In den letzten 80 Jahren hat die Telekommunikationsbranche ein enormes Wachstum erlebt. Viele Smartphone-Enthusiasten wissen heute nicht wirklich, wie weit die Branche fortgeschritten ist. Aus diesem Grund haben wir diesen Artikel geschrieben, um einen Blick auf die Entwicklung der Telekommunikationsbranche nach dem Zweiten Weltkrieg zu werfen.
Während des Zweiten Weltkriegs erzielten die Walkie-Talkies der SCR-Serie von Motorola große Erfolge auf dem Schlachtfeld. Er zeigte der Welt die Macht der drahtlosen Kommunikation. Es weckte auch den Wunsch, sie auf dem zivilen Markt anzuwenden.
Die ersten Mobiltelefone
Nach dem Krieg schloss AT & T in den Vereinigten Staaten 1946 einen drahtlosen Empfänger an das öffentliche Telefonnetz (PSTN) an. Er führte auch offiziell MTS (Mobile Telephone Service) für die zivile Nutzung ein.
Wenn ein Benutzer in MTS einen Anruf tätigen möchte, muss er zunächst manuell einen freien WLAN-Kanal finden. Wenn es einen Kanal empfängt, spricht es mit dem Betreiber und fordert den anderen Teilnehmer auf, eine zweite Verbindung über das PSTN-Netzwerk herzustellen.
Der gesamte Anruf erfolgt im Halbduplexverfahren, d. h. es kann immer nur ein Anrufer gleichzeitig sprechen. Während eines Anrufs muss der Benutzer die Push-to-Talk-Taste am Telefon drücken. Nicht sehr praktisch, oder?
Auch die Abrechnungsmethode bei MTS ist sehr primitiv. Der Operator hört während des gesamten Prozesses dem Gespräch zwischen den beiden Parteien zu. Anschließend werden die Kosten nach Beendigung des Anrufs manuell berechnet und die Rechnung bestätigt. Dies war das erste kommerzielle mobile Kommunikationssystem in der Geschichte der Menschheit.
Sie würden wahrscheinlich sagen, dass Mobiltelefone in den 1970er Jahren erfunden wurden? Warum existierte es in den 1940er Jahren? Keine Panik, dieses „Handy“ ist kein echtes Handy. Eigentlich handelt es sich um ein mobiles Autotelefon. Genauer gesagt, ein Auto-Halbduplex-Walkie-Talkie.
Auto-Handy
Zu dieser Zeit war es unmöglich, ein Mobiltelefon mit elektronischer Technologie und Batterien zu erfinden. Allerdings gab es damals schon viele Autos.
Auch die „Basisstation“ war damals sehr groß, ähnlich einem Radio- und Fernsehturm. Sie war die Einzige in der Stadt und sie wurde mitten in der Stadt untergebracht. Der Turm legte mit extrem hoher Leistung einen Radius von 40 Kilometern zurück.
Im Dezember 1947 schlug der Bell Labs-Forscher Douglas H. Ring erstmals die Idee der „zellulären Kommunikation“ vor. Dies markiert den Beginn der Entwicklung der Telekommunikationsbranche. Er glaubt, dass es besser ist, die Signalübertragungsreichweite zu begrenzen und das Signal innerhalb eines begrenzten Bereichs (Zellen) zu steuern, anstatt die Signalübertragungsleistung blind zu erhöhen.
Somit können verschiedene Zellen dieselbe Frequenz nutzen, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen, wodurch die Bandbreite des Systems erhöht wird.
Obwohl die Idee der Mobilfunkkommunikation sehr gut ist, gab es damals viele Einschränkungen. Also hat Bell Labs es als bloße Idee zurückgestellt.
Europa und die USA entwickeln ein Autotelefon
In den 1950er Jahren begannen immer mehr Länder mit dem Aufbau von Autotelefonnetzen. Beispielsweise führte Westdeutschland 1952 das A-Netz ein. 1961 erfand der sowjetische Ingenieur Leonid Kuprijanowytsch auch das Mobiltelefon LK-1, das ebenfalls in ein Auto eingebaut wurde. Später wurde in der Sowjetunion das Autotelefonsystem „Altai“ eingeführt, das mehr als 30 Städte des Landes abdeckte.
Im Jahr 1969 führten die Vereinigten Staaten ein verbessertes MTS-Autotelefonsystem namens IMTS (Improved MTS) ein. IMTS unterstützt den Vollduplexmodus, die automatische Wahl und die automatische Kanalsuche und kann 11 Kanäle (später 12) bereitstellen. Dies ist ein qualitativer Sprung im Vergleich zu MTS.
Im Jahr 1971 startete Finnland das öffentliche Mobilfunknetz ARP (Auto Radio Puhelin – Puhelin bedeutet auf Finnisch Telefon). Dieses Gerät arbeitet im 150-MHz-Band, wird jedoch immer noch manuell umgeschaltet und wird hauptsächlich für Autotelefondienste verwendet.
Ob Altai, IMTS oder ARP, später wurde die mobile Kommunikationstechnologie „0G“ oder „Pre-1G“ (vor 1G) genannt. Schauen wir uns nun an, was die Telekommunikationsbranche im 1G-Zeitalter zu bieten hat.
Die Ära von 1G in der Telekommunikationsbranche
Die Entwicklung der Halbleitertechnologien eröffnete mehr Möglichkeiten für die Entwicklung der Telekommunikationsindustrie. Dies geschah erst in den 70er Jahren. Im Jahr 1973 veränderten die Motorola-Ingenieure Martin Cooper und John F. Mitchell schließlich die Geschichte für immer. Sie erfanden das weltweit erste echte Mobiltelefon (ein persönliches Taschenhandy).
Das Telefon erhielt den Namen DynaTAC (Dynamic Adaptive Total Area Coverage). Es ist 22 cm groß, wiegt 1,28 kg, kann 20 Minuten sprechen und ist mit einer riesigen Antenne ausgestattet.
Im Jahr 1974 genehmigte die US-amerikanische Federal Communications Commission (FCC) einen Teil des Funkfrequenzspektrums zur Verwendung zum Testen von Mobilfunknetzen. Allerdings verzögerte sich das Experiment bis 1977, bevor es offiziell begann. Damals beteiligten sich zwei Konkurrenten an dem Experiment – AT&T und Motorola.
Der US-Kongress „entzog“ AT & T 1964 die Möglichkeit der kommerziellen Nutzung der Satellitenkommunikation. In ihrer Verzweiflung gründeten sie bei Bell Labs eine Abteilung für mobile Kommunikation und suchten nach neuen Möglichkeiten.
Der 1G-Fortschritt ist langsam, aber stetig
Zwischen 1964 und 1974 entwickelten Bell Labs ein analoges System namens HCMTS (High-Volume Mobile Telephone System). Die Signal- und Sprachkanäle des Systems nutzen FM-Modulation mit einer Bandbreite von 30 kHz und einer Übertragungsrate von 10 kbit/s.
Da es zu diesem Zeitpunkt noch keine Organisation für drahtlose Mobilfunkstandards gab, etablierte AT&T einen eigenen Standard für HCMTS. Die Electronics Industry Association (EIA) nannte dieses System später Interim Standard 3 (IS-3).
1976 änderte HCMTS seinen Namen in AMPS (Advanced Mobile Phone Service). AT & T nutzte die AMPS-Technologie, um FCC-Tests in Chicago und Newark durchzuführen.
Schauen wir uns noch einmal Motorola an. Motorola entwickelte als Erster die RCC-Technologie (Radio Common Carrier) und verdiente viel Geld. Daher lehnten sie es entschieden ab, dass die FCC das Spektrum für die Mobilfunkkommunikation freigibt, um ihren RCC-Markt nicht zu beeinträchtigen. Gleichzeitig entwickelten sie jedoch verzweifelt Mobilfunktechnologien und bildeten technische Reserven. So wurde DynaTAC geboren.
Nachdem die FCC das Spektrum freigegeben hatte, führte Motorola in Washington DynaTAC-basierte Versuche durch. Während sie noch langsam experimentierten, hatten andere Länder bereits die Führung übernommen.
Das erste kommerzielle 1G-Netzwerk in Japan
1979 führte Nippon Telegraph and Telephone (NTT) im Großraum Tokio das weltweit erste kommerzielle automatisierte Mobilfunkkommunikationssystem ein. Dieses System wurde später als das weltweit erste kommerzielle 1G-Netzwerk anerkannt.
Zu diesem Zeitpunkt verfügte das System über 88 Basisstationen, die eine vollautomatische Vermittlung von Anrufen zwischen verschiedenen Mobilfunkknoten ohne manuelles Eingreifen ermöglichten. Das System nutzt FDMA-Technologie, die Kanalbandbreite beträgt 25 kHz, es liegt im 800-MHz-Frequenzband und die Gesamtzahl der Duplexkanäle beträgt 600.
1G in Europa
Zwei Jahre später, 1981, gründeten die nordeuropäischen Länder Norwegen und Schweden das erste 1G-Mobilfunknetz in Europa – NMT (Nordic Mobile Telephones). Dänemark und Finnland schlossen sich ihnen bald an. NMT wurde zum weltweit ersten Mobilfunknetz mit der Möglichkeit des internationalen Roamings.
Später wurde NMT von Saudi-Arabien, der UdSSR und einigen anderen baltischen und asiatischen Ländern eingeführt.
Motorola brachte das weltweit erste kommerzielle 1G-Mobiltelefon auf den Markt
Im September 1983 brachte Motorola das weltweit erste kommerzielle Mobiltelefon auf den Markt, das DynaTAC 8000X.
DynaCT 8000XDieses Gerät wiegt 1 kg und kann 30 Minuten lang ununterbrochen sprechen. Eine vollständige Aufladung dauert 10 Stunden, der Preis beträgt jedoch 3995 US-Dollar.
1G in Süd- und Nordamerika
1983 dachten die USA schließlich daran, ein eigenes kommerzielles 1G-Netz aufzubauen. Am 13. Oktober 1983 startete Americitech Mobile Communications das erste 1G-Netzwerk auf Basis der AMPS-Technologie in den Vereinigten Staaten.
In diesem Netzwerk können sowohl das Autotelefon als auch das DynaTAC 8000X genutzt werden. Die FCC hat AMPS eine Bandbreite von 40 MHz im 800-MHz-Frequenzband zugewiesen. Mit dieser Bandbreite unterstützt AMPS 666 Duplexkanäle und die Bandbreite eines Upstream- oder Downstream-Kanals beträgt 30 kHz. Später stellte die FCC zusätzliche 10 MHz Bandbreite zu. Somit beträgt die Gesamtzahl der Duplex-AMPS-Kanäle 832.
Im ersten Jahr der kommerziellen Nutzung verkaufte Americitech etwa 1 DynaTAC 200X-Mobiltelefone und erreichte damit 8000 Benutzer. Nach fünf Jahren betrug die Zahl der Nutzer 200 Millionen.
Die schnell wachsende Zahl der Nutzer übersteigt die Kapazität des AMPS-Netzwerks bei weitem. Um die Kapazität zu erhöhen, führte Motorola später eine Schmalbandversion der AMPS-Technologie ein, nämlich NAMPS. Es teilt den aktuellen 30-kHz-Sprachkanal in drei 10-kHz-Kanäle auf (die Gesamtzahl der Kanäle beträgt 2496), um Spektrum zu sparen und die Kapazität zu erhöhen.
Großbritannien tritt 1G bei
Neben NMT und AMPS ist TACS (Total Access Communication Systems) ein weiterer weit verbreiteter 1G-Standard, der erstmals in Großbritannien veröffentlicht wurde.
Im Februar 1983 kündigte die britische Regierung an, dass zwei Unternehmen, BT (British Telecom) und Racal Millicom (Vorgänger von Vodafone), TACS-Mobilkommunikationsnetze auf Basis der AMPS-Technologie aufbauen würden.
Am 1. Januar 1985 startete Vodafone offiziell den TACS-Dienst (von Ericsson gekaufte Geräte). Damals gab es nur 10 Basisstationen, die das gesamte Londoner Gebiet abdeckten.
Die einkanalige TACS-Bandbreite beträgt 25 kHz, der Uplink nutzt 890–905 MHz, der Downlink nutzt 935–950 MHz, insgesamt werden 600 Kanäle zur Übertragung von Sprach- und Steuersignalen genutzt.
Das TACS-System wurde hauptsächlich von Motorola entwickelt und ist eigentlich eine modifizierte Version des AMPS-Systems. Bis auf Frequenzband, Kanalabstand, Frequenzverschiebung und Signalübertragungsgeschwindigkeit sind sie völlig identisch.
Im Vergleich zu NMT in Nordeuropa unterscheiden sich die Betriebseigenschaften von TACS erheblich. NMT eignet sich für dünn besiedelte ländliche Gebiete nördlicher Länder (Skandinavien). Es verwendet eine Frequenz von 450 MHz (später geändert auf 800 MHz) und verfügt über eine größere Zellreichweite.
Der Vorteil von TACS liegt in der Bandbreite, nicht in der Abdeckungsentfernung. Das TACS-System verfügt über eine geringe Sendeleistung und eignet sich für Länder mit hoher Bevölkerungsdichte und großen städtischen Gebieten wie Großbritannien.
Als die Zahl der Nutzer zunahm, fügte TACS später mehrere Frequenzbänder (10 MHz) hinzu und wurde zu ETACS (Extended TACS). Japans NTT entwickelte JTACS auf Basis von TACS.
China beteiligt sich an der 1G-Entwicklung
Es ist erwähnenswert, dass die erste von China 1987 in Guangzhou gebaute Mobilfunkbasisstation TACS-Technologie nutzte und Motorola der Partner war.
Zur 1G-Technologie gehören neben AMPS, TACS und NMT auch C-Netz in Deutschland, Radiocom 2000 in Frankreich und RTMI in Italien. Diese erfolgreichen Technologien leiteten das Zeitalter der mobilen Kommunikation ein. Tatsächlich gab es zum Zeitpunkt seiner Verwendung in der Telekommunikationsbranche noch keinen Namen wie 1G. Erst nach dem Aufkommen der 2G-Technologie wurden sie zur Unterscheidung 1G genannt.
Die Ära von 2G in der Telekommunikationsbranche
1982 richtete die Europäische Kommission für Post und Telekommunikation die „Expertengruppe für Mobilkommunikation“ ein, die für die Untersuchung von Kommunikationsstandards zuständig sein wird.
Diese „mobile Expertengruppe“, die französische Abkürzung lautet GroupeSpécialMobile, später wurde die Bedeutung dieser Abkürzung in „Global System of Mobile Communication“ geändert. Dies ist, was wir heute alle als GSM kennen.
Der Zweck der Schaffung von GSM besteht darin, einen neuen gesamteuropäischen Standard zu etablieren und ein gesamteuropäisches Landmobilkommunikationssystem zu entwickeln. Sie stellen Anforderungen an eine effiziente Nutzung des Spektrums, kostengünstige Systeme, tragbare Endgeräte und globales Roaming.
In den folgenden Jahren konnte die Europäische Organisation für Telekommunikationsstandardisierung (ETSI) die Entwicklung der GSM-Spezifikationen 900 MHz und 1800 MHz (DCS) abschließen.
1991 startete das finnische Unternehmen Radiolinja (heute Teil von ELISA Oyj) das weltweit erste 2G-Netzwerk auf Basis des GSM-Standards.
Wie wir alle wissen, ersetzt 2G die analoge Technologie von 1G durch digitale Technologie. Dadurch werden die Qualität der Kommunikation und die Stabilität des Systems deutlich verbessert. Es macht es außerdem sicherer und zuverlässiger und senkt den Energieverbrauch der Geräte.
Neben GSM ist CDMA von Qualcomm ein weiterer weithin bekannter 2G-Standard. Genauer gesagt ist es IS-95 oder cdmaOne. IS-95 hat zwei Versionen: IS-95A und IS-95B. Ersteres unterstützt Spitzendatenraten von bis zu 14,4 Kbit/s und Letzteres bis zu 115 Kbit/s.
Neben IS-95 produzierten die Vereinigten Staaten auch IS-54 (Nordamerika, TDMA Digital Cellular) und IS-136 (1996). Eigentlich ist 2G nicht nur GSM und CDMA. Die Association of Cellular Manufacturers hat eine digitale Version von AMPS entwickelt, die auf der AMPS-Technologie basiert und den Namen D-AMPS (Digit-AMPS) trägt. Es handelt sich tatsächlich um einen 2G-Standard. Ein weiterer 2G-Standard ist PDC (Personal Digital Cellular) aus Japan.
Die Ära von 2.5G
Am Ende des 20. Jahrhunderts, als das Internet explosionsartig wuchs, bestand eine große Nachfrage nach mobilem Internetzugang. Damit wurde GPRS (General Packet Radio Service, General Packet Radio Service) gestartet.
Wir können GPRS als „Plug-in“ von GSM betrachten. Mithilfe von GPRS kann das Netzwerk eine Datenübertragungsgeschwindigkeit von bis zu 114 Kbit/s bereitstellen.
Der erste Satz über GPRS stammt aus dem Jahr 1993. Es dauerte jedoch noch weitere vier Jahre, bis 1997 die erste Phase des Abkommens zustande kam. Dies ist wahrscheinlich ein Wendepunkt in der Geschichte der Mobilfunkkommunikation und der Telekommunikationsbranche. Zu dieser Zeit wurden Datenübertragungsdienste zur Hauptrichtung der Mobilkommunikationsentwicklung.
Ära 2.75G
Nach der Einführung der GPRS-Technologie entwickelten Kommunikationsbetreiber auch schnellere Technologien. Bei dieser Technologie handelt es sich um eine verbesserte Datenrate für die GSM-Entwicklung (EDGE). Natürlich kennen wir alle EDGE oder haben irgendwann in unserem Leben davon gehört.
Das größte Merkmal von EDGE besteht darin, dass es die doppelte Datenübertragungsgeschwindigkeit von GPRS bieten kann, ohne dass die Hardware ausgetauscht werden muss. Das weltweit erste EDGE-Netzwerk wurde 2003 von AT&T in seinem eigenen GSM-Netzwerk implementiert.
Die Ära von 3G in der Telekommunikationsbranche
1996 wurde in Europa das UMTS-Forum (Universal Mobile Communications System) gegründet, dessen Schwerpunkt auf der Koordinierung der Forschung im Bereich europäischer 3G-Standards lag. Das europäische Lager, vertreten durch Nokia, Ericsson und Alcatel, ist sich der Vorteile von CDMA klar bewusst. Daher entwickelten sie ein W-CDMA-System mit ähnlichen Prinzipien.
Es wird W-CDMA (Wide-CDMA) genannt, weil seine Kanalbandbreite 5 MHz erreicht, was größer ist als die 1,25 MHz von CDMA2000.
Viele Menschen verstehen den Zusammenhang zwischen UMTS und WCDMA nicht. Tatsächlich ist UMTS der Oberbegriff für 3G in Europa. WCDMA ist eine Implementierung von UMTS und gehört normalerweise zum Teil der drahtlosen Schnittstelle. Zu UMTS gehört auch TD-SCDMA, über das wir später sprechen werden.
Um mit den Vereinigten Staaten konkurrieren zu können, hat das europäische ETSI außerdem gemeinsam mit Japan, China usw. 3GPP (XNUMXrd Generation Partnership Project) gegründet, um bei der Entwicklung globaler XNUMXG-Mobilkommunikationsstandards zusammenzuarbeiten.
Im nordamerikanischen Lager gehen die Meinungen dagegen auseinander.
Harter Wettbewerb mit 3G
Die von Lucent und Nortel vertretenen Unternehmen unterstützen WCDMA und 3GPP. Allerdings haben sich Unternehmen wie Qualcomm mit Südkorea zusammengetan, um die 3GPP2-Organisation zu gründen, um mit 3GPP zu konkurrieren. Der von ihnen eingeführte Standard ist der CDMA2000-Standard, der auf CDMA 1X (IS-95) basiert.
Obwohl CDMA2000 ein 3G-Standard ist, ist die anfängliche Spitzengeschwindigkeit nicht hoch und beträgt nur 153 kbps. Später, mit der Umstellung auf EVDO (EVolution Data Optimized), verbesserte sich die Datenübertragungsrate deutlich. Es lieferte eine maximale Download-Geschwindigkeit von 14,7 Mbit/s und eine maximale Upload-Geschwindigkeit von 5,4 Mbit/s.
In diesem Zeitraum startete China auch ein eigenes Kandidatenprogramm im 3G-Standard (auch bekannt als TD-SCDMA), um gemeinsam am internationalen Wettbewerb teilzunehmen.
Nach hartem Wettbewerb und Spielen hat die Internationale Fernmeldeunion (ITU) endlich drei globale 3G-Standards bestätigt, nämlich WCDMA in Europa, CDMA2000 in den USA und TD-SCDMA in China.
Was die Fortschritte bei der 3G-Kommerzialisierung angeht, ist Japans NTT erneut führend.
Am 1. Oktober 1998 startete NTT Docomo in Japan das weltweit erste kommerzielle 3G-Netzwerk (WCDMA-basiert).
3.75G-Ära in der Telekommunikationsbranche
Basierend auf UMTS haben ETSI und 3GPP HSPA (High-Speed Packet Access), HSPA+, Dual-Channel HSPA+ und HSPA+ Evolution entwickelt. Die Geschwindigkeit dieser Netzwerktechnologien übertrifft die Geschwindigkeit von herkömmlichem 3G deutlich, im Volksmund wird es 3,75G genannt.
Das liegt daran, dass die Geschwindigkeit von HSPA+ so hoch ist, dass sie sogar das frühe LTE und WiMAX übertrifft. Daher begannen einige Betreiber (z. B. T-Mobile in den USA) zu diesem Zeitpunkt nicht sofort mit dem Aufbau von LTE. Sie haben jedoch das aktuelle HSPA-Netzwerk auf HSPA+ aktualisiert. China tat dann dasselbe.
4G in der Telekommunikationsbranche
Im Jahr 1999 gründete das IEEE Standards Committee eine Arbeitsgruppe zur Entwicklung von Standards für drahtlose städtische Netzwerke. Im Jahr 2001 wurde die erste Version von IEEE 802.16 offiziell veröffentlicht, die später in IEEE 802.16m umgewandelt wurde. IEEE 802.16 wird später allgemein als WiMAX (Worldwide Connection for Microwave Access) bekannt.
WiMAX führte fortschrittliche Technologien wie MIMO (Mehrantenne) und OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ein. Die Download-Geschwindigkeit ist viel höher und das setzt 3GPP stark unter Druck.
Basierend auf UMTS erweitert 3GPP die Implementierung von LTE (MIMO und OFDM), um mit WiMAX zu konkurrieren. Später wurde es zu LTE-Advanced (2009) weiterentwickelt und die Geschwindigkeit mehrfach erhöht.
Im Jahr 2008 gab die Internationale Fernmeldeunion (ITU) die Anforderungen heraus, die der 4G-Standard erfüllen muss, und nannte ihn IMT-Advanced. Nur 3GPP LTE-Advanced, IEEE 802.16m und TD-LTE-Advanced, die vom chinesischen Ministerium für Industrie und Informationstechnologie eingeführt wurden, sind wirklich qualifiziert. Mit anderen Worten: Dies sind echte 4G-Standards.
Am 14. Dezember 2009 wurde in Stockholm und Oslo das weltweit erste öffentliche LTE-Dienstnetz eröffnet. Die Netzwerkausrüstung wird von Ericsson und Huawei geliefert, das Terminal von Samsung.
Nach einem erbitterten Industriekrieg gewann LTE schließlich WiMAX und erhielt weltweite Unterstützung und Anerkennung. WiMAX verlor schnell die Leistung und ging in der Kälte kaputt.
Ära 5G
Über die Entwicklung von 5G müssen wir doch nicht reden, oder? Jeder von uns ist Zeuge einer neuen Geschichte. Wir alle haben miterlebt, wie das Third Generation Partnership Project (3GPP) 5G (IMT-2020) einführte, um die Welt zu dominieren.
Die Zeit vergeht, die Zeit vergeht. Nach fast einem Jahrhundert der Entwicklung sind Mobilfunknetze von Grund auf gewachsen, von schwach zu stark. Er brachte das Rad der Geschichte in Bewegung und beschleunigte den gesellschaftlichen Wandel.
Wohin wird die Zukunft der mobilen Kommunikation gehen? Warten wir ab!
