Negli ultimi 80 anni, il settore delle telecomunicazioni ha registrato una crescita enorme. Molti appassionati di smartphone oggi non sanno davvero fino a che punto sia arrivato il settore. Ecco perché abbiamo scritto questo articolo per esaminare lo sviluppo del settore delle telecomunicazioni dopo la seconda guerra mondiale.
Durante la seconda guerra mondiale, i walkie-talkie della serie SCR di Motorola ottennero un grande successo sul campo di battaglia. Ha mostrato al mondo il potere della comunicazione wireless. Ha anche indotto le persone a volerli applicare al mercato civile.
I primi telefoni cellulari
Dopo la guerra, nel 1946, AT&T negli Stati Uniti collegò un ricevitore wireless alla rete telefonica pubblica commutata (PSTN). Ha anche lanciato ufficialmente MTS (servizio di telefonia mobile) per uso civile.
In MTS, se un utente desidera effettuare una chiamata, deve prima trovare manualmente un canale wireless libero. Se riceve un canale, parlerà con l'operatore, chiedendo all'altro interlocutore di stabilire una seconda connessione sulla rete PSTN.
L'intera chiamata utilizza half-duplex, ovvero può parlare solo un chiamante alla volta. Durante una chiamata, l'utente deve premere il pulsante push-to-talk sul telefono. Non molto conveniente, vero?
Anche il metodo di addebito o fatturazione in MTS è molto primitivo. L'operatore ascolterà la conversazione tra le due parti durante tutto il processo. Quindi calcolerà manualmente il costo al termine della chiamata e confermerà il conto. Questo è stato il primo sistema di comunicazione mobile commerciale nella storia umana.
Probabilmente diresti che i telefoni cellulari sono stati inventati negli anni '1970? Perché esisteva negli anni quaranta? Niente panico, quel "cellulare" non è un vero cellulare. In realtà è un telefono cellulare per auto. Più precisamente, un walkie-talkie half-duplex per auto.
Cellulare per auto
A quel tempo era impossibile inventare un telefono cellulare utilizzando la tecnologia elettronica e le batterie. Tuttavia a quel tempo esistevano già molte automobili.
A quel tempo anche la "stazione base" era molto grande, in qualche modo simile a una torre radiotelevisiva. Era l'unica in città e l'avevano nel centro della città. La torre copriva un raggio di 40 chilometri con una potenza estremamente elevata.
Nel dicembre 1947, il ricercatore dei Bell Labs Douglas H. Ring propose per la prima volta l'idea di "comunicazione cellulare". Questo segna l’inizio dello sviluppo del settore delle telecomunicazioni. Egli ritiene che invece di aumentare ciecamente la potenza di trasmissione del segnale, sia meglio limitare la portata di trasmissione del segnale e controllare il segnale entro un'area limitata (celle).
Pertanto, celle diverse possono utilizzare la stessa frequenza senza influenzarsi a vicenda, aumentando la larghezza di banda del sistema.
Sebbene l’idea della comunicazione cellulare fosse molto buona, all’epoca c’erano molte limitazioni. Quindi i Bell Labs l'hanno accantonata perché era solo una loro idea.
L'Europa e gli Stati Uniti stanno sviluppando un telefono per auto
Negli anni '1950 sempre più paesi iniziarono a costruire reti telefoniche automobilistiche. Ad esempio, nel 1952 la Germania Ovest lanciò A-Netz. Nel 1961, l'ingegnere sovietico Leonid Kupriyanovych inventò anche il telefono cellulare LK-1, che fu installato anche su un'auto. Successivamente, nell'Unione Sovietica, fu implementato il sistema telefonico automobilistico "Altai", che copriva più di 30 città del paese.
Nel 1969, gli Stati Uniti introdussero un sistema telefonico per auto MTS migliorato chiamato IMTS (Improved MTS). IMTS supporta la modalità full-duplex, la composizione automatica e la ricerca automatica dei canali e può fornire 11 canali (successivamente 12). Questo è un salto di qualità rispetto a MTS.
Nel 1971, la Finlandia lanciò la rete mobile pubblica ARP (Auto Radio Puhelin – Puhelin significa telefono in finlandese). Questa unità funziona nella banda dei 150 MHz ma viene comunque commutata manualmente e viene utilizzata principalmente per il servizio di telefonia veicolare.
Che si tratti di Altai, IMTS o ARP, in seguito venne chiamata tecnologia di comunicazione mobile "0G" o "Pre-1G" (prima di 1G). Vediamo ora cosa ha da offrire il settore delle telecomunicazioni nell'era 1G.
L’era dell’1G nel settore delle telecomunicazioni
Lo sviluppo delle tecnologie dei semiconduttori ha offerto maggiori opportunità per lo sviluppo del settore delle telecomunicazioni. Ciò non accadde fino agli anni '70. Nel 1973, gli ingegneri Motorola Martin Cooper e John F. Mitchell cambiarono finalmente la storia per sempre. Hanno inventato il primo vero telefono cellulare al mondo (un telefono cellulare personale tascabile).
Il telefono si chiamava DynaTAC (Dynamic Adaptive Total Area Coverage). È alto 22 cm, pesa 1,28 kg, può parlare per 20 minuti ed è dotato di un'enorme antenna.
Nel 1974, la Federal Communications Commission (FCC) degli Stati Uniti approvò una parte dello spettro delle radiofrequenze per l'uso nei test delle reti cellulari. Tuttavia, l’esperimento fu ritardato fino al 1977 prima di iniziare ufficialmente. All'epoca parteciparono all'esperimento due rivali: AT&T e Motorola.
Il Congresso degli Stati Uniti nel 1964 "privò" AT&T della possibilità di uso commerciale della comunicazione satellitare. In preda alla disperazione, hanno creato una divisione di comunicazioni mobili presso i Bell Labs, alla ricerca di nuove opportunità.
Il progresso della rete 1G è lento ma costante
Tra il 1964 e il 1974, i Bell Labs svilupparono un sistema analogico chiamato HCMTS (High-Volume Mobile Telephone System). I canali di segnale e voce del sistema utilizzano la modulazione FM con una larghezza di banda di 30 kHz e una velocità di trasmissione di 10 kbit/s.
Poiché all'epoca non esisteva un'organizzazione per gli standard mobili wireless, AT&T stabilì il proprio standard per HCMTS. La Electronics Industry Association (EIA) in seguito chiamò questo sistema Interim Standard 3 (IS-3).
Nel 1976, HCMTS cambiò nome in AMPS (Advanced Mobile Phone Service). AT&T ha utilizzato la tecnologia AMPS per condurre test FCC a Chicago e Newark.
Diamo ancora un'occhiata a Motorola. Motorola ha sviluppato per prima la tecnologia RCC (Radio Common Carrier) e ha guadagnato molti soldi. Pertanto, si sono opposti fermamente al fatto che la FCC concedesse lo spettro alle comunicazioni cellulari in modo da non influenzare il loro mercato RCC. Ma allo stesso tempo hanno sviluppato disperatamente tecnologie di comunicazione cellulare e hanno accumulato riserve tecniche. Così è nato DynaTAC.
Dopo che la FCC ha rilasciato lo spettro, Motorola ha condotto prove basate su DynaTAC a Washington. Mentre stavano ancora lentamente sperimentando, altri paesi avevano già preso l’iniziativa.
La prima rete 1G commerciale in Giappone
Nel 1979, Nippon Telegraph and Telephone (NTT) lanciò il primo sistema di comunicazione cellulare automatizzato commerciale al mondo nell'area metropolitana di Tokyo. Questo sistema è stato successivamente riconosciuto come la prima rete 1G commerciale al mondo.
A quel tempo, il sistema disponeva di 88 stazioni base che supportavano la commutazione completamente automatica delle chiamate tra diversi nodi cellulari senza intervento manuale. Il sistema utilizza la tecnologia FDMA, la larghezza di banda del canale è di 25 kHz, è nella banda di frequenza di 800 MHz e il numero totale di canali duplex è 600.
1G in Europa
Due anni dopo, nel 1981, i paesi del Nord Europa, Norvegia e Svezia, crearono la prima rete di comunicazione mobile 1G in Europa - NMT (Nordic Mobile Telephones). Presto si unirono a loro la Danimarca e la Finlandia. NMT è diventata la prima rete di comunicazione mobile al mondo con possibilità di roaming internazionale.
Successivamente, la NMT fu introdotta dall’Arabia Saudita, dall’URSS e da alcuni altri paesi baltici e asiatici.
Motorola ha lanciato il primo telefono cellulare 1G commerciale al mondo
Nel settembre del 1983, Motorola lanciò sul mercato il primo telefono cellulare commerciale al mondo, il DynaTAC 8000X.
DynaCT 8000XQuesto dispositivo pesa 1 kg e può parlare continuamente per 30 minuti. Una ricarica completa richiede 10 ore, ma il prezzo è di $ 3995.
1G nel Sud e nel Nord America
Nel 1983 gli Stati Uniti si ricordarono finalmente di costruire la propria rete commerciale 1G. Il 13 ottobre 1983, Americitech Mobile Communications lanciò la prima rete 1G basata sulla tecnologia AMPS negli Stati Uniti.
Su questa rete è possibile utilizzare sia il telefono veicolare che il DynaTAC 8000X. La FCC ha assegnato 40 MHz di larghezza di banda ad AMPS nella banda di frequenza di 800 MHz. Con questa larghezza di banda, AMPS supporta 666 canali duplex e la larghezza di banda di un canale upstream o downstream è di 30 kHz. Successivamente, la FCC ha assegnato ulteriori 10 MHz di larghezza di banda. Pertanto, il numero totale di canali AMPS duplex diventa 832.
Nel suo primo anno di utilizzo commerciale, Americitech ha venduto circa 1 telefoni cellulari DynaTAC 200X, raggiungendo 8000 utenti. Dopo cinque anni, il numero di utenti è diventato 200 milioni.
Il numero di utenti in rapida crescita supera di gran lunga la capacità della rete AMPS. Successivamente, per aumentare la capacità, Motorola ha introdotto una versione a banda stretta della tecnologia AMPS, denominata NAMPS. Divide l'attuale canale vocale da 30 kHz in tre canali da 10 kHz (il numero totale di canali diventa 2496) per risparmiare spettro e aumentare la capacità.
Il Regno Unito si unisce a 1G
Oltre a NMT e AMPS, un altro standard 1G ampiamente utilizzato è TACS (Total Access Communication Systems), rilasciato per la prima volta nel Regno Unito.
Nel febbraio 1983, il governo britannico annunciò che due società, BT (British Telecom) e Racal Millicom (il predecessore di Vodafone), avrebbero costruito reti di comunicazione mobile TACS basate sulla tecnologia AMPS.
Il 1 gennaio 1985 Vodafone lancia ufficialmente il servizio TACS (apparecchiatura acquistata da Ericsson). A quel tempo c'erano solo 10 stazioni base che coprivano l'intera area di Londra.
La larghezza di banda TACS a canale singolo è 25 kHz, l'uplink utilizza 890-905 MHz, il downlink utilizza 935-950 MHz, per trasmettere segnali vocali e di controllo vengono utilizzati un totale di 600 canali.
Il sistema TACS è stato sviluppato principalmente da Motorola ed è in realtà una versione modificata del sistema AMPS. Ad eccezione della banda di frequenza, della spaziatura dei canali, dello spostamento di frequenza e della velocità di trasmissione del segnale, sono completamente identici.
Rispetto al NMT del Nord Europa, le caratteristiche operative del TACS sono significativamente diverse. La NMT è adatta alle aree rurali scarsamente popolate dei paesi settentrionali (Scandinavia). Utilizza una frequenza di 450 MHz (successivamente modificata in 800 MHz) e ha una portata cellulare più ampia.
Il vantaggio del TACS è la larghezza di banda, non la distanza di copertura. Il sistema TACS ha una bassa potenza di trasmissione ed è adatto per paesi ad alta densità di popolazione e grandi aree urbane come il Regno Unito.
Con l'aumento del numero di utenti, TACS ha successivamente aggiunto diverse bande di frequenza (10 MHz) e è diventato ETACS (Extended TACS). La giapponese NTT ha sviluppato JTACS basato su TACS.
La Cina si unisce allo sviluppo 1G
Vale la pena notare che la prima stazione base mobile costruita dalla Cina a Guangzhou nel 1987 utilizzava la tecnologia TACS e Motorola era il partner.
Oltre ad AMPS, TACS e NMT, la tecnologia 1G comprende anche C-Netz in Germania, Radiocom 2000 in Francia e RTMI in Italia. Queste tecnologie di successo hanno inaugurato l’era della comunicazione mobile. In realtà, al momento in cui venne utilizzato, nel settore delle telecomunicazioni non esisteva il nome 1G. Solo dopo l'avvento della tecnologia 2G furono chiamati 1G per distinguerli.
L’era dell’2G nel settore delle telecomunicazioni
Nel 1982 la Commissione Europea per le Poste e le Telecomunicazioni ha istituito il "Gruppo di esperti sulle comunicazioni mobili", che avrà il compito di studiare gli standard di comunicazione.
Questo "gruppo di esperti mobili", l'abbreviazione francese è GroupeSpécialMobile, in seguito il significato di questa abbreviazione è stato cambiato in "Sistema globale di comunicazione mobile". Questo è ciò che ora tutti conosciamo come GSM.
Lo scopo della creazione del GSM è stabilire un nuovo standard paneuropeo e sviluppare un sistema di comunicazione mobile terrestre paneuropeo. Presentano requisiti per un uso efficiente dello spettro, sistemi a basso costo, terminali portatili e roaming globale.
Negli anni successivi l'Organizzazione europea per la standardizzazione delle telecomunicazioni (ETSI) è riuscita a completare lo sviluppo delle specifiche GSM 900 MHz e 1800 MHz (DCS).
Nel 1991 l'azienda finlandese Radiolinja (ora parte di ELISA Oyj) ha lanciato la prima rete 2G al mondo basata sullo standard GSM.
Come tutti sappiamo, il 2G utilizza la tecnologia digitale per sostituire la tecnologia analogica dell'1G. Ciò migliora significativamente la qualità della comunicazione e la stabilità del sistema. Inoltre, lo rende più sicuro, più affidabile e riduce il consumo energetico dell'apparecchiatura.
Oltre al GSM, un altro standard 2G ampiamente conosciuto è il CDMA lanciato da Qualcomm. Per essere precisi si tratta di IS-95 o cdmaOne. IS-95 ha due versioni: IS-95A e IS-95B. Il primo può supportare velocità di picco dei dati fino a 14,4 kbps e il secondo fino a 115 kbps.
Oltre all'IS-95, gli Stati Uniti hanno prodotto anche l'IS-54 (Nord America, cellulare digitale TDMA) e l'IS-136 (1996). In realtà 2G non è solo GSM e CDMA. L'Associazione dei produttori di cellulari ha sviluppato una versione digitale di AMPS basata sulla tecnologia AMPS chiamata D-AMPS (Digit-AMPS). In realtà è uno standard 2G. Un altro standard 2G è il PDC (Personal Digital Cellular) dal Giappone.
L’era del 2.5G
Alla fine del 20° secolo, quando si verificò la crescita esplosiva di Internet, le persone fecero una grande richiesta di accesso mobile a Internet. Così è nato il GPRS (General Packet Radio Service).
Possiamo considerare il GPRS come un “plug-in” del GSM. Con l'aiuto del GPRS la rete può fornire una velocità di trasferimento dati fino a 114 Kbps.
La prima frase sul GPRS risale al 1993. Tuttavia, ci vollero altri quattro anni prima che la prima fase dell’accordo avesse luogo nel 1997. Questo è probabilmente un punto di svolta nella storia delle comunicazioni cellulari, così come nell'industria delle telecomunicazioni. A quel tempo, i servizi di trasmissione dati divennero la direzione principale dello sviluppo della comunicazione mobile.
Epoca 2.75G
Dopo il lancio della tecnologia GPRS, anche gli operatori delle comunicazioni hanno sviluppato una tecnologia più veloce. Questa tecnologia è una velocità dati migliorata per lo sviluppo GSM (EDGE). Naturalmente tutti conosciamo o abbiamo sentito parlare di EDGE ad un certo punto della nostra vita.
La caratteristica più importante di EDGE è che può fornire il doppio della velocità di trasferimento dati del GPRS senza sostituire l'hardware. La prima rete EDGE al mondo è stata implementata da AT&T nel 2003 sulla propria rete GSM.
L’era dell’3G nel settore delle telecomunicazioni
Nel 1996 è stato fondato in Europa il forum UMTS (Universal Mobile Communications System), che si è concentrato sul coordinamento della ricerca nel campo degli standard europei 3G. Il campo europeo rappresentato da Nokia, Ericsson e Alcatel è chiaramente consapevole dei vantaggi del CDMA. Pertanto, hanno sviluppato un sistema W-CDMA con principi simili.
Si chiama W-CDMA (Wide-CDMA) perché la larghezza di banda del suo canale raggiunge i 5 MHz, che è più ampia degli 1,25 MHz del CDMA2000.
Molte persone non capiscono la relazione tra UMTS e WCDMA. In effetti, UMTS è il termine generico per 3G in Europa. WCDMA è un'implementazione dell'UMTS e di solito appartiene alla parte dell'interfaccia wireless. All'UMTS appartiene anche il TD-SCDMA, di cui parleremo più avanti.
Per poter competere con gli Stati Uniti, l'ETSI europeo ha inoltre istituito congiuntamente il 3GPP (XNUMXrd Generation Partnership Project) con Giappone, Cina, ecc. per cooperare allo sviluppo di standard globali di comunicazione mobile XNUMXG.
Al contrario, nel campo nordamericano, le opinioni divergono.
Concorrenza spietata con il 3G
Le aziende rappresentate da Lucent e Nortel supportano WCDMA e 3GPP. Tuttavia, aziende come Qualcomm hanno collaborato con la Corea del Sud per formare l'organizzazione 3GPP2 per competere con 3GPP. Lo standard introdotto è lo standard CDMA2000, basato su CDMA 1X (IS-95).
Sebbene CDMA2000 sia uno standard 3G, la velocità di picco iniziale non è elevata, solo 153 kbps. Successivamente, con il passaggio a EVDO (EVolution Data Optimized), la velocità di trasferimento dati è migliorata notevolmente. Ha fornito una velocità di download massima di 14,7 Mbps e una velocità di upload massima di 5,4 Mbps.
Durante questo periodo, la Cina ha anche lanciato il proprio programma di candidati operante nello standard 3G (noto anche come TD-SCDMA) per partecipare congiuntamente alla competizione internazionale.
Dopo una forte competizione e giochi, l'Unione Internazionale delle Telecomunicazioni (ITU) ha finalmente confermato tre standard 3G globali, vale a dire: WCDMA in Europa, CDMA2000 negli Stati Uniti e TD-SCDMA in Cina.
In termini di progressi nella commercializzazione del 3G, la giapponese NTT è ancora una volta all'avanguardia.
Il 1° ottobre 1998, NTT Docomo ha lanciato in Giappone la prima rete commerciale 3G (basata su WCDMA) al mondo.
Era 3.75G nel settore delle telecomunicazioni
Basandosi su UMTS, ETSI e 3GPP hanno sviluppato HSPA (accesso a pacchetti ad alta velocità), HSPA+, HSPA+ a doppio canale e HSPA+ Evolution. La velocità di queste tecnologie di rete supera chiaramente la velocità del tradizionale 3G, popolarmente chiamata 3,75G.
Questo perché la velocità di HSPA+ è così elevata che supera addirittura i primi LTE e WiMAX. Pertanto, a quel tempo, alcuni operatori (ad esempio T-Mobile negli Stati Uniti) non iniziarono immediatamente a costruire LTE. Tuttavia, hanno aggiornato l'attuale rete HSPA a HSPA+. La Cina poi ha fatto lo stesso.
4G nel settore delle telecomunicazioni
Nel 1999, l'IEEE Standards Committee ha istituito un gruppo di lavoro per sviluppare standard per le reti urbane wireless. Nel 2001 è stata rilasciata ufficialmente la prima versione di IEEE 802.16, successivamente trasformata in IEEE 802.16m. IEEE 802.16 è in seguito comunemente noto come WiMAX (Worldwide Connection for Microwave Access).
WiMAX ha introdotto tecnologie avanzate come MIMO (multi-antenna) e OFDM (multiplexing a divisione di frequenza ortogonale). La velocità di download è molto più elevata e questo mette molta pressione sul 3GPP.
Quindi, sulla base dell'UMTS, il 3GPP sta espandendo l'implementazione dell'LTE (MIMO e OFDM) per competere con WiMAX. Successivamente ha continuato a svilupparsi in LTE-Advanced (2009) e la velocità è stata aumentata più volte.
Nel 2008, l'Unione internazionale delle telecomunicazioni (ITU) ha stabilito i requisiti che lo standard 4G deve soddisfare e lo ha denominato IMT-Advanced. Solo 3GPP LTE-Advanced, IEEE 802.16m e TD-LTE-Advanced introdotti dal Ministero dell'Industria e della Tecnologia dell'Informazione cinese sono realmente qualificati. In altre parole, questi sono veri standard 4G.
Il 14 dicembre 2009 è stata aperta a Stoccolma e Oslo la prima rete di servizi pubblici LTE al mondo. Le apparecchiature di rete sono fornite da Ericsson e Huawei e il terminale è fornito da Samsung.
Dopo una feroce guerra industriale, LTE ha finalmente vinto il WiMAX e ha ricevuto supporto e riconoscimento in tutto il mondo. WiMAX ha perso rapidamente potenza e si è rotto per il freddo.
Epoca 5G
Non dobbiamo parlare dello sviluppo del 5G, vero? Ognuno di noi è testimone di una nuova storia. Siamo tutti stati testimoni di come il progetto di partenariato di terza generazione (3GPP) abbia lanciato il 5G (IMT-2020) per dominare il mondo.
Il tempo vola, il tempo vola. Dopo quasi un secolo di sviluppo, le reti mobili sono cresciute da zero, da deboli a forti. Ha messo in moto la ruota della storia e ha accelerato il cambiamento sociale.
Dove andrà il futuro della comunicazione mobile? Aspettiamo e vediamo!
