Viimase 80 aasta jooksul on telekommunikatsioonitööstus tohutult kasvanud. Paljud tänapäeval nutitelefonide entusiastid ei tea tegelikult, kui kaugele see tööstus on jõudnud. Seetõttu kirjutasime selle artikli, et vaadelda telekommunikatsioonitööstuse arengut pärast Teist maailmasõda.
Teise maailmasõja ajal saavutasid Motorola SCR-seeria raadiosaatjad lahinguväljal suurt edu. Ta näitas maailmale traadita side võimsust. See tekitas inimestes soovi neid ka tsiviilturul rakendada.
Esimesed mobiiltelefonid
Pärast sõda, 1946. aastal, ühendas USA AT & T traadita vastuvõtja PSTN-i (Public Switched Telephone Network). Samuti käivitas ta ametlikult tsiviilkäibes MTS-i (Mobile Telephone Service).
Kui kasutaja soovib MTS-is helistada, peab ta esmalt käsitsi leidma tasuta traadita kanali. Kui ta saab kanali, räägib see operaatoriga, paludes teisel poolel luua teine ühendus PSTN-võrgu kaudu.
Kogu kõne kasutab pooldupleksrežiimi, mis tähendab, et korraga saab rääkida ainult üks helistaja. Kõne ajal peab kasutaja vajutama telefoni push-to-talk nuppu. Pole eriti mugav, eks?
Väga primitiivne on ka MTS-i tasumise või arveldamise meetod. Operaator kuulab kahe osapoole vahelist vestlust kogu protsessi vältel. Seejärel arvutab see pärast kõne lõppu maksumuse käsitsi ja kinnitab arve. See oli esimene kommertslik mobiilsidesüsteem inimkonna ajaloos.
Tõenäoliselt ütleksite, et mobiiltelefonid leiutati 1970. aastatel? Miks see 1940. aastatel eksisteeris? Ärge paanitsege, see "mobiiltelefon" pole päris mobiiltelefon. See on tegelikult mobiiltelefon. Täpsemalt auto pooldupleks raadiosaatja.
Auto mobiiltelefon
Tol ajal oli võimatu leiutada mobiiltelefoni elektroonilise tehnoloogia ja akude abil. Autosid oli aga juba sel ajal palju.
Ka "tugijaam" oli tol ajal väga suur, sarnanes mõneti raadio- ja teletorniga. Ta oli ainuke linnas ja neil oli ta linna keskel. Torn kattis ülisuure võimsusega 40 kilomeetri raadiuses.
1947. aasta detsembris pakkus Bell Labsi teadlane Douglas H. Ring esimest korda välja "rakulise side" idee. See tähistab telekommunikatsioonitööstuse arengu algust. Ta usub, et signaali edastusvõimsuse pimesi suurendamise asemel on parem piirata signaali edastusulatust ja juhtida signaali piiratud alal (rakkudes).
Seega saavad erinevad rakud kasutada sama sagedust ilma üksteist mõjutamata, suurendades süsteemi ribalaiust.
Kuigi mobiilse side idee on väga hea, oli sel ajal palju piiranguid. Nii et Bell Labs jättis selle lihtsalt oma ideeks.
Euroopa ja USA arendavad autotelefoni
1950. aastatel hakati üha enam riike ehitama autotelefonivõrke. Näiteks 1952. aastal tõi Lääne-Saksamaa turule A-Netzi. 1961. aastal leiutas Nõukogude insener Leonid Kuprijanovõtš ka mobiiltelefoni LK-1, mis paigaldati samuti autole. Hiljem võeti Nõukogude Liidus kasutusele autotelefonisüsteem "Altai", mis hõlmas enam kui 30 riigi linna.
1969. aastal tutvustas USA täiustatud MTS-autotelefonisüsteemi nimega IMTS (Improved MTS). IMTS toetab täisdupleksrežiimi, automaatset valimist ja automaatset kanaliotsingut ning suudab pakkuda 11 kanalit (hiljem 12). See on MTS-iga võrreldes kvalitatiivne hüpe.
1971. aastal käivitas Soome avaliku mobiilivõrgu ARP (Auto Radio Puhelin – Puhelin tähendab soome keeles telefoni). See seade töötab sagedusalas 150 MHz, kuid on siiski käsitsi lülitatav ja seda kasutatakse peamiselt autotelefonide teenindamiseks.
Olgu see Altai, IMTS või ARP, hiljem hakati seda nimetama "0G" või "Pre-1G" (enne 1G) mobiilsidetehnoloogiaks. Nüüd vaatame, mida telekommunikatsioonitööstusel on 1G ajastul pakkuda.
1G ajastu telekommunikatsioonitööstuses
Pooljuhttehnoloogiate areng andis rohkem võimalusi telekommunikatsioonitööstuse arenguks. See juhtus alles 70ndatel. 1973. aastal muutsid Motorola insenerid Martin Cooper ja John F. Mitchell lõpuks ajalugu igaveseks. Nad leiutasid maailma esimese tõeliselt mobiiltelefoni (tasku isiklik mobiiltelefon).
Telefon sai nimeks DynaTAC (Dynamic Adaptive Total Area Coverage). See on 22 cm pikk, kaalub 1,28 kg, suudab rääkida 20 minutit ja on varustatud tohutu antenniga.
1974. aastal kiitis USA föderaalne sidekomisjon (FCC) heaks osa raadiosagedusspektrist kasutamiseks mobiilsidevõrkude testimisel. Kuid katse lükkus 1977. aastani, enne kui see ametlikult algas. Sel ajal osalesid katses kaks rivaali - AT & T ja Motorola.
USA Kongress jättis 1964. aastal AT&T-lt ilma satelliitside ärilise kasutamise võimalusest. Meeleheitel lõid nad Bell Labsi mobiilside osakonna, otsides uusi võimalusi.
1G areng on aeglane, kuid stabiilne
Aastatel 1964–1974 töötas Bell Labs välja analoogsüsteemi nimega HCMTS (High-Volume Mobile Telephone System). Süsteemi signaali- ja kõnekanalid kasutavad FM-modulatsiooni ribalaiusega 30 kHz ja edastuskiirusega 10 kbit/s.
Kuna tol ajal puudus traadita mobiilsidestandardite organisatsioon, kehtestas AT&T oma HCMTS-i standardi. Electronics Industry Association (EIA) nimetas selle süsteemi hiljem vahestandardiks 3 (IS-3).
1976. aastal muutis HCMTS oma nime AMPS-ks (Advanced Mobile Phone Service). AT & T kasutas AMPS-tehnoloogiat FCC testide läbiviimiseks Chicagos ja Newarkis.
Vaatame uuesti Motorolat. Motorola töötas kõigepealt välja RCC (Radio Common Carrier) tehnoloogia ja teenis palju raha. Seetõttu olid nad tugevalt vastu sellele, et FCC andis spektri mobiilsidevõrkudele, et mitte mõjutada nende RCC turgu. Kuid samal ajal arendasid nad meeleheitlikult mobiilsidetehnoloogiaid ja tegid tehnilisi reserve. Nii sündis DynaTAC.
Pärast seda, kui FCC spektri vabastas, viis Motorola Washingtonis läbi DynaTAC-põhised katsetused. Sel ajal, kui nad veel aeglaselt katsetasid, olid teised riigid juba juhtpositsiooni võtnud.
Esimene kaubanduslik 1G võrk Jaapanis
1979. aastal käivitas Nippon Telegraph and Telephone (NTT) maailma esimese kaubandusliku automatiseeritud mobiilsidesüsteemi Tokyo suurlinnapiirkonnas. Seda süsteemi tunnistati hiljem maailma esimeseks kaubanduslikuks 1G-võrguks.
Sel ajal oli süsteemil 88 tugijaama, mis toetasid kõnede täisautomaatset ümberlülitamist erinevate mobiilsidesõlmede vahel ilma käsitsi sekkumiseta. Süsteem kasutab FDMA tehnoloogiat, kanali ribalaius on 25 kHz, see on 800 MHz sagedusalas ja duplekskanalite koguarv on 600.
1G Euroopas
Kaks aastat hiljem, 1981. aastal, lõid Põhja-Euroopa riigid Norra ja Rootsi esimese 1G mobiilsidevõrgu Euroopas – NMT (Nordic Mobile Telephones). Peagi liitusid nendega Taani ja Soome. NMT-st sai maailma esimene rahvusvahelise rändluse võimalusega mobiilsidevõrk.
Hiljem võtsid NMT kasutusele Saudi Araabia, NSVL ja mõned teised Balti ja Aasia riigid.
Motorola andis välja maailma esimese kaubandusliku 1G mobiiltelefoni
1983. aasta septembris andis Motorola välja maailma esimese kommertsmobiiltelefoni DynaTAC 8000X.
DynaCT 8000XSee seade kaalub 1 kg ja suudab pidevalt rääkida 30 minutit. Täislaadimine võtab aega 10 tundi, kuid hind on 3995 dollarit.
1G Lõuna- ja Põhja-Ameerikas
1983. aastal meenus USA-le lõpuks oma kaubandusliku 1G võrgu ehitamine. 13. oktoobril 1983 käivitas Americitech Mobile Communications Ameerika Ühendriikides esimese AMPS-tehnoloogial põhineva 1G võrgu.
Selles võrgus saab kasutada nii autotelefoni kui ka DynaTAC 8000X. FCC on eraldanud AMPS-ile 40 MHz ribalaiust 800 MHz sagedusalas. Selle ribalaiusega toetab AMPS 666 duplekskanalit ja ühe üles- või allavoolu kanali ribalaius on 30 kHz. Hiljem eraldas FCC täiendavalt 10 MHz ribalaiust. Seega on kahepoolsete AMPS-kanalite koguarv 832.
Esimesel kommertskasutuse aastal müüs Americitech umbes 1 DynaTAC 200X mobiiltelefoni, jõudes 8000 200 kasutajani. Viie aasta pärast tõusis kasutajate arv 000 miljonini.
Kiiresti kasvav kasutajate arv ületab kõvasti AMPS-võrgu võimsust. Hiljem tutvustas Motorola võimsuse suurendamiseks AMPS-tehnoloogia kitsaribaversiooni, nimelt NAMPS-i. See jagab praeguse 30 kHz kõnekanali kolmeks 10 kHz kanaliks (kanalite koguarv on 2496), et säästa spektrit ja suurendada võimsust.
Ühendkuningriik ühineb 1G-ga
Lisaks NMT-le ja AMPS-ile on veel üks laialdaselt kasutatav 1G standard TACS (Total Access Communication Systems), mis ilmus esmakordselt Ühendkuningriigis.
1983. aasta veebruaris teatas Briti valitsus, et kaks ettevõtet BT (British Telecom) ja Racal Millicom (Vodafone'i eelkäija) ehitavad AMPS-tehnoloogial põhinevad TACS-i mobiilsidevõrgud.
1. jaanuaril 1985 käivitas Vodafone ametlikult TACS-teenuse (Ericssonilt ostetud seadmed). Sel ajal oli ainult 10 tugijaama, mis hõlmasid kogu Londoni piirkonda.
Ühe kanaliga TACS-i ribalaius on 25 kHz, üleslüli kasutab 890-905 MHz, allalüli 935-950 MHz, kokku kasutatakse kõne- ja juhtsignaalide edastamiseks 600 kanalit.
TACS-süsteemi töötas välja peamiselt Motorola ja see on tegelikult AMPS-süsteemi muudetud versioon. Välja arvatud sagedusriba, kanalite vahe, sageduse nihe ja signaali edastamise kiirus, on need täiesti identsed.
Võrreldes Põhja-Euroopa NMT-ga on TACSi tööomadused oluliselt erinevad. NMT sobib põhjamaade (Skandinaavia) hajaasustusega maapiirkondadesse. See kasutab sagedust 450 MHz (hiljem muudeti 800 MHz-ks) ja sellel on suurem kärjevahemik.
TACS-i eeliseks on ribalaius, mitte levikaugus. TACS-süsteemil on väike saatja võimsus ja see sobib suure rahvastikutihedusega riikidesse ja suurtesse linnapiirkondadesse, nagu Ühendkuningriik.
Kasutajate arvu kasvades lisas TACS hiljem mitu sagedusriba (10 MHz) ja sai ETACS-iks (Extended TACS). Jaapani NTT töötas välja JTACSi TACS-i põhjal.
Hiina ühineb 1G arendusega
Väärib märkimist, et Hiina poolt 1987. aastal Guangzhous ehitatud esimene mobiilne tugijaam kasutas TACS-tehnoloogiat ja partneriks oli Motorola.
Lisaks AMPS-ile, TACS-ile ja NMT-le hõlmab 1G tehnoloogia ka C-Netzi Saksamaal, Radiocom 2000 Prantsusmaal ja RTMI-d Itaalias. Need edukad tehnoloogiad juhatasid sisse mobiilside ajastu. Tegelikult ei olnud telekommunikatsioonitööstuses selle kasutamise ajal sellist nime nagu 1G. Alles pärast 2G-tehnoloogia tulekut nimetati neid 1G-ks, et neid eristada.
2G ajastu telekommunikatsioonitööstuses
1982. aastal asutas Euroopa Posti- ja Telekommunikatsiooni Komisjon mobiilside ekspertide rühma, mis hakkab vastutama sidestandardite uurimise eest.
See "mobiilne ekspertrühm", prantsuskeelne lühend on GroupeSpécialMobile, hiljem muudeti selle lühendi tähenduseks "Global System of Mobile Communication". See on see, mida me kõik teame nüüd GSM-ina.
GSM-i loomise eesmärk on kehtestada uus üleeuroopaline standard ja arendada üle-euroopalist maapealse mobiilsidesüsteemi. Nad esitavad nõuded spektri tõhusaks kasutamiseks, odavad süsteemid, kaasaskantavad terminalid ja globaalne rändlus.
Järgnevatel aastatel suutis Euroopa Telekommunikatsiooni Standardiorganisatsioon (ETSI) viia lõpule GSM 900 MHz ja 1800 MHz (DCS) spetsifikatsioonide väljatöötamise.
1991. aastal käivitas Soome ettevõte Radiolinja (praegu ELISA Oyj osa) maailma esimese GSM standardil põhineva 2G võrgu.
Nagu me kõik teame, kasutab 2G 1G analoogtehnoloogia asendamiseks digitaaltehnoloogiat. See parandab oluliselt sidekvaliteeti ja süsteemi stabiilsust. See muudab selle ka turvalisemaks, töökindlamaks ja vähendab seadme energiatarbimist.
Lisaks GSM-ile on veel üks laialt tuntud 2G standard CDMA, mille käivitas Qualcomm. Täpsustuseks on see IS-95 või cdmaOne. IS-95-l on kaks versiooni: IS-95A ja IS-95B. Esimene suudab toetada maksimaalset andmeedastuskiirust kuni 14,4 kbps ja teine kuni 115 kbps.
Lisaks IS-95-le toodeti USA-s ka IS-54 (Põhja-Ameerika, TDMA digitaalne mobiilside) ja IS-136 (1996). Tegelikult pole 2G ainult GSM ja CDMA. Mobiilsidetootjate ühendus on välja töötanud AMPS-i tehnoloogial põhineva digitaalse versiooni nimega D-AMPS (Digit-AMPS). See on tegelikult 2G standard. Teine 2G standard on Jaapanist pärit PDC (Personal Digital Cellular).
2.5G ajastu
20. sajandi lõpus, kui toimus Interneti plahvatuslik kasv, tekkis inimestel suur nõudlus mobiilse Interneti järele. Nii sai alguse GPRS (General Packet Radio Service, General Packet Radio Service).
GPRS-i võime pidada GSM-i "pluginaks". GPRS-i abil suudab võrk anda andmeedastuskiiruseks kuni 114 Kbps.
Esimene lause GPRS-i kohta tehti 1993. aastal. Lepingu esimese etapi toimumiseks 1997. aastal kulus aga veel neli aastat. See on ilmselt pöördepunkt nii mobiilside kui ka telekommunikatsioonitööstuse ajaloos. Sel ajal said mobiilside arendamise peamiseks suunaks andmeedastusteenused.
Ajastu 2.75G
Pärast GPRS-tehnoloogia käivitamist arendasid sideoperaatorid ka kiiremat tehnoloogiat. See tehnoloogia on täiustatud andmeedastuskiirus GSM (EDGE) arendamiseks. Muidugi teame me kõik või oleme kunagi oma elus EDGE-st kuulnud.
EDGE suurim omadus on see, et see suudab pakkuda kaks korda suuremat andmeedastuskiirust võrreldes GPRS-iga ilma riistvara muutmata. AT&T võttis 2003. aastal kasutusele maailma esimese EDGE-võrgu oma GSM-võrgus.
3G ajastu telekommunikatsioonitööstuses
1996. aastal asutati Euroopas UMTS (Universal Mobile Communications System) foorum, mis keskendus Euroopa 3G standardite valdkonna uuringute koordineerimisele. Euroopa leer, mida esindavad Nokia, Ericsson ja Alcatel, on selgelt teadlikud CDMA eelistest. Seega töötasid nad välja sarnaste põhimõtetega W-CDMA süsteemi.
Seda nimetatakse W-CDMA-ks (Wide-CDMA), kuna selle kanali ribalaius ulatub 5 MHz-ni, mis on laiem kui CDMA1,25 2000 MHz.
Paljud inimesed ei mõista UMTS-i ja WCDMA suhet. Tegelikult on UMTS Euroopas 3G üldnimetus. WCDMA on UMTS-i rakendus ja kuulub tavaliselt traadita liidese osasse. UMTS-ile kuulub ka TD-SCDMA, millest räägime hiljem.
Et USA-ga konkureerida, asutas Euroopa ETSI ka ühiselt Jaapani, Hiina jt 3GPP (XNUMXrd Generation Partnership Project), et teha koostööd ülemaailmsete XNUMXG mobiilsidestandardite väljatöötamisel.
Seevastu Põhja-Ameerika leeris on arvamused erinevad.
Tugev konkurents 3G-ga
Lucenti ja Norteli esindatud ettevõtted toetavad WCDMA-d ja 3GPP-d. Sellised ettevõtted nagu Qualcomm tegid aga koostööd Lõuna-Koreaga, et moodustada 3GPP2 organisatsioon, et konkureerida 3GPP-ga. Nende kasutusele võetud standard on CDMA2000 standard, mis on välja töötatud CDMA 1X (IS-95) baasil.
Kuigi CDMA2000 on 3G standard, pole esialgne tippkiirus suur, vaid 153 kbps. Hiljem, üleminekuga EVDO-le (EVolution Data Optimized), paranes andmeedastuskiirus oluliselt. See andis allalaadimise tippkiiruseks 14,7 Mbps ja maksimaalseks üleslaadimiskiiruseks 5,4 Mbps.
Sel perioodil käivitas Hiina ka oma kandidaatprogrammi, mis töötab 3G standardis (tuntud ka kui TD-SCDMA), et ühiselt osaleda rahvusvahelisel konkursil.
Pärast ägedat konkurentsi ja mänge kinnitas Rahvusvaheline Telekommunikatsiooni Liit (ITU) lõpuks kolm ülemaailmset 3G standardit, nimelt WCDMA Euroopas, CDMA2000 USA-s ja TD-SCDMA Hiinas.
3G turustamise edusammude osas on Jaapani NTT taas juhtpositsioonil.
1. oktoobril 1998 käivitas NTT Docomo Jaapanis maailma esimese kaubandusliku 3G (WCDMA-põhise) võrgu.
3.75G ajastu telekommunikatsioonitööstuses
ETSI ja 3GPP on UMTS-i põhjal välja töötanud HSPA (kiire pakettjuurdepääs), HSPA +, kahe kanaliga HSPA + ja HSPA + Evolution. Nende võrgutehnoloogiate kiirus ületab selgelt traditsioonilise 3G kiiruse, rahvasuus kutsutakse seda 3,75G-ks.
Selle põhjuseks on asjaolu, et HSPA+ kiirus on nii kiire, et ületab isegi varajase LTE ja WiMAXi. Seetõttu ei hakanud mõned operaatorid (näiteks USA T-Mobile) toona kohe LTE-d ehitama. Kuid nad uuendasid praeguse HSPA võrgu HSPA+-ks. Hiina tegi siis sama.
4G telekommunikatsioonitööstuses
1999. aastal asutas IEEE standardite komitee töörühma traadita linnavõrkude standardite väljatöötamiseks. 2001. aastal anti ametlikult välja IEEE 802.16 esimene versioon, mis hiljem muudeti IEEE 802.16m-ks. IEEE 802.16 on hiljem üldtuntud kui WiMAX (Worldwide Connection for Microwave Access).
WiMAX tutvustas täiustatud tehnoloogiaid, nagu MIMO (mitmeantenn) ja OFDM (ortogonaalne sagedusjaotusega multipleksimine). Allalaadimiskiirus on palju suurem ja see avaldab 3GPP-le palju survet.
Seega laiendab 3GPP UMTS-i põhjal LTE (MIMO ja OFDM) juurutamist, et konkureerida WiMAXiga. Hiljem arenes see edasi LTE-Advanced'iks (2009) ja kiirust suurendati mitu korda.
2008. aastal andis Rahvusvaheline Telekommunikatsiooni Liit ITU välja nõuded, millele 4G standard peab vastama, ja nimetas selle IMT-Advanced. Ainult Hiina tööstus- ja infotehnoloogiaministeeriumi poolt kasutusele võetud 3GPP LTE-Advanced, IEEE 802.16m ja TD-LTE-Advanced on tõeliselt kvalifitseeritud. Teisisõnu, need on tõelised 4G standardid.
14. detsembril 2009 avati Stockholmis ja Oslos maailma esimene avalik LTE-teenuste võrk. Võrguseadmeid tarnivad Ericsson ja Huawei ning terminali Samsung.
Pärast ägedat tööstussõda võitis LTE lõpuks WiMAXi ning sai ülemaailmse toetuse ja tunnustuse. WiMAX kaotas kiiresti voolu ja läks külma käes katki.
Ajastu 5G
Me ei pea rääkima 5G arengust, eks? Igaüks meist on uue ajaloo tunnistaja. Me kõik olime tunnistajaks, kuidas kolmanda põlvkonna partnerlusprojekt (3GPP) käivitas 5G (IMT-2020), et domineerida maailmas.
Aeg lendab, aeg lendab. Pärast peaaegu sajandi pikkust arengut on mobiilivõrgud kasvanud nullist, nõrgast tugevaks. Ta pani käima ajalooratta ja kiirendas sotsiaalseid muutusi.
Kuhu liigub mobiilside tulevik? Ootame ja vaatame!
