Za posledních 80 let zaznamenal telekomunikační průmysl obrovský růst. Mnoho dnešních nadšenců pro chytré telefony vlastně ani neví, kam až toto odvětví dospělo. Proto jsme napsali tento článek, abychom se podívali na vývoj telekomunikačního průmyslu po druhé světové válce.
Během druhé světové války dosáhly vysílačky Motorola řady SCR na bojišti velkého úspěchu. Ukázal světu sílu bezdrátové komunikace. To také vyvolalo touhu lidí je aplikovat na civilním trhu.
První mobilní telefony
Po válce, v roce 1946, AT & T ve Spojených státech připojil bezdrátový přijímač k veřejné komutované telefonní síti (PSTN). Oficiálně také spustil MTS (Mobile Telephone Service) pro civilní použití.
V MTS, pokud chce uživatel volat, musí nejprve ručně najít volný bezdrátový kanál. Pokud přijme kanál, promluví si s operátorem a požádá druhou stranu, aby navázala druhé spojení přes síť PSTN.
Celý hovor využívá poloviční duplex, což znamená, že v jednu chvíli může hovořit pouze jeden volající. Během hovoru musí uživatel stisknout tlačítko push-to-talk na telefonu. Není to moc pohodlné, že?
Velmi primitivní je i způsob účtování či účtování v MTS. Operátor bude během celého procesu naslouchat rozhovoru mezi oběma stranami. Po skončení hovoru pak ručně vypočítá cenu a potvrdí vyúčtování. Jednalo se o první komerční mobilní komunikační systém v historii lidstva.
Asi byste řekli, že mobilní telefony byly vynalezeny v 1970. letech? Proč existoval ve 1940. letech? Nepropadejte panice, ten „mobil“ není skutečný mobil. Je to vlastně mobilní telefon do auta. Přesněji řečeno auto poloduplexní vysílačka.
Mobilní telefon do auta
V té době bylo nemožné vymyslet mobilní telefon s využitím elektronické technologie a baterií. V té době však již bylo mnoho aut.
V té době byla „základnová stanice“ také velmi velká, trochu podobná rozhlasové a televizní věži. Byla jediná ve městě a měli ji v centru města. Věž pokryla poloměr 40 kilometrů s extrémně vysokým výkonem.
V prosinci 1947 výzkumník Bell Labs Douglas H. Ring poprvé navrhl myšlenku „celulární komunikace“. To znamená začátek rozvoje telekomunikačního průmyslu. Domnívá se, že místo slepého zvyšování výkonu přenosu signálu je lepší omezit dosah přenosu signálu a ovládat signál v omezené oblasti (buňkách).
Různé buňky tak mohou používat stejnou frekvenci, aniž by se navzájem ovlivňovaly, čímž se zvyšuje šířka pásma systému.
Přestože myšlenka mobilní komunikace je velmi dobrá, v té době existovalo mnoho omezení. Bell Labs to tedy odložilo jen jako svůj nápad.
Evropa a USA vyvíjejí autotelefon
V 1950. letech 1952. století začalo více a více zemí budovat automobilové telefonní sítě. Například v roce 1961 západní Německo spustilo A-Netz. V roce 1 vynalezl sovětský inženýr Leonid Kupriyanovych také mobilní telefon LK-30, který byl také instalován na automobil. Později byl v Sovětském svazu implementován automobilový telefonní systém „Altaj“, který pokrýval více než XNUMX měst země.
V roce 1969 Spojené státy představily vylepšený automobilový telefonní systém MTS nazvaný IMTS (Improved MTS). IMTS podporuje plně duplexní režim, automatické vytáčení a automatické vyhledávání kanálů a může poskytovat 11 kanálů (později 12). Ve srovnání s MTS jde o kvalitativní skok.
V roce 1971 Finsko spustilo veřejnou mobilní síť ARP (Auto Radio Puhelin – Puhelin znamená ve finštině telefon). Tato jednotka pracuje v pásmu 150 MHz, ale stále se přepíná ručně a používá se především pro službu autotelefonu.
Ať už šlo o Altai, IMTS nebo ARP, později byla nazývána mobilní komunikační technologií „0G“ nebo „Pre-1G“ (před 1G). Nyní se podívejme, co může telekomunikační průmysl nabídnout v éře 1G.
Éra 1G v telekomunikačním průmyslu
Rozvoj polovodičových technologií poskytl více příležitostí pro rozvoj telekomunikačního průmyslu. Stalo se tak až v 70. letech. V roce 1973 inženýři Motoroly Martin Cooper a John F. Mitchell konečně navždy změnili historii. Vynalezli první skutečně mobilní telefon na světě (kapesní osobní mobilní telefon).
Telefon dostal název DynaTAC (Dynamic Adaptive Total Area Coverage). Je vysoký 22 cm, váží 1,28 kg, dokáže mluvit 20 minut a je vybaven obrovskou anténou.
V roce 1974 schválila americká Federální komise pro komunikace (FCC) část spektra rádiových frekvencí pro použití při testování celulárních sítí. Experiment byl však odložen až do roku 1977, než oficiálně začal. Experimentu se tehdy účastnili dva rivalové – AT & T a Motorola.
Americký kongres v roce 1964 „zbavil“ AT&T možnosti komerčního využití satelitní komunikace. V zoufalství vytvořili v Bell Labs divizi mobilních komunikací a hledali nové příležitosti.
Postup 1G je pomalý, ale stabilní
Mezi lety 1964 a 1974 vyvinuly Bell Labs analogový systém nazvaný HCMTS (High-Volume Mobile Telephone System). Signálové a hlasové kanály systému využívají FM modulaci se šířkou pásma 30 kHz a přenosovou rychlostí 10 kbit/s.
Vzhledem k tomu, že v té době neexistovala žádná organizace pro bezdrátové mobilní standardy, AT&T vytvořila svůj vlastní standard pro HCMTS. Asociace elektronického průmyslu (EIA) později tento systém pojmenovala Interim Standard 3 (IS-3).
V roce 1976 HCMTS změnila svůj název na AMPS (Advanced Mobile Phone Service). Společnost AT & T použila technologii AMPS k provádění testů FCC v Chicagu a Newarku.
Podívejme se znovu na Motorolu. Motorola nejprve vyvinula technologii RCC (Radio Common Carrier) a vydělala spoustu peněz. Proto důrazně protestovali proti tomu, aby FCC poskytla spektrum celulární komunikaci, aby neovlivnila jejich trh RCC. Zároveň však zoufale vyvíjeli mobilní komunikační technologie a dělali technické rezervy. Tak se zrodil DynaTAC.
Poté, co FCC zveřejnilo spektrum, Motorola provedla ve Washingtonu testy založené na DynaTAC. Zatímco oni ještě pomalu experimentovali, ostatní země se již ujaly vedení.
První komerční síť 1G v Japonsku
V roce 1979 společnost Nippon Telegraph and Telephone (NTT) spustila první komerční automatizovaný celulární komunikační systém na světě v metropolitní oblasti Tokia. Tento systém byl později uznán jako první komerční síť 1G na světě.
V té době měl systém 88 základnových stanic podporujících plně automatické přepojování hovorů mezi různými celulárními uzly bez ručního zásahu. Systém využívá technologii FDMA, šířka pásma kanálu je 25 kHz, je ve frekvenčním pásmu 800 MHz a celkový počet duplexních kanálů je 600.
1G v Evropě
O dva roky později, v roce 1981, vytvořily země severní Evropy, Norsko a Švédsko, první mobilní komunikační síť 1G v Evropě – NMT (Nordic Mobile Telephones). Brzy se k nim přidalo Dánsko a Finsko. NMT se stala první mobilní komunikační sítí na světě s možností mezinárodního roamingu.
Později NMT zavedla Saúdská Arábie, SSSR a některé další pobaltské a asijské země.
Společnost Motorola uvedla na trh první komerční mobilní telefon 1G na světě
V září 1983 uvedla Motorola na trh první komerční mobilní telefon na světě, DynaTAC 8000X.
DynaCT 8000XToto zařízení váží 1 kg a dokáže nepřetržitě mluvit po dobu 30 minut. Plné nabití trvá 10 hodin, ale cena je 3995 XNUMX $.
1G v Jižní a Severní Americe
V roce 1983 si Spojené státy konečně vzpomněly na vybudování vlastní komerční sítě 1G. 13. října 1983 spustila společnost Americitech Mobile Communications první síť 1G v USA založenou na technologii AMPS.
V této síti lze používat autotelefon i DynaTAC 8000X. FCC přidělil AMPS šířku pásma 40 MHz ve frekvenčním pásmu 800 MHz. S touto šířkou pásma podporuje AMPS 666 duplexních kanálů a šířka pásma jednoho upstream nebo downstream kanálu je 30 kHz. Později FCC přidělil dalších 10 MHz šířky pásma. Celkový počet duplexních kanálů AMPS se tak stane 832.
V prvním roce komerčního používání prodal Americitech asi 1 200 mobilních telefonů DynaTAC 8000X a oslovil 200 000 uživatelů. Po pěti letech se počet uživatelů zvýšil na 2 miliony.
Rychle rostoucí počet uživatelů daleko převyšuje kapacitu sítě AMPS. Později za účelem zvýšení kapacity představila Motorola úzkopásmovou verzi technologie AMPS, konkrétně NAMPS. Rozděluje aktuální 30kHz hlasový kanál na tři 10kHz kanály (celkový počet kanálů je 2496), aby se ušetřilo spektrum a zvýšila kapacita.
Velká Británie se připojuje k 1G
Kromě NMT a AMPS je dalším široce používaným standardem 1G TACS (Total Access Communication Systems), který byl poprvé vydán ve Velké Británii.
V únoru 1983 britská vláda oznámila, že dvě společnosti, BT (British Telecom) a Racal Millicom (předchůdce Vodafonu), vybudují mobilní komunikační sítě TACS založené na technologii AMPS.
1. ledna 1985 Vodafone oficiálně spustil službu TACS (zařízení zakoupené od Ericssonu). V té době existovalo pouze 10 základnových stanic pokrývajících celou oblast Londýna.
Šířka pásma jednokanálového TACS je 25 kHz, uplink využívá 890-905 MHz, downlink využívá 935-950 MHz, celkem 600 kanálů slouží k přenosu hlasu a řídicích signálů.
Systém TACS byl primárně vyvinut společností Motorola a je vlastně upravenou verzí systému AMPS. Kromě frekvenčního pásma, kanálové rozteče, frekvenčního posunu a rychlosti přenosu signálu jsou zcela totožné.
Ve srovnání s NMT v severní Evropě jsou provozní vlastnosti TACS výrazně odlišné. NMT je vhodný pro řídce osídlené venkovské oblasti severních zemí (Skandinávie). Používá frekvenci 450 MHz (později změněnou na 800 MHz) a má větší dosah buněk.
Výhodou TACS je šířka pásma, nikoli vzdálenost pokrytí. Systém TACS má nízký výkon vysílače a je vhodný pro země s vysokou hustotou obyvatelstva a velké městské oblasti, jako je Spojené království.
Jak se počet uživatelů zvyšoval, TACS později přidal několik frekvenčních pásem (10 MHz) a stal se ETACS (Extended TACS). Japonská NTT vyvinula JTACS na základě TACS.
Čína se připojuje k rozvoji 1G
Stojí za zmínku, že první mobilní základnová stanice postavená Čínou v Guangzhou v roce 1987 používala technologii TACS a Motorola byla partnerem.
Technologie 1G zahrnuje kromě AMPS, TACS a NMT také C-Netz v Německu, Radiocom 2000 ve Francii a RTMI v Itálii. Tyto úspěšné technologie zahájily éru mobilní komunikace. Ve skutečnosti v telekomunikačním průmyslu v době, kdy se používal, neexistovalo žádné takové jméno jako 1G. Teprve po nástupu technologie 2G se jim začalo říkat 1G, aby je odlišili.
Éra 2G v telekomunikačním průmyslu
V roce 1982 založila Evropská komise pro pošty a telekomunikace „Skupinu expertů na mobilní komunikaci“, která bude zodpovědná za studium komunikačních standardů.
Tato „mobilní expertní skupina“, francouzská zkratka je GroupeSpécialMobile, později byl význam této zkratky změněn na „Globální systém mobilní komunikace“. To je to, co nyní všichni známe jako GSM.
Účelem vytvoření GSM je vytvořit nový celoevropský standard a vyvinout celoevropský pozemní mobilní komunikační systém. Předkládají požadavky na efektivní využívání spektra, nízkonákladové systémy, přenosné terminály a globální roaming.
V následujících letech byla Evropská organizace pro normalizaci v telekomunikacích (ETSI) schopna dokončit vývoj specifikací GSM 900 MHz a 1800 MHz (DCS).
V roce 1991 spustila finská společnost Radiolinja (nyní součást ELISA Oyj) první 2G síť na světě založenou na standardu GSM.
Jak všichni víme, 2G používá digitální technologii k nahrazení analogové technologie 1G. To výrazně zlepšuje kvalitu komunikace a stabilitu systému. Díky tomu je také bezpečnější, spolehlivější a snižuje spotřebu energie zařízení.
Kromě GSM je dalším široce známým standardem 2G CDMA spuštěný společností Qualcomm. Abych byl přesný, je to IS-95 nebo cdmaOne. IS-95 má dvě verze: IS-95A a IS-95B. První může podporovat špičkové datové rychlosti až 14,4 kbps a druhý až 115 kbps.
Kromě IS-95 vyráběly Spojené státy také IS-54 (Severní Amerika, digitální mobilní telefon TDMA) a IS-136 (1996). 2G ve skutečnosti není jen GSM a CDMA. Asociace výrobců mobilních telefonů vyvinula digitální verzi AMPS založenou na technologii AMPS nazvanou D-AMPS (Digit-AMPS). Je to vlastně standard 2G. Dalším standardem 2G je PDC (Personal Digital Cellular) z Japonska.
Éra 2.5G
Na konci 20. století, kdy došlo k explozivnímu rozmachu internetu, lidé velmi žádali mobilní přístup k internetu. Spustila se tedy GPRS (General Packet Radio Service, General Packet Radio Service).
GPRS můžeme považovat za „plug-in“ GSM. S pomocí GPRS může síť poskytovat rychlost přenosu dat až 114 Kbps.
První věta o GPRS byla vyslovena v roce 1993. Další čtyři roky však trvalo, než se v roce 1997 uskutečnila první fáze dohody. Toto je pravděpodobně zlomový bod v historii celulární komunikace, stejně jako v telekomunikačním průmyslu. V té době se služby přenosu dat staly hlavním směrem rozvoje mobilní komunikace.
Éra 2.75G
Po uvedení technologie GPRS vyvinuli komunikační operátoři také rychlejší technologii. Tato technologie představuje zvýšenou rychlost přenosu dat pro vývoj GSM (EDGE). Samozřejmě, že o EDGE všichni v určité fázi svého života víme nebo jsme o něm slyšeli.
Největším rysem EDGE je, že dokáže poskytnout dvojnásobnou rychlost přenosu dat než GPRS bez nutnosti výměny hardwaru. První síť EDGE na světě nasadila společnost AT&T v roce 2003 ve své vlastní síti GSM.
Éra 3G v telekomunikačním průmyslu
V roce 1996 bylo v Evropě založeno fórum UMTS (Universal Mobile Communications System), které se zaměřilo na koordinaci výzkumu v oblasti evropských standardů 3G. Evropský tábor reprezentovaný Nokií, Ericssonem a Alcatelem si je jasně vědom výhod CDMA. Vyvinuli tedy systém W-CDMA s podobnými principy.
Nazývá se W-CDMA (Wide-CDMA), protože jeho kanálová šířka pásma dosahuje 5 MHz, což je širší než 1,25 MHz CDMA2000.
Mnoho lidí nechápe vztah mezi UMTS a WCDMA. UMTS je ve skutečnosti obecný termín pro 3G v Evropě. WCDMA je implementace UMTS a obvykle patří do části bezdrátového rozhraní. Do UMTS patří i TD-SCDMA, o kterém si povíme později.
Aby bylo možné konkurovat Spojeným státům, evropské ETSI také společně založilo 3GPP (XNUMXrd Generation Partnership Project) s Japonskem, Čínou atd. za účelem spolupráce na vývoji globálních standardů mobilní komunikace XNUMXG.
Naproti tomu v severoamerickém táboře se názory liší.
Tvrdá konkurence s 3G
Společnosti zastoupené Lucentem a Nortelem podporují WCDMA a 3GPP. Společnosti jako Qualcomm se však spojily s Jižní Koreou a vytvořily organizaci 3GPP2, která bude soutěžit s 3GPP. Standard, který zavedli, je standard CDMA2000, který je založen na CDMA 1X (IS-95).
Přestože je CDMA2000 standardem 3G, počáteční špičková rychlost není vysoká, pouze 153 kbps. Později, s přechodem na EVDO (EVolution Data Optimized), se rychlost přenosu dat výrazně zlepšila. Poskytoval maximální rychlost stahování 14,7 Mbps a maximální rychlost odesílání 5,4 Mbps.
Během tohoto období Čína také spustila svůj vlastní kandidátský program fungující ve standardu 3G (také známý jako TD-SCDMA), aby se společně zúčastnili mezinárodní soutěže.
Po tvrdé konkurenci a hrách Mezinárodní telekomunikační unie (ITU) konečně potvrdila tři globální standardy 3G, konkrétně: WCDMA v Evropě, CDMA2000 v USA a TD-SCDMA v Číně.
Pokud jde o pokrok v komercializaci 3G, japonská NTT opět vede.
1. října 1998 NTT Docomo spustilo v Japonsku první komerční síť 3G (založená na WCDMA) na světě.
3.75G éra v telekomunikačním průmyslu
Na základě UMTS vyvinuly ETSI a 3GPP HSPA (vysokorychlostní paketový přístup), HSPA+, dvoukanálový HSPA+ a HSPA+ Evolution. Rychlost těchto síťových technologií jednoznačně převyšuje rychlost tradičního 3G, lidově se mu říká 3,75G.
Je to proto, že rychlost HSPA+ je tak vysoká, že dokonce překonává dřívější LTE a WiMAX. Někteří operátoři (například T-Mobile v USA) proto v té době nezačali LTE rovnou budovat. Současnou síť HSPA však upgradovali na HSPA+. Čína pak udělala totéž.
4G v telekomunikačním průmyslu
V roce 1999 vytvořil IEEE Standards Committee pracovní skupinu pro vývoj standardů pro bezdrátové městské sítě. V roce 2001 byla oficiálně vydána první verze IEEE 802.16, která byla později transformována na IEEE 802.16m. IEEE 802.16 je později běžně známý jako WiMAX (Worldwide Connection for Microwave Access).
WiMAX představil pokročilé technologie, jako je MIMO (multianténa) a OFDM (orthogonální multiplexování s frekvenčním dělením). Rychlost stahování je mnohem vyšší a to vytváří velký tlak na 3GPP.
Na základě UMTS tedy 3GPP rozšiřuje implementaci LTE (MIMO a OFDM), aby konkurovalo WiMAX. Později pokračoval vývoj do LTE-Advanced (2009) a rychlost byla několikrát zvýšena.
V roce 2008 vydala Mezinárodní telekomunikační unie ITU požadavky, které musí standard 4G splňovat, a nazvala jej IMT-Advanced. Pouze 3GPP LTE-Advanced, IEEE 802.16m a TD-LTE-Advanced zavedené ministerstvem průmyslu a informačních technologií Číny jsou skutečně kvalifikované. Jinými slovy, toto jsou skutečné standardy 4G.
14. prosince 2009 byla ve Stockholmu a Oslu otevřena první veřejná síť služeb LTE na světě. Síťové vybavení dodává Ericsson a Huawei, terminál dodává Samsung.
Po divoké průmyslové válce LTE konečně vyhrálo WiMAX a dostalo se mu celosvětové podpory a uznání. WiMAX rychle ztratil energii a v mrazu se rozbil.
Éra 5G
O vývoji 5G se nemusíme bavit, že? Každý z nás je svědkem nové historie. Všichni jsme byli svědky toho, jak projekt partnerství třetí generace (3GPP) spustil 5G (IMT-2020), aby ovládl svět.
Čas letí, čas letí. Po téměř století vývoje se mobilní sítě rozrostly od nuly, ze slabých na silné. Uvedl kolo dějin do pohybu a urychlil společenské změny.
Kam bude směřovat budoucnost mobilní komunikace? Počkejme a uvidíme!
