl, maart 2003 (casus GSM)
o www.home.wanadoo.nl/hoewerkthet, maar 2003 (casus GSM)
o www.profielwerkstuksite.cjb.net, februari 2003 (tips voor creatie werkstuk)
o www.cbs.nl , april 2003 (recente cijfers bevolking en GSM’s)
o www.gsm.pagina.nl, april 2003 (startpagina info GSM’s)
o losse fracties internet met betrekking tot GSM’s
REACTIES
:name
:name
:comment
1 seconde geleden
K.
K.
Knap!!!
20 jaar geleden
Antwoorden