За останні 80 років в телекомунікаційній галузі відбувся колосальний ріст. Багато сучасні ентузіасти смартфонів насправді не знають, наскільки далеко просунулася галузь. Ось чому ми написали цю статтю, щоб поглянути на розвиток телекомунікаційної галузі після Другої світової війни.
Під час Другої світової війни рації Motorola серії SCR домоглися великих успіхів на полі бою. Він показав світові силу бездротового зв’язку. Це також викликало у людей бажання застосувати їх на цивільному ринку.
Перші мобільні телефони
Після війни, в 1946 році, компанія AT & T в Сполучених Штатах приєднала бездротовий приймач до комутованої телефонної мережі загального користування (PSTN). Він також офіційно запустив послугу мобільного телефонного зв’язку MTS (Mobile Telephone Service) для цивільного використання.
У MTS, якщо користувач хоче подзвонити, він повинен спочатку вручну знайти вільний бездротовий канал. Якщо він отримає канал, він потім поговорить з оператором, попросивши іншу сторону встановити друге з’єднання через мережу PSTN.
Весь виклик використовує полудуплекс, тобто тільки один абонент може говорити одночасно. Під час розмови користувач повинен натиснути кнопку «натисни та говори» на телефоні. Не дуже зручно, правда?
Метод тарифікації або білінгу у MTS теж дуже примітивний. Оператор буде прослуховувати розмову між двома сторонами протягом усього процесу. Потім він вручну розрахує вартість після завершення розмови й підтвердить рахунок. Такою була перша комерційна система мобільного зв’язку в історії людства.
Ви, напевно, скажете, що мобільні телефони були винайдені в 1970-х? Чому він існував в 1940-х роках? Не панікуйте, той «мобільний телефон» не є справжнім мобільним телефоном. Насправді це мобільний автомобільний телефон. Точніше, автомобільна напівдуплексна ручна рація.
Автомобільна мобілка
У той час було неможливо винайти мобільний телефон з використанням електронних технологій і акумуляторів. Однак машин в той час було вже багато.
У той час «базова станція» теж була дуже великою, трохи схожою на радіо- і телевежу. Вона була тільки одна в місті, і її мали в центрі міста. Вежа охоплювала радіус 40 кілометрів з надзвичайно високою потужністю.
У грудні 1947 року дослідник Bell Labs Дуглас Х. Ринг вперше запропонував ідею «стільникового зв’язку». Це знаменує початок розвитку телекомунікаційної галузі. Він вважає, що замість того, щоб наосліп збільшувати потужність передачі сигналу, краще обмежити дальність передачі сигналу та управляти сигналом в межах обмеженій області (стільники).
Таким чином, різні стільники можуть використовувати одну і ту ж частоту, не впливаючи один на одного, збільшуючи пропускну здатність системи.
Хоча ідея стільникового зв’язку дуже хороша, в той час було багато обмежень. Таким чином, Bell Labs поклала це на полицю тільки як свою ідею.
Європа та США розробляють автомобільний телефон
У 1950-х роках все більше країн почали будувати автомобільні телефонні мережі. Наприклад, в 1952 році Західна Німеччина запустила A-Netz. У 1961 році радянський інженер Леонід Купріянович також винайшов мобільний телефон ЛК-1, який також встановлювали на автомобілі. Пізніше в Радянському Союзі була впроваджена автомобільна телефонна система «Алтай», що охоплює понад 30 міст країни.
У 1969 році Сполучені Штати представили покращену автомобільну телефонну систему MTS під назвою IMTS (Покращена MTS). IMTS підтримує повнодуплексний режим, автоматичний набір номера та автоматичний пошук каналів і може надавати 11 каналів (пізніше 12). Це якісний стрибок у порівнянні з MTS.
У 1971 році Фінляндія запустила громадську мережу мобільного зв’язку ARP (Auto Radio Puhelin – Puhelin в перекладі з фінського означає телефон). Цей пристрій працює в діапазоні частот 150 МГц, але все ще перемикається вручну і в основному використовується для автомобільних телефонних служб.
Будь то Altai, IMTS або ARP, пізніше її назвали технологією мобільного зв’язку «0G» або «Pre-1G» (перед 1G). Тепер подивімось, що пропонує телекомунікаційна галузь в період 1G.
Епоха 1G в телекомунікаційній галузі
Розвиток напівпровідникових технологій дало більше можливостей для розвитку телекомунікаційної галузі. Цього не було до 70-х років. У 1973 році інженери Motorola Мартін Купер і Джон Ф. Мітчелл нарешті змінили історію назавжди. Вони винайшли перший у світі дійсно мобільний телефон (кишеньковий персональний мобільний телефон).
Телефон отримав назву DynaTAC (Dynamic Adaptive Total Area Coverage). Його висота 22 см, вага 1,28 кг, він може розмовляти протягом 20 хвилин і оснащений величезною антеною.
У 1974 році Федеральна комісія зі зв’язку (FCC) США схвалила частина радіочастотного спектра для використання при тестуванні стільникових мереж. Однак експеримент був відкладений до 1977 року, перш ніж він офіційно почався. У той час в експерименті брали участь два суперники – AT & T і Motorola.
Конгрес США в 1964 році «позбавив» AT & T можливості комерційного використання супутникового зв’язку. У розпачі вони створили в Bell Labs відділ мобільного зв’язку, шукаючи нові можливості.
Прогрес 1G – повільний, але стабільний
Між 1964 і 1974 роками Bell Labs розробила аналогову систему під назвою HCMTS (High-Volume Mobile Telephone System). Сигнальні та голосові канали системи використовують модуляцію FM з пропускною здатністю 30 кГц, а швидкість передачі становить 10 кбіт / с.
Оскільки в той час не існувало організації зі стандартизації бездротових мобільних систем, AT & T встановила власний стандарт для HCMTS. Пізніше Асоціація електронної промисловості (EIA) назвала цю систему Тимчасовим стандартом 3 (IS-3).
У 1976 році HCMTS змінила назву на AMPS (Advanced Mobile Phone Service). AT & T використовувала технологію AMPS для проведення випробувань FCC в Чикаго і Ньюарку.
Подивимося ще раз на Motorola. Спочатку Motorola розробила технологію RCC (Radio Common Carrier) і заробила багато грошей. Тому вони категорично заперечували проти надання FCC спектра для стільникового зв’язку, щоб не вплинути на їх ринок RCC. Але водночас вони відчайдушно розвивали технології стільникового зв’язку і робили технічні резерви. Так народилася компанія DynaTAC.
Після того, як FCC опублікувала спектр, Motorola провела у Вашингтоні випробування на базі DynaTAC. Поки вони все ще повільно експериментували, інші країни вже взяли на себе ініціативу.
Перша комерційна мережа 1G в Японії
У 1979 році компанія Nippon Telegraph and Telephone (NTT) запустила першу у світі комерційну автоматизовану систему стільникового зв’язку в столичному районі Токіо. Пізніше ця система була визнана першою у світі комерційною мережею 1G.
У той час в системі було 88 базових станцій, що підтримують повністю автоматичне перемикання викликів між різними стільниковими вузлами без ручного втручання. Система використовує технологію FDMA, смуга пропускання каналу становить 25 кГц, вона знаходиться в смузі частот 800 МГц, а загальна кількість дуплексних каналів становить 600.
1G в Європі
Два роки по тому, в 1981 році, країни Північної Європи, Норвегія і Швеція, створили першу в Європі мережу мобільного зв’язку 1G – NMT (Nordic Mobile Telephones). Незабаром до них приєдналися Данія і Фінляндія. NMT став першою у світі мережею мобільного зв’язку з можливістю міжнародного роумінгу.
Пізніше NMT ввели Саудівська Аравія, СРСР і деякі інші країни Балтії та Азії.
Motorola випустила перший в світі комерційний мобільний телефон 1G
У вересні 1983 року Motorola випустила перший у світі комерційний мобільний телефон DynaTAC 8000X.
DynaTAC 8000XЦей пристрій важить 1 кг і можна безперервно розмовляти протягом 30 хвилин. Повна зарядка займає 10 годин, але ціна складає 3995 доларів.
1G в Південної та Північної Америках
У 1983 році Сполучені Штати нарешті згадали про створення власної комерційної мережі 1G. 13 жовтня 1983 року компанія Americitech Mobile Communications запустила першу в США мережу 1G на основі технології AMPS.
У цій мережі можна використовувати як автомобільний телефон, так і DynaTAC 8000X. FCC виділила AMPS смугу пропускання 40 МГц в смузі частот 800 МГц. З такою смугою пропускання AMPS підтримує 666 дуплексних каналів, а ширина смуги одного висхідного або спадного каналу становить 30 кГц. Пізніше FCC виділила додаткову смугу пропускання 10 МГц. Таким чином, загальна кількість дуплексних каналів AMPS стає 832.
За перший рік комерційного використання Americitech продала близько 1 200 мобільних телефонів DynaTAC 8000X, набравши 200 000 користувачів. Через п’ять років кількість користувачів стало 2 мільйони.
Швидко зростаюча кількість користувачів набагато перевищує можливості мережі AMPS. Пізніше для збільшення місткості Motorola представила вузькополосну версію технології AMPS, а саме NAMPS. Він ділить чинний голосовий канал 30 кГц на три канали 10 кГц (загальна кількість каналів стає 2496) для економії спектру і збільшення місткості.
Великобританія приєднується до 1G
Крім NMT і AMPS, ще одним широко використовуваним стандартом 1G є TACS (Total Access Communication Systems), який вперше був випущений у Великобританії.
У лютому 1983 р британський уряд оголосив, що дві компанії, BT (British Telecom) і Racal Millicom (попередник Vodafone), побудують мережі мобільного зв’язку TACS на основі технології AMPS.
1 січня 1985 року Vodafone офіційно запустив послугу TACS (обладнання, придбане в Ericsson). У той час було всього 10 базових станцій, що покривають всю територію Лондона.
Одноканальна смуга пропускання TACS становить 25 кГц, висхідна лінія зв’язку використовує 890-905 МГц, спадна лінія зв’язку 935-950 МГц, всього 600 каналів використовуються для передачі голосових і керуючих сигналів.
Система TACS в основному розроблена Motorola і фактично є модифікованою версією системи AMPS. За винятком смуги частот, розносу каналів, зсуву частоти і швидкості передачі сигналів, вони повністю ідентичні.
У порівнянні з NMT в Північній Європі робочі характеристики TACS значно відрізняються. NMT підходить для малонаселеній сільській місцевості північних країн (Скандинавія). Він використовує частоту 450 МГц (пізніше змінену на 800 МГц) і має більший діапазон комірок.
Перевага TACS – це пропускна здатність, а не відстань покриття. Система TACS має низьку потужність передавача і підходить для країни з високою щільністю населення і великих міських територій, таких як Великобританія.
У міру збільшення числа користувачів TACS пізніше додав кілька смуг частот (10 МГц) і став ETACS (розширений TACS). Японська NTT розробила JTACS на основі TACS.
Китай приєднується до розробки 1G
Варто зазначити, що перша базова станція мобільного зв’язку, побудована Китаєм в Гуанчжоу в 1987 році, використовувала технологію TACS, а партнером була Motorola.
Крім AMPS, TACS і NMT, технологія 1G також включає C-Netz в Німеччині, Radiocom 2000 у Франції і RTMI в Італії. Ці успішні технології сповістили про настання ери мобільного зв’язку. Фактично, в телекомунікаційній галузі не існувало такої назви, як 1G, в той час, коли воно використовувалося. Тільки після появи технології 2G їх назвали 1G, щоб відрізнити їх.
Епоха 2G в телекомунікаційній галузі
У 1982 році Європейська комісія поштою і електрозв’язку заснувала «Групу експертів по мобільному зв’язку», яка буде відповідати за вивчення стандартів зв’язку.
Ця «мобільна експертна група», французьке скорочення – GroupeSpécialMobile, пізніше значення цієї абревіатури було змінено на «Глобальна система мобільного зв’язку». Це те, що ми все тепер знаємо як GSM.
Метою створення GSM є встановлення нового загальноєвропейського стандарту і розвиток загальноєвропейської системи наземної мобільного зв’язку. Вони висувають вимоги по ефективному використанню спектру, недорогим системам, портативним терміналам і глобальному роумінгу.
У наступні роки Європейська організація по стандартизації електрозв’язку (ETSI) змогла завершити розробку специфікацій GSM 900 МГц і 1800 МГц (DCS).
У 1991 році фінська компанія Radiolinja (нині частина ELISA Oyj) запустила першу у світі мережу 2G на основі стандарту GSM.
Як ми всі знаємо, 2G використовує цифрові технології, щоб замінити аналогову технологію 1G. Це значно покращує якість зв’язку та стабільність системи. Це також робить його більш безпечним, надійним і знижує споживання енергії обладнанням.
Крім GSM, ще одним широко відомим стандартом 2G є CDMA, запущений Qualcomm. Якщо бути точним, це IS-95 або cdmaOne. IS -95 має дві версії: IS-95А та IS-95Б. Перший може підтримувати пікові швидкості передачі даних до 14,4 кбіт / с, а другий – до 115 кбіт / с.
Крім IS-95, Сполучені Штати також виробляли IS-54 (Північна Америка, цифровий стільниковий зв’язок TDMA) і IS-136 (1996). Власне, 2G – це не тільки GSM і CDMA. Асоціація виробників стільникового зв’язку розробила цифрову версію AMPS, засновану на технології AMPS, під назвою D-AMPS (Digit-AMPS). Насправді це стандарт 2G. Інший стандарт 2G – це PDC (Personal Digital Cellular) з Японії.
Ера 2.5G
В кінці 20 століття, коли стався вибухове зростання Інтернету, люди висунули великий попит на мобільний доступ в Інтернет. Таким чином, стартував GPRS (General Packet Radio Service, General Packet Radio Service).
Ми можемо розглядати GPRS як «плагін» GSM. За допомогою GPRS мережу може забезпечувати швидкість передачі даних до 114 Кбіт / с.
Перше речення про GPRS було зроблено в 1993 році. Однак треба було ще чотири роки, щоб перша фаза угоди відбулася в 1997 році. Це, мабуть, поворотний момент в історії стільникового зв’язку, а також галузі телекомунікацій. На той момент послуги передачі даних стали основним напрямком розвитку мобільного зв’язку.
Епоха 2.75G
Після запуску технології GPRS оператори зв’язку також розробили більш швидку технологію. Ця технологія є покращеною швидкістю передачі даних для розвитку GSM (EDGE). Звичайно, всі ми знаємо або чули про EDGE в якийсь момент свого життя.
Самая большая особенность EDGE заключается в том, что он может обеспечить вдвое большую скорость передачи данных по сравнению с GPRS без замены оборудования. Первая в мире сеть EDGE была развернута AT&T в 2003 году в ее собственной сети GSM.
Епоха 3G в телекомунікаційній галузі
У 1996 році в Європі було засновано форум UMTS (Універсальна система мобільного зв’язку), який зосередився на координації досліджень в галузі європейських стандартів 3G. Європейський табір в особі Nokia, Ericsson і Alcatel чітко усвідомлює переваги CDMA. Таким чином, вони розробили систему W-CDMA з аналогічними принципами.
Він називається W-CDMA (Wide-CDMA), тому що його смуга пропускання каналу досягає 5 МГц, що ширше, ніж 1,25 МГц CDMA2000.
Багато людей не розуміють відносини між UMTS і WCDMA. Фактично, UMTS – це загальний термін для позначення 3G в Європі. WCDMA є реалізацією UMTS і зазвичай належать до частини бездротового інтерфейсу. TD-SCDMA, про який ми будемо говорити пізніше, також належить до UMTS.
Щоб мати можливість конкурувати зі Сполученими Штатами, European ETSI також спільно заснувала 3GPP (проєкт партнерства третього покоління) з Японією, Китаєм і т. д., щоб співпрацювати в розробці глобальних стандартів мобільного зв’язку третього покоління.
На противагу цьому, в північноамериканському таборі різні думки.
Жорстка конкуренція з 3G
Компанії, представлені Lucent і Nortel, підтримують WCDMA і 3GPP. Однак такі компанії, як Qualcomm, об’єдналися з Південною Кореєю, щоб сформувати організацію 3GPP2, щоб конкурувати з 3GPP. Введений ними стандарт – це стандарт CDMA2000, розроблений на основі CDMA 1X (IS-95).
Хоча CDMA2000 є стандартом 3G, початкова пікова швидкість невисока, всього 153 кбіт / с. Пізніше, завдяки переходу на EVDO (EVolution Data Optimized), швидкість передачі даних значно покращилася. Він забезпечував пікову швидкість завантаження 14,7 Мбіт / с і максимальну швидкість завантаження 5,4 Мбіт / с.
У цей період Китай також запустив свою власну програму кандидатів, що працює в стандарті 3G (також відому як TD-SCDMA) для спільної участі в міжнародному конкурсі.
Після жорсткої конкуренції та гри Міжнародний союз електрозв’язку (ITU), нарешті, підтвердив три глобальних стандартів 3G, а саме: WCDMA в Європі, CDMA2000 в США і TD-SCDMA в Китаї.
Що стосується прогресу в комерціалізації 3G, японська NTT знову лідирує.
1 жовтня 1998 року NTT Docomo запустила першу у світі комерційну мережу 3G (на основі WCDMA) в Японії.
3.75G ера в телекомунікаційній галузі
На основі UMTS, ETSI і 3GPP розробили HSPA (високошвидкісний пакетний доступ), HSPA +, двоканальний HSPA + і HSPA + Evolution. Швидкість цих мережевих технологій явно перевищує швидкість традиційного 3G, в народі його називають 3,75G.
Це тому, що швидкість HSPA + настільки висока, що навіть перевершує ранні LTE і WiMAX. Тому в той час деякі оператори (наприклад, T-Mobile в США) не відразу почали будівництво LTE. Однак вони оновили чинну мережу HSPA до HSPA +. Китай тоді зробив те ж саме.
4G в телекомунікаційній галузі
У 1999 році Комітет зі стандартів IEEE заснував робочу групу для розробки стандартів бездротових міських мереж. У 2001 році була офіційно випущена перша версія IEEE 802.16, яка пізніше була перетворена в IEEE 802.16m. IEEE 802.16 пізніше широко відомий як WiMAX (всесвітнє з’єднання для мікрохвильового доступу).
WiMAX представив передові технології, такі як MIMO (багатоантенна) і OFDM (мультиплексування з ортогональним частотним поділом). Швидкість завантаження значно вище, і це робить великий тиск на 3GPP.
Отже, на основі UMTS, 3GPP розширює впровадження LTE (MIMO і OFDM), щоб конкурувати з WiMAX. Пізніше він продовжив розвиватися в LTE-Advanced (2009 г), і швидкість була збільшена в декілька разів.
У 2008 році Міжнародний союз електрозв’язку ITU видав вимоги, яким повинен відповідати стандарт 4G, і назвав його IMT-Advanced. Тільки 3GPP LTE-Advanced, IEEE 802.16m і TD-LTE-Advanced, представлені Міністерством промисловості та інформаційних технологій Китаю, дійсно кваліфіковані. Іншими словами, це справжні стандарти 4G.
14 грудня 2009 року в Стокгольмі та Осло відкрилася перша у світі загальнодоступна сервісна мережа LTE. Мережеве обладнання поставляється від Ericsson і Huawei, а термінал – від Samsung.
Після запеклої промислової війни LTE остаточно переміг WiMAX і отримав всесвітню підтримку і визнання. WiMAX швидко втратив харчування і був розбитий на морозі.
Епоха 5G
Нам не потрібно говорити про розвиток 5G, чи не так? Кожен з нас – свідок нової історії. Ми всі були свідками того, як проєкт партнерства третього покоління (3GPP) запустив 5G (IMT-2020), щоб домінувати у світі.
Час летить, час летить. Після майже століття розвитку мережі мобільного зв’язку зросли з нуля, зі слабких в сильні. Він привів у рух колесо історії та прискорив соціальні зміни.
Куди піде майбутнє мобільного зв’язку? Почекаємо і подивимося!
