במהלך 80 השנים האחרונות, תעשיית הטלקומוניקציה חוותה צמיחה אדירה. חובבי סמארטפונים רבים היום לא ממש יודעים כמה רחוק התעשייה הגיעה. זו הסיבה שכתבנו מאמר זה כדי לבחון את התפתחות תעשיית הטלקומוניקציה לאחר מלחמת העולם השנייה.
במהלך מלחמת העולם השנייה, מכשירי הקשר מסדרת SCR של מוטורולה זכו להצלחה גדולה בשדה הקרב. הוא הראה לעולם את כוחה של תקשורת אלחוטית. זה גם גרם לאנשים לרצות ליישם אותם בשוק האזרחי.
הטלפונים הניידים הראשונים
לאחר המלחמה, בשנת 1946, AT & T בארצות הברית חיברה מקלט אלחוטי לרשת טלפונים ציבוריים (PSTN). הוא גם השיק רשמית את MTS (שירות טלפון נייד) לשימוש אזרחי.
ב-MTS, אם משתמש רוצה לבצע שיחה, עליו למצוא תחילה ידנית ערוץ אלחוטי בחינם. אם הוא מקבל ערוץ, הוא ידבר עם המפעיל, ויבקש מהצד השני ליצור חיבור שני דרך רשת ה-PSTN.
השיחה כולה משתמשת בחצי דופלקס, כלומר רק מתקשר אחד יכול לדבר בכל פעם. במהלך שיחה, על המשתמש ללחוץ על כפתור הלחיצה בטלפון. לא ממש נוח, נכון?
גם שיטת הטעינה או החיוב ב-MTS היא מאוד פרימיטיבית. המפעיל יקשיב לשיחה בין שני הצדדים לאורך כל התהליך. לאחר מכן הוא יחשב את העלות באופן ידני לאחר סיום השיחה ויאשר את החשבון. זו הייתה מערכת התקשורת הסלולרית המסחרית הראשונה בהיסטוריה האנושית.
בטח הייתם אומרים שהטלפונים הסלולריים הומצאו בשנות ה-1970? למה זה היה קיים בשנות הארבעים? אל תיבהלו, ש"פלאפון" הוא לא פלאפון אמיתי. זה למעשה טלפון נייד לרכב. ליתר דיוק, מכשיר קשר חצי דופלקס לרכב.
טלפון נייד לרכב
באותה תקופה, אי אפשר היה להמציא טלפון נייד באמצעות טכנולוגיה אלקטרונית וסוללות. עם זאת, כבר היו מכוניות רבות באותה תקופה.
באותה תקופה גם "תחנת הבסיס" הייתה גדולה מאוד, דומה במקצת למגדל רדיו וטלוויזיה. היא הייתה היחידה בעיר, והיה להם במרכז העיר. המגדל כיסה רדיוס של 40 קילומטרים בהספק גבוה במיוחד.
בדצמבר 1947, חוקר Bell Labs, דאגלס ה. רינג, הציע לראשונה את הרעיון של "תקשורת סלולרית". זה מסמן את תחילת ההתפתחות של תעשיית הטלקומוניקציה. הוא מאמין שבמקום להגדיל באופן עיוור את עוצמת העברת האות, עדיף להגביל את טווח העברת האות ולשלוט על האות בשטח מוגבל (תאים).
לפיכך, תאים שונים יכולים להשתמש באותו תדר מבלי להשפיע זה על זה, ולהגדיל את רוחב הפס של המערכת.
למרות שהרעיון של תקשורת סלולרית טוב מאוד, היו מגבלות רבות באותה תקופה. אז מעבדות בל גנזו את זה כרעיון בלבד.
אירופה וארה"ב מפתחות טלפון לרכב
בשנות החמישים, יותר ויותר מדינות החלו לבנות רשתות טלפון לרכב. לדוגמה, בשנת 1950 השיקה מערב גרמניה את A-Netz. בשנת 1952 המציא המהנדס הסובייטי ליאוניד קופריאנוביץ' גם את הטלפון הנייד LK-1961, שהותקן גם הוא על מכונית. מאוחר יותר, בברית המועצות, הוטמעה מערכת הטלפון לרכב "אלטאי", שכיסה יותר מ-1 ערים במדינה.
בשנת 1969 הציגה ארצות הברית מערכת טלפון לרכב MTS משופרת בשם IMTS (Improved MTS). IMTS תומך במצב דופלקס מלא, חיוג אוטומטי וחיפוש ערוצים אוטומטי ויכול לספק 11 ערוצים (מאוחר יותר 12). זוהי קפיצת מדרגה איכותית בהשוואה ל-MTS.
בשנת 1971 השיקה פינלנד את רשת הסלולר הציבורית ARP (Auto Radio Puhelin – Puhelin פירושו טלפון בפינית). יחידה זו פועלת ברצועת 150 מגה-הרץ אך עדיין משתנה ידנית ומשמשת בעיקר לשירות טלפון לרכב.
בין אם זה Altai, IMTS או ARP, זה נקרא מאוחר יותר "0G" או "Pre-1G" (לפני 1G) טכנולוגיית תקשורת סלולרית. עכשיו בואו נראה מה יש לתעשיית הטלקומוניקציה להציע בעידן ה-1G.
עידן ה-1G בתעשיית הטלקומוניקציה
הפיתוח של טכנולוגיות מוליכים למחצה סיפק יותר הזדמנויות לפיתוח תעשיית הטלקומוניקציה. זה לא קרה עד שנות ה-70. בשנת 1973, מהנדסי מוטורולה מרטין קופר וג'ון פ. מיטשל סוף סוף שינו את ההיסטוריה לנצח. הם המציאו את הטלפון הנייד האמיתי הראשון בעולם (טלפון נייד אישי בכיס).
הטלפון קיבל את השם DynaTAC (Dynamic Adaptive Total Area Coverage). גובהו 22 ס"מ, שוקל 1,28 ק"ג, יכול לדבר 20 דקות ומצויד באנטנה ענקית.
בשנת 1974 אישרה נציבות התקשורת הפדרלית של ארה"ב (FCC) חלק מספקטרום תדרי הרדיו לשימוש בבדיקת רשתות סלולריות. עם זאת, הניסוי נדחה עד 1977 לפני שהחל באופן רשמי. באותה תקופה השתתפו שני יריבים בניסוי - AT&T ומוטורולה.
הקונגרס האמריקאי בשנת 1964 "שלל" מ-AT & T את האפשרות של שימוש מסחרי בתקשורת לוויינית. בייאוש הם יצרו חטיבת תקשורת סלולרית ב-Bell Labs, בחיפוש אחר הזדמנויות חדשות.
התקדמות ה-1G איטית אך יציבה
בין השנים 1964 ו-1974, מעבדות בל פיתחה מערכת אנלוגית בשם HCMTS (High-Volume Mobile Telephone System). ערוצי האותות והקול של המערכת משתמשים באפנון FM ברוחב פס של 30 קילו-הרץ וקצב שידור של 10 קילו-ביט/שנייה.
מכיוון שלא היה ארגון תקנים ניידים אלחוטיים באותה תקופה, AT&T הקימה תקן משלה עבור HCMTS. איגוד תעשיית האלקטרוניקה (EIA) קרא מאוחר יותר למערכת זו תקן ביניים 3 (IS-3).
בשנת 1976, HCMTS שינתה את שמה ל-AMPS (Advanced Mobile Phone Service). AT & T השתמשו בטכנולוגיית AMPS כדי לבצע בדיקות FCC בשיקגו ובניוארק.
בואו נסתכל שוב על מוטורולה. מוטורולה פיתחה לראשונה את טכנולוגיית RCC (Radio Common Carrier) והרוויחה הרבה כסף. לכן, הם התנגדו נחרצות לכך שה-FCC ייתן את הספקטרום לתקשורת הסלולרית כדי לא להשפיע על שוק ה-RCC שלהם. אבל במקביל, הם פיתחו נואשות טכנולוגיות תקשורת סלולרית ועשו רזרבות טכניות. כך נולדה DynaTAC.
לאחר שה-FCC פרסם את הספקטרום, מוטורולה ערכה ניסויים מבוססי DynaTAC בוושינגטון. בזמן שהם עדיין התנסו באיטיות, מדינות אחרות כבר הובילו.
רשת ה-1G המסחרית הראשונה ביפן
בשנת 1979 השיקה Nippon Telegraph and Telephone (NTT) את מערכת התקשורת הסלולרית האוטומטית המסחרית הראשונה בעולם באזור המטרופולין של טוקיו. מערכת זו הוכרה מאוחר יותר כרשת ה-1G המסחרית הראשונה בעולם.
באותה עת, היו למערכת 88 תחנות בסיס התומכות במעבר אוטומטי מלא של שיחות בין צמתים סלולריים שונים ללא התערבות ידנית. המערכת משתמשת בטכנולוגיית FDMA, רוחב הפס של הערוץ הוא 25 קילו-הרץ, הוא בפס התדרים של 800 מגה-הרץ, והמספר הכולל של ערוצים דופלקסים הוא 600.
1G באירופה
שנתיים לאחר מכן, ב-1981, יצרו מדינות צפון אירופה, נורבגיה ושוודיה את רשת התקשורת הסלולרית הראשונה באירופה - NMT (Nordic Mobile Telephones). עד מהרה הצטרפו אליהם דנמרק ופינלנד. NMT הפכה לרשת התקשורת הסלולרית הראשונה בעולם עם אפשרות לנדידה בינלאומית.
מאוחר יותר, NMT הוצג על ידי ערב הסעודית, ברית המועצות וכמה מדינות בלטיות ואסיה אחרות.
מוטורולה פרסמה את הטלפון הסלולרי המסחרי הראשון בעולם 1G
בספטמבר 1983 הוציאה מוטורולה את הטלפון הסלולרי המסחרי הראשון בעולם, ה-DynaTAC 8000X.
DynaCT 8000Xמכשיר זה שוקל 1 ק"ג ויכול לדבר ברציפות במשך 30 דקות. טעינה מלאה אורכת 10 שעות, אבל המחיר הוא 3995 דולר.
1G בדרום וצפון אמריקה
ב-1983, ארצות הברית זכרה סוף סוף לבנות רשת 1G מסחרית משלה. ב-13 באוקטובר 1983 השיקה Americitech Mobile Communications את רשת ה-1G הראשונה המבוססת על טכנולוגיית AMPS בארצות הברית.
ניתן להשתמש גם בטלפון המכונית וגם ב-DynaTAC 8000X ברשת זו. ה-FCC הקצה רוחב פס של 40 מגה-הרץ ל-AMPS בפס התדרים של 800 מגה-הרץ. עם רוחב פס זה, AMPS תומך ב-666 ערוצי דופלקס, ורוחב הפס של ערוץ אחד במעלה או במורד הוא 30 קילו-הרץ. ה-FCC הקצה מאוחר יותר רוחב פס של 10 מגה-הרץ נוספים. לפיכך, המספר הכולל של ערוצי AMPS דופלקס הופך ל-832.
בשנה הראשונה לשימוש מסחרי, Americitech מכרה כ-1 טלפונים ניידים מסוג DynaTAC 200X, והגיעה ל-8000 משתמשים. לאחר חמש שנים, מספר המשתמשים הפך ל-200 מיליון.
מספר המשתמשים הגדל במהירות עולה בהרבה על הקיבולת של רשת AMPS. מאוחר יותר, כדי להגדיל את הקיבולת, הציגה מוטורולה גרסת פס צר של טכנולוגיית AMPS, כלומר NAMPS. הוא מחלק את ערוץ הקול הנוכחי של 30 קילו-הרץ לשלושה ערוצי 10 קילו-הרץ (מספר הערוצים הכולל הופך ל-2496) כדי לחסוך בספקטרום ולהגדיל את הקיבולת.
בריטניה מצטרפת ל-1G
מלבד NMT ו-AMPS, תקן 1G נוסף בשימוש נרחב הוא TACS (Total Access Communication Systems), שיצא לראשונה בבריטניה.
בפברואר 1983 הודיעה ממשלת בריטניה ששתי חברות, BT (British Telecom) ו-Racal Millicom (קודמתה של Vodafone), יבנו רשתות תקשורת סלולריות של TACS המבוססות על טכנולוגיית AMPS.
ב-1 בינואר 1985 השיקה Vodafone באופן רשמי את שירות TACS (ציוד שנרכש מאריקון). באותה תקופה היו רק 10 תחנות בסיס שכיסו את כל אזור לונדון.
רוחב הפס של TACS חד ערוצי הוא 25 קילו-הרץ, הקישור מעלה משתמש ב-890-905 מגה-הרץ, הקישור למטה משתמש ב-935-950 מגה-הרץ, סה"כ 600 ערוצים משמשים להעברת אותות קול ובקרה.
מערכת TACS פותחה בעיקר על ידי מוטורולה והיא למעשה גרסה שונה של מערכת AMPS. פרט לפס התדרים, מרווח הערוצים, הסטת התדר ומהירות העברת האות, הם זהים לחלוטין.
בהשוואה ל-NMT בצפון אירופה, מאפייני התפעול של TACS שונים באופן משמעותי. NMT מתאים לאזורים כפריים דלילים במדינות צפוניות (סקנדינביה). הוא משתמש בתדר של 450 מגה-הרץ (שונה מאוחר יותר ל-800 מגה-הרץ) ויש לו טווח תאים גדול יותר.
היתרון של TACS הוא רוחב פס, לא מרחק כיסוי. למערכת TACS הספק משדר נמוך והיא מתאימה למדינות עם צפיפות אוכלוסין גבוהה ואזורים עירוניים גדולים כמו בריטניה.
ככל שמספר המשתמשים גדל, TACS הוסיפה מאוחר יותר כמה פסי תדר (10 מגה-הרץ) והפכה ל-ETACS (TACS מורחבת). NTT היפנית פיתחה JTACS על בסיס TACS.
סין מצטרפת לפיתוח 1G
ראוי לציין שתחנת הבסיס הניידת הראשונה שנבנתה על ידי סין בגואנגז'ו ב-1987 השתמשה בטכנולוגיית TACS, ומוטורולה הייתה השותפה.
בנוסף ל-AMPS, TACS ו-NMT, טכנולוגיית 1G כוללת גם את C-Netz בגרמניה, Radiocom 2000 בצרפת ו-RTMI באיטליה. טכנולוגיות מוצלחות אלו הובילו את עידן התקשורת הניידת. למעשה, לא היה שם כזה כמו 1G בתעשיית הטלקומוניקציה בזמן השימוש בו. רק לאחר הופעת טכנולוגיית ה-2G הם נקראו 1G כדי להבחין ביניהם.
עידן ה-2G בתעשיית הטלקומוניקציה
בשנת 1982 הקימה הנציבות האירופית לדואר וטלקומוניקציה את "קבוצת המומחים לתקשורת ניידת", שתהיה אחראית לחקר תקני תקשורת.
"קבוצת מומחים לנייד", הקיצור הצרפתי הוא GroupeSpécialMobile, מאוחר יותר שונתה המשמעות של קיצור זה ל"מערכת גלובלית לתקשורת ניידת". זה מה שכולנו מכירים עכשיו בתור GSM.
מטרת יצירת GSM היא לבסס תקן פאן-אירופי חדש ולפתח מערכת תקשורת יבשתית סלולרית פאן-אירופית. הם הציגו דרישות לשימוש יעיל בספקטרום, מערכות בעלות נמוכה, מסופים ניידים ונדידה גלובלית.
בשנים הבאות הצליח ארגון התקינה האירופי לתקשורת (ETSI) להשלים את הפיתוח של מפרטי GSM 900 מגה-הרץ ו-1800 מגה-הרץ (DCS).
בשנת 1991 השיקה חברת Radiolinja הפינית (כיום חלק מ-ELISA Oyj) את רשת ה-2G הראשונה בעולם המבוססת על תקן GSM.
כפי שכולנו יודעים, 2G משתמש בטכנולוגיה דיגיטלית כדי להחליף את הטכנולוגיה האנלוגית של 1G. זה משפר משמעותית את איכות התקשורת ואת יציבות המערכת. זה גם הופך אותו לבטוח יותר, אמין יותר ומוריד את צריכת האנרגיה של הציוד.
מלבד GSM, תקן 2G נוסף ידוע ברבים הוא CDMA שהושק על ידי קוואלקום. ליתר דיוק, זה IS-95 או cdmaOne. ל-IS-95 שתי גרסאות: IS-95A ו-IS-95B. הראשון יכול לתמוך בקצבי נתונים שיא של עד 14,4 kbps והשני עד 115 kbps.
בנוסף ל-IS-95, ארצות הברית ייצרה גם את IS-54 (צפון אמריקה, TDMA digital cellular) ו-IS-136 (1996). למעשה, 2G הוא לא רק GSM ו-CDMA. איגוד יצרני הסלולר פיתח גרסה דיגיטלית של AMPS המבוססת על טכנולוגיית AMPS בשם D-AMPS (Digit-AMPS). זה למעשה תקן 2G. תקן 2G נוסף הוא PDC (Personal Digital Cellular) מיפן.
עידן ה-2.5G
בסוף המאה ה-20, כאשר התרחשה הצמיחה הנפיצה של האינטרנט, אנשים יצרו דרישה גדולה לגישה לאינטרנט סלולרי. לפיכך, GPRS (General Packet Radio Service, General Packet Radio Service) התחיל.
אנו יכולים להתייחס ל-GPRS כ"פלאגין" של GSM. בעזרת GPRS, הרשת יכולה לספק מהירות העברת נתונים של עד 114 Kbps.
המשפט הראשון על GPRS נכתב ב-1993. עם זאת, חלפו עוד ארבע שנים עד שהשלב הראשון של ההסכם התקיים ב-1997. זו כנראה נקודת מפנה בהיסטוריה של התקשורת הסלולרית, כמו גם בתעשיית הטלקומוניקציה. באותה תקופה, שירותי העברת נתונים הפכו לכיוון העיקרי של פיתוח תקשורת סלולרית.
עידן 2.75G
לאחר השקת טכנולוגיית GPRS, גם מפעילי תקשורת פיתחו טכנולוגיה מהירה יותר. טכנולוגיה זו מהווה קצב נתונים משופר לפיתוח GSM (EDGE). כמובן, כולנו מכירים או שמענו על EDGE בשלב מסוים בחיינו.
התכונה הגדולה ביותר של EDGE היא שהוא יכול לספק פי שניים ממהירות העברת הנתונים של GPRS מבלי להחליף את החומרה. רשת ה-EDGE הראשונה בעולם נפרסה על ידי AT&T בשנת 2003 ברשת GSM משלה.
עידן ה-3G בתעשיית הטלקומוניקציה
בשנת 1996 נוסד באירופה פורום UMTS (Universal Mobile Communications System), שהתמקד בתיאום מחקרים בתחום תקני דור שלישי באירופה. המחנה האירופי המיוצג על ידי נוקיה, אריקסון ואלקטל מודע בבירור ליתרונות ה-CDMA. לפיכך, הם פיתחו מערכת W-CDMA עם עקרונות דומים.
הוא נקרא W-CDMA (Wide-CDMA) מכיוון שרוחב הפס של הערוץ שלו מגיע ל-5 מגה-הרץ, שהוא רחב יותר מ-1,25 מגה-הרץ של CDMA2000.
אנשים רבים אינם מבינים את הקשר בין UMTS ו-WCDMA. למעשה, UMTS הוא המונח הכללי לדור שלישי באירופה. WCDMA הוא מימוש של UMTS ובדרך כלל שייך לחלק הממשק האלחוטי. TD-SCDMA, שעליו נדבר בהמשך, שייך גם הוא ל-UMTS.
על מנת להיות מסוגלת להתחרות בארה"ב, ETSI האירופית הקימה במשותף גם את 3GPP (פרויקט שותפות דור XNUMX) עם יפן, סין וכו' כדי לשתף פעולה בפיתוח תקני תקשורת סלולרית XNUMXG גלובליים.
לעומת זאת, במחנה צפון אמריקה הדעות חלוקות.
תחרות עזה עם 3G
חברות המיוצגות על ידי לוסנט ונורטל תומכות ב-WCDMA וב-3GPP. עם זאת, חברות כמו קוואלקום חברו לדרום קוריאה כדי להקים את ארגון 3GPP2 כדי להתחרות ב-3GPP. התקן שהם הציגו הוא תקן CDMA2000, המבוסס על CDMA 1X (IS-95).
למרות ש-CDMA2000 הוא תקן 3G, מהירות השיא הראשונית אינה גבוהה, רק 153 kbps. מאוחר יותר, עם המעבר ל-EVDO (EVolution Data Optimized), קצב העברת הנתונים השתפר משמעותית. הוא סיפק מהירות הורדה שיא של 14,7 Mbps ומהירות העלאה מקסימלית של 5,4 Mbps.
במהלך תקופה זו, סין גם השיקה תוכנית מועמדת משלה הפועלת בתקן 3G (המכונה גם TD-SCDMA) כדי להשתתף במשותף בתחרות הבינלאומית.
לאחר תחרות עזה ומשחקים, איגוד התקשורת הבינלאומי (ITU) אישר סוף סוף שלושה תקני 3G גלובליים, כלומר: WCDMA באירופה, CDMA2000 בארה"ב ו-TD-SCDMA בסין.
במונחים של התקדמות במסחור דור שלישי, ה-NTT של יפן שוב מובילה את הדרך.
ב-1 באוקטובר 1998 השיקה NTT Docomo את רשת ה-3G המסחרית הראשונה בעולם (מבוסס WCDMA) ביפן.
עידן 3.75G בתעשיית הטלקומוניקציה
בהתבסס על UMTS, ETSI ו-3GPP פיתחו HSPA (גישה מנות מהירה), HSPA +, HSPA + כפול ו-HSPA + Evolution. המהירות של טכנולוגיות רשת אלה עולה בבירור על המהירות של 3G מסורתי, זה נקרא בפופולרי 3,75G.
הסיבה לכך היא שהמהירות של HSPA+ כל כך מהירה שהיא אפילו מנצחת את ה-LTE וה-WiMAX המוקדמים. לכן, באותו זמן, חלק מהמפעילים (למשל, T-Mobile בארה"ב) לא התחילו מיד לבנות LTE. עם זאת, הם שדרגו את רשת HSPA הנוכחית ל-HSPA+. אז סין עשתה את אותו הדבר.
4G בתעשיית הטלקומוניקציה
בשנת 1999, ועדת התקנים של IEEE הקימה קבוצת עבודה לפיתוח תקנים לרשתות עירוניות אלחוטיות. בשנת 2001 שוחררה רשמית הגרסה הראשונה של IEEE 802.16, שהפכה מאוחר יותר ל-IEEE 802.16m. IEEE 802.16 ידוע מאוחר יותר בשם WiMAX (חיבור עולמי לגישה למיקרוגל).
WiMAX הציגה טכנולוגיות מתקדמות כגון MIMO (רב אנטנה) ו-OFDM (ריבוי חלוקת תדרים אורתוגונלית). מהירות ההורדה הרבה יותר גבוהה וזה מפעיל לחץ רב על 3GPP.
אז, בהתבסס על UMTS, 3GPP מרחיבה את היישום של LTE (MIMO ו-OFDM) כדי להתחרות ב-WiMAX. מאוחר יותר, הוא המשיך להתפתח ל-LTE-Advanced (2009), והמהירות הוגברה מספר פעמים.
בשנת 2008, איגוד הטלקומוניקציה הבינלאומי ITU הוציא את הדרישות שבהן תקן הדור הרביעי חייב לעמוד, וקראה לו IMT-Advanced. רק 4GPP LTE-Advanced, IEEE 3m ו-TD-LTE-Advanced שהוצגו על ידי משרד התעשייה וטכנולוגיית המידע של סין באמת מוסמכים. במילים אחרות, אלו הם תקני 802.16G אמיתיים.
ב-14 בדצמבר 2009 נפתחה רשת שירותי ה-LTE הציבורית הראשונה בעולם בשטוקהולם ובאוסלו. ציוד הרשת מסופק על ידי אריקסון ו-Huawei, והמסוף מסופק על ידי סמסונג.
לאחר מלחמה תעשייתית עזה, LTE סוף סוף זכה ב-WiMAX וקיבל תמיכה והכרה עולמית. WiMAX איבד במהירות את החשמל ונשבר בקור.
עידן 5G
אנחנו לא צריכים לדבר על הפיתוח של 5G, נכון? כל אחד מאיתנו הוא עד להיסטוריה חדשה. כולנו היינו עדים כיצד פרויקט השותפות של הדור השלישי (3GPP) השיק 5G (IMT-2020) כדי לשלוט בעולם.
הזמן טס, הזמן טס. לאחר כמעט מאה של פיתוח, רשתות הסלולר צמחו מאפס, מחלשות לחזקות. הוא הניע את גלגל ההיסטוריה והאיץ את השינוי החברתי.
לאן ילך עתיד התקשורת הסלולרית? בוא נחכה ונראה!
