През последните 80 години телекомуникационната индустрия претърпя огромен растеж. Много ентусиасти на смартфони днес всъщност не знаят докъде е стигнала индустрията. Ето защо написахме тази статия, за да разгледаме развитието на телекомуникационната индустрия след Втората световна война.
По време на Втората световна война уоки-токитата от серията SCR на Motorola постигнаха голям успех на бойното поле. Той показа на света силата на безжичната комуникация. Това също накара хората да искат да ги приложат на цивилния пазар.
Първите мобилни телефони
След войната, през 1946 г., AT&T в Съединените щати свързва безжичен приемник към обществената комутируема телефонна мрежа (PSTN). Той също така официално стартира MTS (мобилна телефонна услуга) за гражданска употреба.
В MTS, ако потребителят иска да осъществи повикване, той трябва първо ръчно да намери безплатен безжичен канал. Ако получи канал, той ще говори с оператора, като иска от другата страна да установи втора връзка през PSTN мрежата.
Целият разговор използва полудуплекс, което означава, че само един обаждащ се може да говори едновременно. По време на разговор потребителят трябва да натисне бутона за пряк разговор на телефона. Не е много удобно, нали?
Методът на таксуване или таксуване в MTS също е много примитивен. Операторът ще слуша разговора между двете страни през целия процес. След това ръчно ще изчисли цената след приключване на разговора и ще потвърди сметката. Това беше първата търговска мобилна комуникационна система в човешката история.
Вероятно бихте казали, че мобилните телефони са изобретени през 1970-те години? Защо е съществувал през 1940-те години? Не се паникьосвайте, този „мобилен телефон“ не е истински мобилен телефон. Всъщност това е мобилен телефон за кола. По-точно автомобилна полудуплексна уоки-токи.
Мобилен телефон за кола
По това време беше невъзможно да се изобрети мобилен телефон с помощта на електронни технологии и батерии. По това време обаче вече имаше много автомобили.
По това време "базовата станция" също беше много голяма, донякъде подобна на радио и телевизионна кула. Тя беше единствената в града и я имаха в центъра на града. Кулата покриваше радиус от 40 километра с изключително висока мощност.
През декември 1947 г. изследователят на Bell Labs Дъглас Х. Ринг за първи път предложи идеята за „клетъчна комуникация“. Това поставя началото на развитието на телекомуникационната индустрия. Той смята, че вместо сляпо да се увеличава мощността на предаване на сигнала, по-добре е да се ограничи обхватът на предаване на сигнала и да се контролира сигнала в рамките на ограничена област (клетки).
По този начин различни клетки могат да използват една и съща честота, без да се засягат една друга, увеличавайки честотната лента на системата.
Въпреки че идеята за клетъчна комуникация е много добра, по това време имаше много ограничения. Така че Bell Labs го отхвърлиха като просто тяхна идея.
Европа и САЩ разработват телефон за кола
През 1950-те години на миналия век все повече страни започват да изграждат автомобилни телефонни мрежи. Например през 1952 г. Западна Германия стартира A-Netz. През 1961 г. съветският инженер Леонид Куприянович изобретява и мобилния телефон LK-1, който също е инсталиран на автомобил. По-късно в Съветския съюз е въведена автомобилната телефонна система "Алтай", която покрива повече от 30 града на страната.
През 1969 г. Съединените щати въвеждат подобрена автомобилна телефонна система MTS, наречена IMTS (Подобрена MTS). IMTS поддържа режим на пълен дуплекс, автоматично набиране и автоматично търсене на канали и може да осигури 11 канала (по-късно 12). Това е качествен скок в сравнение с MTS.
През 1971 г. Финландия стартира обществената мобилна мрежа ARP (Auto Radio Puhelin – Puhelin означава телефон на фински). Това устройство работи в честотната лента от 150 MHz, но все още се превключва ръчно и се използва предимно за телефонни услуги в автомобила.
Независимо дали е Altai, IMTS или ARP, по-късно тя беше наречена "0G" или "Pre-1G" (преди 1G) мобилна комуникационна технология. Сега нека видим какво може да предложи телекомуникационната индустрия в ерата на 1G.
Ерата на 1G в телекомуникационната индустрия
Развитието на полупроводниковите технологии предостави повече възможности за развитие на телекомуникационната индустрия. Това не се случи до 70-те години. През 1973 г. инженерите на Motorola Мартин Купър и Джон Ф. Мичъл най-накрая промениха историята завинаги. Те изобретиха първия в света наистина мобилен телефон (джобен личен мобилен телефон).
Телефонът е наречен DynaTAC (Dynamic Adaptive Total Area Coverage). Той е висок 22 см, тежи 1,28 кг, може да говори 20 минути и е оборудван с огромна антена.
През 1974 г. Федералната комисия по комуникациите на САЩ (FCC) одобри част от радиочестотния спектър за използване при тестване на клетъчни мрежи. Експериментът обаче е отложен до 1977 г., преди да започне официално. По това време в експеримента участваха двама конкуренти - AT&T и Motorola.
Конгресът на САЩ през 1964 г. "лиши" AT&T от възможността за търговско използване на сателитна комуникация. В отчаяние те създават отдел за мобилни комуникации в Bell Labs, търсейки нови възможности.
Напредъкът на 1G е бавен, но стабилен
Между 1964 и 1974 г. Bell Labs разработват аналогова система, наречена HCMTS (High-Volume Mobile Telephone System). Каналите за сигнал и глас на системата използват FM модулация с честотна лента 30 kHz и скорост на предаване 10 kbit/s.
Тъй като по това време не е имало организация за безжични мобилни стандарти, AT&T създаде свой собствен стандарт за HCMTS. Асоциацията на електронната индустрия (EIA) по-късно нарече тази система Interim Standard 3 (IS-3).
През 1976 г. HCMTS промени името си на AMPS (Advanced Mobile Phone Service). AT & T използва технологията AMPS за провеждане на FCC тестове в Чикаго и Нюарк.
Нека погледнем отново Motorola. Motorola първа разработи технологията RCC (Radio Common Carrier) и спечели много пари. Поради това те категорично възразиха на FCC да даде спектъра на клетъчните комуникации, за да не засегне техния пазар на RCC. Но в същото време те отчаяно развиха технологиите за клетъчна комуникация и направиха технически резерви. Така се ражда компанията DynaTAC.
След като FCC пусна спектъра, Motorola проведе базирани на DynaTAC тестове във Вашингтон. Докато те все още бавно експериментираха, други страни вече бяха поели инициативата.
Първата търговска 1G мрежа в Япония
През 1979 г. Nippon Telegraph and Telephone (NTT) стартира първата в света търговска автоматизирана клетъчна комуникационна система в столичния район на Токио. По-късно тази система беше призната за първата в света търговска 1G мрежа.
По това време системата имаше 88 базови станции, поддържащи напълно автоматично превключване на разговори между различни клетъчни възли без ръчна намеса. Системата използва FDMA технология, честотната лента на канала е 25 kHz, тя е в честотната лента 800 MHz, а общият брой дуплексни канали е 600.
1G в Европа
Две години по-късно, през 1981 г., страните от Северна Европа, Норвегия и Швеция, създават първата 1G мобилна комуникационна мрежа в Европа - NMT (Nordic Mobile Telephones). Скоро към тях се присъединиха Дания и Финландия. NMT стана първата в света мобилна комуникационна мрежа с възможност за международен роуминг.
По-късно NMT беше въведен от Саудитска Арабия, СССР и някои други балтийски и азиатски страни.
Motorola пусна първия в света комерсиален 1G мобилен телефон
През септември 1983 г. Motorola пусна първия в света комерсиален мобилен телефон, DynaTAC 8000X.
DynaCT 8000XТова устройство тежи 1 кг и може да говори непрекъснато 30 минути. Пълното зареждане отнема 10 часа, но цената е $3995.
1G в Южна и Северна Америка
През 1983 г. Съединените щати най-накрая се сетиха да изградят своя собствена търговска 1G мрежа. На 13 октомври 1983 г. Americitech Mobile Communications стартира първата 1G мрежа, базирана на технологията AMPS в Съединените щати.
Както телефонът за кола, така и DynaTAC 8000X могат да се използват в тази мрежа. FCC е разпределил 40 MHz честотна лента на AMPS в честотната лента 800 MHz. С тази честотна лента AMPS поддържа 666 дуплексни канала, а честотната лента на един канал нагоре или надолу по веригата е 30 kHz. По-късно FCC разпредели допълнителни 10 MHz честотна лента. Така общият брой дуплексни AMPS канали става 832.
През първата си година на комерсиална употреба Americitech продаде около 1 мобилни телефона DynaTAC 200X, достигайки 8000 200 потребители. След пет години броят на потребителите стана 000 милиона.
Бързо нарастващият брой потребители далеч надхвърля капацитета на AMPS мрежата. По-късно, за да увеличи капацитета, Motorola представи теснолентова версия на технологията AMPS, а именно NAMPS. Той разделя текущия гласов канал от 30 kHz на три канала от 10 kHz (общият брой канали става 2496), за да спести спектър и да увеличи капацитета.
Великобритания се присъединява към 1G
Освен NMT и AMPS, друг широко използван 1G стандарт е TACS (Total Access Communication Systems), който беше пуснат за първи път в Обединеното кралство.
През февруари 1983 г. британското правителство обяви, че две компании, BT (British Telecom) и Racal Millicom (предшественик на Vodafone), ще изградят TACS мобилни комуникационни мрежи, базирани на технологията AMPS.
На 1 януари 1985 г. Vodafone официално стартира услугата TACS (оборудване, закупено от Ericsson). По това време имаше само 10 базови станции, покриващи целия район на Лондон.
Едноканалната честотна лента на TACS е 25 kHz, връзката нагоре използва 890-905 MHz, връзката надолу използва 935-950 MHz, общо 600 канала се използват за предаване на глас и контролни сигнали.
Системата TACS е разработена основно от Motorola и всъщност е модифицирана версия на системата AMPS. С изключение на честотната лента, каналното разстояние, честотното изместване и скоростта на предаване на сигнала, те са напълно идентични.
В сравнение с NMT в Северна Европа, работните характеристики на TACS са значително различни. NMT е подходящ за слабо населени селски райони на северните страни (Скандинавия). Той използва честота от 450 MHz (по-късно променена на 800 MHz) и има по-голям обхват на клетката.
Предимството на TACS е честотната лента, а не разстоянието на покритие. Системата TACS има ниска мощност на предавателя и е подходяща за страни с висока гъстота на населението и големи градски зони като Великобритания.
Тъй като броят на потребителите се увеличи, TACS по-късно добави няколко честотни ленти (10 MHz) и стана ETACS (разширен TACS). Японската NTT разработи JTACS на базата на TACS.
Китай се присъединява към развитието на 1G
Заслужава да се отбележи, че първата мобилна базова станция, построена от Китай в Гуанджоу през 1987 г., използва технологията TACS, а Motorola беше партньор.
В допълнение към AMPS, TACS и NMT, 1G технологията включва също C-Netz в Германия, Radiocom 2000 във Франция и RTMI в Италия. Тези успешни технологии поставиха началото на ерата на мобилните комуникации. Всъщност нямаше такова име като 1G в телекомуникационната индустрия по времето, когато беше използвано. Едва след появата на 2G технологията те бяха наречени 1G, за да ги разграничат.
Ерата на 2G в телекомуникационната индустрия
През 1982 г. Европейската комисия за пощи и телекомуникации създаде "Група от експерти по мобилна комуникация", която ще отговаря за проучването на комуникационните стандарти.
Тази „мобилна експертна група“, френското съкращение е GroupeSpécialMobile, по-късно значението на това съкращение е променено на „Глобална система за мобилна комуникация“. Това е, което всички сега познаваме като GSM.
Целта на създаването на GSM е да се установи нов паневропейски стандарт и да се разработи общоевропейска наземна мобилна комуникационна система. Те поставят изисквания за ефективно използване на спектъра, евтини системи, преносими терминали и глобален роуминг.
През следващите години Европейската организация за стандартизация на телекомуникациите (ETSI) успя да завърши разработването на спецификациите на GSM 900 MHz и 1800 MHz (DCS).
През 1991 г. финландската компания Radiolinja (сега част от ELISA Oyj) стартира първата в света 2G мрежа, базирана на стандарта GSM.
Както всички знаем, 2G използва цифрова технология, за да замени аналоговата технология на 1G. Това значително подобрява качеството на комуникацията и стабилността на системата. Освен това го прави по-безопасно, по-надеждно и намалява консумацията на енергия на оборудването.
Освен GSM, друг широко известен 2G стандарт е CDMA, пуснат от Qualcomm. За да бъдем точни, това е IS-95 или cdmaOne. IS-95 има две версии: IS-95A и IS-95B. Първият може да поддържа пикови скорости на данни до 14,4 kbps, а вторият до 115 kbps.
В допълнение към IS-95, Съединените щати произвеждат също IS-54 (Северна Америка, TDMA цифрова клетъчна) и IS-136 (1996). Всъщност 2G не е само GSM и CDMA. Асоциацията на производителите на мобилни телефони разработи цифрова версия на AMPS, базирана на технологията AMPS, наречена D-AMPS (Digit-AMPS). Всъщност това е 2G стандарт. Друг 2G стандарт е PDC (Personal Digital Cellular) от Япония.
Ерата на 2.5G
В края на 20-ти век, когато се случи експлозивният растеж на Интернет, хората направиха голямо търсене на мобилен достъп до Интернет. Така стартира GPRS (Обща пакетна радио услуга, Обща пакетна радио услуга).
Можем да разглеждаме GPRS като "plug-in" на GSM. С помощта на GPRS мрежата може да осигури скорост на трансфер на данни до 114 Kbps.
Първото изречение за GPRS е направено през 1993 г. Въпреки това отне още четири години, за да се осъществи първата фаза на споразумението през 1997 г. Това вероятно е повратна точка в историята на клетъчните комуникации, както и на телекомуникационната индустрия. По това време услугите за предаване на данни се превърнаха в основна посока на развитие на мобилните комуникации.
Ера 2.75G
След пускането на GPRS технологията комуникационните оператори също разработиха по-бърза технология. Тази технология е подобрена скорост на данни за развитие на GSM (EDGE). Разбира се, всички знаем или сме чували за EDGE в някакъв момент от живота си.
Най-голямата характеристика на EDGE е, че може да осигури два пъти по-висока скорост на трансфер на данни от GPRS, без да подменя хардуера. Първата в света EDGE мрежа беше разгърната от AT&T през 2003 г. в собствената им GSM мрежа.
Ерата на 3G в телекомуникационната индустрия
През 1996 г. в Европа е основан форумът UMTS (Universal Mobile Communications System), който се фокусира върху координиране на изследванията в областта на европейските 3G стандарти. Европейският лагер, представен от Nokia, Ericsson и Alcatel, е наясно с предимствата на CDMA. Така те разработиха W-CDMA система с подобни принципи.
Нарича се W-CDMA (Wide-CDMA), защото честотната лента на неговия канал достига 5 MHz, което е по-широко от 1,25 MHz на CDMA2000.
Много хора не разбират връзката между UMTS и WCDMA. Всъщност UMTS е общият термин за 3G в Европа. WCDMA е реализация на UMTS и обикновено принадлежи към частта за безжичен интерфейс. TD-SCDMA, за който ще говорим по-късно, също принадлежи към UMTS.
За да може да се конкурира със Съединените щати, европейският ETSI също създаде съвместно 3GPP (XNUMXrd Generation Partnership Project) с Япония, Китай и др., за да си сътрудничат в разработването на глобални стандарти за XNUMXG мобилни комуникации.
За разлика от тях в северноамериканския лагер мненията са различни.
Жестока конкуренция с 3G
Компаниите, представлявани от Lucent и Nortel, поддържат WCDMA и 3GPP. Въпреки това компании като Qualcomm се обединиха с Южна Корея, за да създадат организацията 3GPP2, за да се конкурират с 3GPP. Стандартът, който те въведоха, е стандартът CDMA2000, който се основава на CDMA 1X (IS-95).
Въпреки че CDMA2000 е 3G стандарт, първоначалната пикова скорост не е висока, само 153 kbps. По-късно, с прехода към EVDO (EVolution Data Optimized), скоростта на трансфер на данни се подобри значително. Той осигури пикова скорост на изтегляне от 14,7 Mbps и максимална скорост на изтегляне от 5,4 Mbps.
През този период Китай също стартира своя собствена кандидатска програма, работеща в 3G стандарта (известен също като TD-SCDMA), за съвместно участие в международното състезание.
След ожесточена конкуренция и игри, Международният съюз по телекомуникации (ITU) най-накрая потвърди три глобални 3G стандарта, а именно: WCDMA в Европа, CDMA2000 в САЩ и TD-SCDMA в Китай.
По отношение на напредъка в комерсиализацията на 3G, японската NTT отново е водеща.
На 1 октомври 1998 г. NTT Docomo стартира първата в света търговска 3G (базирана на WCDMA) мрежа в Япония.
3.75G ера в телекомуникационната индустрия
Въз основа на UMTS, ETSI и 3GPP разработиха HSPA (високоскоростен пакетен достъп), HSPA +, двуканален HSPA + и HSPA + Evolution. Скоростта на тези мрежови технологии очевидно надвишава скоростта на традиционните 3G, популярно се нарича 3,75G.
Това е така, защото скоростта на HSPA+ е толкова висока, че дори бие ранните LTE и WiMAX. Следователно по това време някои оператори (например T-Mobile в САЩ) не започнаха веднага да изграждат LTE. Те обаче надстроиха текущата HSPA мрежа до HSPA+. След това Китай направи същото.
4G в телекомуникационната индустрия
През 1999 г. Комитетът по стандартите на IEEE създаде работна група за разработване на стандарти за безжични градски мрежи. През 2001 г. беше официално пусната първата версия на IEEE 802.16, която по-късно беше трансформирана в IEEE 802.16m. IEEE 802.16 по-късно е широко известен като WiMAX (Световна връзка за микровълнов достъп).
WiMAX въведе усъвършенствани технологии като MIMO (мулти-антена) и OFDM (ортогонално честотно мултиплексиране). Скоростта на изтегляне е много по-висока и това оказва голям натиск върху 3GPP.
И така, базирано на UMTS, 3GPP разширява внедряването на LTE (MIMO и OFDM), за да се конкурира с WiMAX. По-късно той продължи да се развива в LTE-Advanced (2009), като скоростта беше увеличена няколко пъти.
През 2008 г. Международният телекомуникационен съюз ITU издаде изискванията, на които трябва да отговаря стандартът 4G и го нарече IMT-Advanced. Само 3GPP LTE-Advanced, IEEE 802.16m и TD-LTE-Advanced, въведени от Министерството на промишлеността и информационните технологии на Китай, са наистина квалифицирани. С други думи, това са истински 4G стандарти.
На 14 декември 2009 г. в Стокхолм и Осло беше открита първата в света публична мрежа за LTE услуги. Мрежовото оборудване се доставя от Ericsson и Huawei, а терминалът се доставя от Samsung.
След ожесточена индустриална война LTE най-накрая спечели WiMAX и получи световна подкрепа и признание. WiMAX бързо загуби мощност и беше счупен в студа.
Ера 5G
Не е нужно да говорим за развитието на 5G, нали? Всеки от нас е свидетел на нова история. Всички бяхме свидетели как проектът за партньорство от трето поколение (3GPP) стартира 5G (IMT-2020), за да доминира в света.
Времето лети, времето лети. След почти век на развитие мобилните мрежи израснаха от нулата, от слаби до силни. Той задвижи колелото на историята и ускори социалната промяна.
Накъде ще отиде бъдещето на мобилните комуникации? Да почакаме и да видим!
