Så fungerar ett mobilnät

Celler, frekvensåteranvändning, sektorer, handover och kärnnät: så hänger ett mobilnät ihop, varför lågband ger täckning och höga band kapacitet, och vad som händer när du ringer utomlands.

Fördjupning15 min läsningGranskad 24 oktober 2026

Innehåll

Cellprincipen
Frekvensåteranvändning
Sektorer och antenner
Radionät, transportnät och kärnnät
Upplänk och nedlänk
Handover: samtalet följer med
Kapacitet och täckning
1. Inomhustäckning
SIM och autentisering
Roaming och nätval
Kontrollfrågor

Ett mobilnät är i grunden en idé: i stället för en enda kraftig sändare som täcker en hel region används tusentals små, som var och en täcker en liten bit och som kan återanvända samma frekvenser långt från varandra. Det är därför miljontals telefoner kan ringa samtidigt på ett begränsat spektrum. Den här artikeln går igenom hur cellerna fungerar, vad som finns bakom basstationen, vad som händer när du rör dig mellan celler och hur nätet vet att det är just du som ringer.

Cellprincipen#

Radiovågor blir svagare med avståndet. Det är en nackdel för den som vill nå långt, men en förutsättning för mobilnät: eftersom signalen på en frekvens har dämpats kraftigt när den kommit tillräckligt långt, kan samma frekvens användas igen i en annan cell längre bort utan att de stör varandra. Kapaciteten i ett område växer då i takt med antalet celler, och inte bara med mängden spektrum.

Ett område delas upp i celler, och varje cell betjänas av en basstation (eng. base station) med antenner på en mast eller en byggnad. Basstationen kallas eNodeB (eNB) i 4G och gNodeB (gNB) i 5G. Cellens storlek varierar mycket: på landsbygden kan en cell nå många kilometer, i ett centrum med tät trafik kanske några hundra meter. I GSM begränsar tidsstyrningen cellradien till omkring 35 km, ett tak som inte finns i 4G och 5G på samma sätt.

I teorin ritas celler som hexagoner, eftersom en sexhörning täcker en yta utan luckor och ligger nära en cirkel. Det är en förenkling: verkliga celler följer terrängen, byggnader och antennernas riktning.

Frekvensåteranvändning#

Alla celler kan inte använda samma frekvenser om telefoner vid cellkanten ska höra sin egen basstation tydligt mot grannens. I äldre system som GSM delades därför frekvenserna upp i grupper, och en grupp användes bara i celler som låg ett visst avstånd från varandra. En uppsättning celler som tillsammans använder alla grupper en gång kallas ett kluster, med storlek $N$ celler (figur 1). Celler med samma frekvensgrupp, så kallade samkanalceller, ligger då på ett avstånd $D$ från varandra.

Figur 1. Frekvensåteranvändning med klusterstorlek 3, 4 och 7. Ju fler frekvensgrupper, desto längre ifrån varandra ligger samkanalcellerna och desto mindre störs man, men desto mindre spektrum har varje cell. Mönstren och värdena är beräknade.

Klusterstorleken kan inte väljas fritt. För att hexagoner ska passa ihop gäller $N = i^{2} + i j + j^{2}$ för heltal $i$ och $j$ , vilket ger $N = 1, 3, 4, 7, 9, 12, \dots$ Förhållandet mellan återanvändningsavståndet $D$ och cellradien $R$ (centrum till hörn) blir

\frac{D}{R} = \sqrt{3 N}

Varför D/R = √(3N), och hur stort blir störningen?

Avståndet mellan två grannceller i ett hexagonnät är $\sqrt{3} R$ . Den närmaste samkanalcellen nås genom att gå $i$ celler i en riktning, vrida 60° och gå $j$ celler till. Eftersom stegen bildar vinkeln 120° mellan sig ger cosinussatsen

$D^{2} = 3 R^{2} (i^{2} + j^{2} - 2 i j \cos 120^{\circ}) = 3 R^{2} (i^{2} + i j + j^{2}) = 3 R^{2} N$ .

Störningsnivån räknas för en telefon vid cellkanten, på avståndet $R$ från sin egen basstation, som hör sex samkanalstörare på avståndet $D$ (första ringen). Om signalen dämpas som $d^{- γ}$ blir signal-till-störningsförhållandet

$\frac{C}{I} \approx \frac{R^{- γ}}{6 D^{- γ}} = \frac{1}{6} {(\frac{D}{R})}^{γ} = \frac{(3 N)^{γ / 2}}{6}$ .

Med $γ = 4$ och $N = 7$ blir det $21^{2} / 6 = 73,5$ , alltså $10 \log_{10} (73,5) \approx 18,7$ dB. Med $N = 3$ blir det $81 / 6 = 13,5$ , alltså 11,3 dB. Räkningen är en grov uppskattning: skuggning, flera störningsringar och verklig terräng ändrar värdena, men den visar principen.

GSM klarar ungefär 9 dB i störningsförhållande, och i praktiken användes klustermönster med 12 eller fler frekvensgrupper, så att man fick marginal. Nackdelen är att varje cell då bara har en tolftedel av spektrumet. I 3G, 4G och 5G har man i stället gått över till att låta alla celler använda samma frekvens (återanvändning 1). Det går eftersom OFDM och adaptiv modulation tillåter att användare vid cellkanten får en robust, långsammare överföring, medan de som är nära basstationen får hög fart, och eftersom basstationerna samordnar sin schemaläggning för att undvika de värsta störningarna. Hur kanalerna delas mellan användarna beskrivs i multipel access och duplex.

Sektorer och antenner#

En basstation har sällan en rundstrålande antenn. På en mast sitter i stället oftast tre sektorantenner som riktas 120° ifrån varandra (figur 2). Varje sektor fungerar som en egen cell med egna radioresurser, så att en trisektorerad station ger ungefär tre gånger så mycket kapacitet som en rundstrålande antenn på samma frekvens. Antennerna är dessutom riktade, vilket ger högre förstärkning, mindre störning mot omgivande celler och bättre täckning (se antennparametrar).

Figur 2. Sektorisering. Vänster: horisontella strålningsdiagram beräknade med 3GPP:s antennmodell (70° halvvärdesbredd, 25 dB maximal dämpning). Höger: genom att luta antennen nedåt (nedtiltning) minskas störningen mot celler längre bort.

Antennens strålningsdiagram beräknas ofta med en enkel modell som 3GPP använder för sektorantenner: dämpningen vid vinkeln $φ$ från huvudriktningen är $A (φ) = min [12 (φ / φ_{3 d B})^{2}, 25]$ dB, med $φ_{3 d B} = 70^{\circ}$ . Vid 60° från huvudriktningen, mitt emellan två sektorer, är nivån då $12 \cdot (60 / 70)^{2} \approx 8,8$ dB under toppen, och det är där sektorerna gränsar mot varandra.

Antennens lutning nedåt kallas nedtiltning (eng. downtilt). Den görs ofta elektriskt, genom att fasen ändras mellan antennens element, och används för att styra var cellen slutar. Med en större tilt blir cellen mindre och störningen mot grannceller lägre. Moderna antenner med många element kan styra loben också i sidled, och det är grunden för lobformning och massiv MIMO (se gruppantenner, lobformning och MIMO).

Radionät, transportnät och kärnnät#

Ett mobilnät består av tre delar (figur 3).

Figur 3. Mobilnätets delar. Beteckningarna anger funktionen i 4G (MME, HSS, S/P-GW) och i 5G (AMF, UDM, UPF). IMS ger talsamtal över IP (VoLTE och VoNR).

Radionätet (RAN, eng. radio access network) är basstationerna med antenner. De sköter radioöverföringen: modulation, kodning, schemaläggning av vem som får sända när, och styrning av effekten. De bestämmer också när en telefon ska flyttas mellan celler.

Transportnätet kopplar ihop basstationerna med resten av nätet, ofta kallat backhaul. Det är i första hand optisk fiber, men där fiber saknas används radiolänk i mikrovågsbanden.

Kärnnätet (eng. core network) är det centrala nätet. Dess uppgifter är att:

hålla reda på var varje telefon befinner sig (mobilitetshantering; MME i 4G, AMF i 5G),
lagra abonnentuppgifter och nycklar och kontrollera att SIM-kortet är äkta (HSS i 4G, UDM i 5G),
ge telefonen en IP-adress och koppla trafiken vidare mot internet (S-GW och P-GW i 4G, UPF i 5G),
sköta taltjänsterna med IMS (IP multimedia subsystem), som används för samtal över 4G och 5G, och
hantera debitering och regler för vad varje abonnemang får göra.

Sedan 4G är allt datapaket, och därför är kärnnätet i princip ett IP-nät med särskilda funktioner för mobilitet och säkerhet. Det är också skälet till att ett samtal i 4G är ett datasamtal (VoLTE), vilket förklarades i Mobilnätens generationer.

Upplänk och nedlänk#

Riktningen från basstationen till telefonen kallas nedlänk och riktningen från telefonen till basstationen upplänk. De har olika förutsättningar. Basstationen sänder med tiotals watt och har stora antenner, medan telefonens sändare är högst ca 23 dBm (0,2 W) i vanliga band och antennen är liten. Därför är det ofta upplänken som begränsar hur långt ut cellen kan nå: telefonen hör basstationen på ett avstånd där basstationen inte längre hör telefonen. Basstationens känsliga mottagare och stora antenner kompenserar delvis, men för att nå långt behövs låga frekvenser eller lägre datahastighet i upplänk.

Upp- och nedlänk skiljs åt med frekvens (FDD) eller tid (TDD), vilket beskrivs i Mobilbanden i Sverige och i multipel access och duplex.

Handover: samtalet följer med#

När du förflyttar dig lämnar du en cell och kommer in i en annan. För att samtalet eller dataförbindelsen inte ska brytas måste nätet flytta förbindelsen i tid, och det kallas handover (eng. handover eller handoff).

Det går till på följande sätt. Telefonen mäter hela tiden signalnivån (RSRP och RSRQ i 4G och 5G) från sin egen cell och från grannceller och rapporterar till nätet. När en grannes signal blivit bättre än den egna cellens med en viss marginal, den så kallade hysteresen, och har varit det en kort tid (time-to-trigger), beslutar nätet om handover. De två basstationerna förbereder bytet sinsemellan över sitt gemensamma gränssnitt (X2 i 4G, Xn i 5G), och telefonen får order att byta cell. I 4G och 5G sker bytet som en hård handover: telefonen släpper den gamla förbindelsen och ansluter till den nya, medan nätet buffrar trafiken så att inget går förlorat. I 3G kunde telefonen vara ansluten till flera celler samtidigt (mjuk handover). Med 5G (Release 16) kan nätet förbereda flera tänkbara målceller i förväg (villkorlig handover).

Hysteresen finns för att undvika ping-pong: om telefonen bytte cell så fort grannen blev det minsta bättre skulle den hoppa fram och tillbaka vid cellkanten (figur 4).

Figur 4. Handover mellan två celler. Signalerna beräknas med dämpningsexponent 3,5. Handover utlöses först när grannen är 3 dB starkare (hysteres), så att telefonen inte byter fram och tillbaka vid cellkanten.

Kapacitet och täckning#

Hur mycket trafik ett nät kan bära (kapaciteten per kvadratkilometer) kan i grova drag skrivas som

kapacitet \approx spektrum \times spektraleffektivitet \times antal celler .

Täckning och kapacitet drar åt olika håll. Låga frekvenser dämpas mindre och når därför långt och in i byggnader, men det finns lite spektrum där. Höga frekvenser har gott om spektrum och breda kanaler men korta räckvidder (se fri rymd-dämpning och länkbudget). Därför byggs nätet i lager (figur 5): lågbanden i stora makroceller ger heltäckande bas, medan mellanbanden och 3,5 GHz läggs i tätorterna, och de höga banden i små celler (mikro-, piko- och femtoceller) där många använder nätet, till exempel på arenor, i centrum och i köpcentrum.

Figur 5. Nätet byggs i lager: makroceller på lågband ger täckning, mindre celler på högre band ger kapacitet, och inomhusceller löser täckning i byggnader.

Inomhustäckning#

En stor del av mobiltrafiken uppstår inomhus, där signalen från utomhusmasten har dämpats av tak, väggar och fönster. Dämpningen ökar med frekvensen, och moderna energibesparande fönster med metallbelagt glas kan släppa igenom radiovågor mycket dåligt (se mikrovåg och millimetervåg). Täckningen löses med låga band utomhusifrån, med inomhusceller och antennsystem som drar signalen genom stora byggnader, och med Wi-Fi-samtal, där telefonen ringer via Wi-Fi-nätet i stället för mobilnätet (se Wi-Fi).

SIM och autentisering#

Nätet behöver veta att abonnemanget är ditt, och du vill vara säker på att du är kopplad till ett riktigt nät. Det löses av SIM-kortet (subscriber identity module; på moderna telefoner UICC, eller ett inbyggt eSIM). SIM-kortet innehåller abonnentens identitet (IMSI) och en hemlig nyckel som aldrig lämnar kortet och som även finns i operatörens abonnentdatabas.

Autentiseringen är en utmaning–svar-metod. Nätet skickar ett slumptal. SIM-kortet räknar ut ett svar ur slumptalet och sin hemliga nyckel, och nätet jämför med vad det själv räknat ut. Nyckeln skickas alltså aldrig över luften. I GSM autentiserades bara telefonen mot nätet, men från 3G och framåt autentiserar sig även nätet mot telefonen, vilket försvårar angrepp med falska basstationer. Från samma process härleds de nycklar som krypterar trafiken över radiolänken mellan telefon och basstation. I 5G skyddas dessutom abonnentens identitet genom att IMSI-numret krypteras (SUCI) innan det skickas över luften.¹ Krypteringen gäller radiolänken; den är inte en kryptering från din telefon till den du pratar med. Säkerheten beskrivs mer i Säkerhet i radiokommunikation.

Roaming och nätval#

Varje mobilnät har en identitet, PLMN, som består av en landskod (MCC, för Sverige 240) och en operatörskod (MNC). När du reser utomlands känner telefonen av vilka nät som finns, och väljer ett nät vars operatör ditt abonnemang har ett roamingavtal med. Det besökta nätet kontaktar din operatörs abonnentdatabas, som bekräftar att abonnemanget är giltigt, och trafiken kopplas sedan hem eller ut direkt. Inom EU och EES gäller regler om att roaming ska kosta detsamma som hemma (”roam like at home”), enligt en förordning som gäller till 2032.²

Nödsamtal till 112 kan kopplas via ett annat nät om ditt eget saknas, och det är en av de saker som gör att den gemensamma nödnummerfunktionen fungerar (se Nödfrekvenser och nödsändare).

Kontrollfrågor#

Varför kan samma frekvens användas i många celler i ett mobilnät?

Eftersom radiovågor dämpas med avståndet. Två celler som ligger tillräckligt långt från varandra stör inte varandra märkbart, och då kan samma frekvens återanvändas. Det är vad som gör att kapaciteten växer med antalet celler.

Vad är återanvändningsavståndet D/R för klusterstorlek 7?

$D / R = \sqrt{3 N} = \sqrt{21} \approx 4,58$ . Samkanalcellerna ligger alltså drygt fyra och en halv cellradie från varandra.

Beräkna störningsförhållandet C/I för klusterstorlek 4 med dämpningsexponent 4 och sex störande celler.

$D / R = \sqrt{12} \approx 3,46$ . $C / I \approx (D / R)^{4} / 6 = 144 / 6 = 24$ , alltså $10 \log_{10} (24) \approx 13,8$ dB.

Vad vinner man på att dela en basstation i tre sektorer?

Varje sektor blir en egen cell med egna radioresurser, så kapaciteten blir ungefär tre gånger större än med en rundstrålande antenn på samma frekvens. Riktade antenner ger dessutom högre förstärkning och mindre störning mot grannceller.

Varför har handover en hysteres?

Utan hysteres skulle telefonen byta cell så fort grannen var det minsta starkare. Vid cellkanten, där de två signalerna är nästan lika starka, skulle den då hoppa fram och tillbaka (ping-pong) och belasta nätet. Hysteresen innebär att grannen måste vara klart bättre en liten stund innan nätet flyttar förbindelsen.

Varför är det upplänken som oftast begränsar cellens räckvidd?

Telefonen sänder med mycket lägre effekt (högst ca 0,2 W) och har en liten antenn jämfört med basstationen, som sänder med tiotals watt och har stora antenner. Telefonen kan därför höra basstationen på ett avstånd där basstationen inte längre hör telefonen.

Beräkna hur mycket mindre cellradien blir om man går från 900 MHz till 2 600 MHz med dämpningsexponent 3,5 och samma länkbudget.

$d_{2} / d_{1} = (900 / 2600)^{2 / 3,5} = (0,346)^{0,571} \approx 0,54$ . Radien blir ca 54 % så stor, och arean ca $0, 54^{2} \approx 0,29$ , så det krävs ungefär tre och en halv gånger så många celler.

Vad gör SIM-kortet i autentiseringen, och varför skickas den hemliga nyckeln aldrig över luften?

SIM-kortet räknar ut ett svar på nätets slumptal med hjälp av sin hemliga nyckel. Nätet, som känner till samma nyckel, räknar ut vad svaret ska bli och jämför. Eftersom bara slumptalet och svaret skickas kan en som lyssnar på radiolänken inte få fram nyckeln.

3GPP TS 33.501, avsnitt om dold abonnentidentitet (SUCI) och ömsesidig autentisering (5G-AKA och EAP-AKA'). ↩
Förordning (EU) 2022/612 om roaming i allmänna mobilkommunikationsnät inom unionen. Förordningen gäller till 2032-06-30. ↩
PTS, Genomförda auktioner (uppdaterad 2026-05-11), hämtad 2026-10-24. ↩

Kunskapsbanken är en sammanställning för utbildning och referens. Den ersätter inte gällande föreskrifter och ger ingen rätt att sända. Kontrollera alltid aktuella villkor hos PTS.