За последние 80 лет в телекоммуникационной отрасли произошел колоссальный рост. Многие современные энтузиасты смартфонов действительно не знают, насколько далеко продвинулась отрасль. Вот почему мы написали статью, чтобы взглянуть на развитие телекоммуникационной отрасли после Второй мировой войны.
Во время Второй мировой войны рации Motorola серии SCR добились больших успехов в поле боя. Он показал миру силу беспроводной связи. Это также вызвало у людей желание использовать их на гражданском рынке.
Первые мобильные телефоны
После войны, в 1946 году, компания AT&T в Соединенных Штатах присоединила беспроводной приемник к коммутируемой телефонной сети общего пользования (PSTN). Он также официально запустил услугу мобильной связи MTS (Mobile Telephone Service) для гражданского использования.
В MTS, если пользователь хочет позвонить, он должен вручную сначала найти свободный беспроводной канал. Если он получит канал, он поговорит с оператором, попросив другую сторону установить второе соединение через сеть PSTN.
Весь вызов использует полудуплекс, то есть только один абонент может говорить одновременно. При разговоре пользователь должен нажать кнопку «Нажми и говори» на телефоне. Не очень удобно, верно?
Метод тарификации или биллинга у MTS тоже очень примитивный. Оператор будет прослушивать разговор между двумя сторонами в течение всего процесса. Затем он вручную рассчитает стоимость по завершении разговора и подтвердит счет. Такова была первая коммерческая система мобильной связи в истории человечества.
Вы наверняка скажете, что мобильные телефоны были изобретены в 1970-х? Почему он существовал в 1940-х годах? Не паникуйте, этот «мобильный телефон» не является настоящим мобильным телефоном. На самом деле, это мобильный автомобильный телефон. Вернее, автомобильная полудуплексная ручная рация.
Автомобильная мобилка
В то время невозможно было изобрести мобильный телефон с использованием электронных технологий и аккумуляторов. Однако машин в то время было уже много.
В то время «базовая станция» тоже была очень большой, немного похожей на радио- и телебашню. Она была только одна в городе, и она была в центре города. Башня охватывала радиус 40 километров с очень высокой мощностью.
В декабре 1947 года исследователь Bell Labs Дуглас Х. Ринг впервые предложил идею «сотовой связи». Это знаменует начало развития телекоммуникационной отрасли. Он считает, что вместо того, чтобы вслепую увеличивать мощность передачи сигнала, лучше ограничить дальность передачи сигнала и управлять сигналом в пределах ограниченной области (соты).
Таким образом, разные соты могут использовать одну и ту же частоту, не воздействуя друг на друга, увеличивая пропускную способность системы.
Хотя идея сотовой связи очень хорошая, в то время было много ограничений. Таким образом, Bell Labs положила это на полку только как свою идею.
Европа и США разрабатывают автомобильный телефон
В 1950-х годах все большее число стран начали строить автомобильные телефонные сети. К примеру, в 1952 году Западная Германия запустила A-Netz. В 1961 году советский инженер Леонид Куприянович изобрел мобильный телефон ЛК-1, который также устанавливали на автомобиле. Позже в Советском Союзе была внедрена автомобильная телефонная система "Алтай", охватывающая более 30 городов страны.
В 1969 году США представили улучшенную автомобильную телефонную систему MTS под названием IMTS (Улучшенная MTS). IMTS поддерживает полнодуплексный режим, автоматический набор номера и автоматический поиск каналов и может предоставлять 11 каналов (позже 12). Это качественный скачок по сравнению с MTS.
В 1971 году Финляндия запустила общественную сеть мобильной связи ARP (Auto Radio Puhelin – Puhelin в переводе с финского означает телефон). Устройство работает в диапазоне частот 150 МГц, но все еще переключается вручную и в основном используется для автомобильных телефонных служб.
Будь то Altai, IMTS или ARP, позже ее назвали технологией мобильной связи "0G" или "Pre-1G" (перед 1G). Теперь посмотрим, что предлагает телекоммуникационная отрасль в период 1G.
Эпоха 1G в телекоммуникационной отрасли
Развитие полупроводниковых технологий дало больше возможностей для развития телекоммуникационной отрасли. Этого не было до 70-х годов. В 1973 году инженеры Motorola Мартин Купер и Джон Ф. Митчелл наконец-то изменили историю навсегда. Они изобрели первый в мире мобильный телефон (карманный персональный мобильный телефон).
Телефон получил название DynaTAC (Dynamic Adaptive Total Area Coverage). Его высота 22 см, вес 1,28 кг, он может говорить в течение 20 минут и оснащен огромной антенной.
В 1974 году Федеральная комиссия по связи (FCC) США одобрила часть радиочастотного спектра для использования при тестировании сотовых сетей. Однако эксперимент был отложен до 1977 г., прежде чем он официально начался. В то время в эксперименте участвовали два соперника – AT&T и Motorola.
Конгресс США в 1964 году «лишил» AT&T возможности коммерческого использования спутниковой связи. В отчаянии они создали в Bell Labs отдел мобильной связи в поисках новых возможностей.
Прогресс 1G – медленный, но стабильный
Между 1964 и 1974 годами Bell Labs разработала аналоговую систему под названием HCMTS (High-Volume Mobile Telephone System). Сигнальные и голосовые каналы системы используют модуляцию FM с пропускной способностью 30 кГц, а скорость передачи составляет 10 кбит/с.
Поскольку в то время не существовало организации по стандартизации беспроводных мобильных систем, AT&T установила собственный стандарт для HCMTS. Позже Ассоциация электронной промышленности (EIA) назвала эту систему Временным стандартом 3 (IS-3).
В 1976 году HCMTS сменила название на AMPS (Advanced Mobile Phone Service). AT&T использовала технологию AMPS для проведения испытаний FCC в Чикаго и Ньюарке.
Посмотрим еще раз на Motorola. Первоначально Motorola разработала технологию RCC (Radio Common Carrier) и заработала много денег. Поэтому они категорически возражали против предоставления FCC спектра для сотовой связи, чтобы не повлиять на их рынок RCC. Но в то же время они отчаянно развивали технологии сотовой связи и производили технические резервы. Так родилась компания DynaTAC.
После того как FCC опубликовала спектр, Motorola провела в Вашингтоне испытания на базе DynaTAC. Пока они все еще медленно экспериментировали, другие страны уже взяли инициативу.
Первая коммерческая сеть 1G в Японии
В 1979 году компания Nippon Telegraph and Telephone (NTT) запустила первую в мире коммерческую автоматизированную систему сотовой связи в столичном районе Токио. Позже эта система была признана первой в мире коммерческой сетью 1G.
В то время в системе было 88 базовых станций, поддерживающих полностью автоматическое переключение вызовов между разными сотовыми узлами без ручного вмешательства. Система использует технологию FDMA, полоса пропускания канала составляет 25 кГц, находится в полосе частот 800 МГц, а общее количество дуплексных каналов составляет 600.
1G в Европе
Два года спустя, в 1981 году, страны Северной Европы, Норвегия и Швеция, создали первую в Европе сеть мобильной связи 1G – NMT (Nordic Mobile Telephones). Вскоре к ним присоединились Дания и Финляндия. NMT стал первой в мире сетью мобильной связи с возможностью международного роуминга.
Позже NMT ввели Саудовскую Аравию, СССР и некоторые другие страны Балтии и Азии.
Motorola выпустила первый в мире коммерческий мобильный телефон 1G
В сентябре 1983 Motorola выпустила первый в мире коммерческий мобильный телефон DynaTAC 8000X.
DynaCT 8000XЭто устройство весит 1 кг и можно беспрерывно разговаривать в течение 30 минут. Полная зарядка занимает 10 часов, но цена составляет 3995 долларов.
1G в Южной и Северной Америках
В 1983 году Соединенные Штаты наконец-то упомянули о создании собственной коммерческой сети 1G. 13 октября 1983 г. компания Americitech Mobile Communications запустила первую в США сеть 1G на основе технологии AMPS.
В данной сети можно использовать как автомобильный телефон, так и DynaTAC 8000X. FCC выделила AMPS полосу пропускания 40 МГц в полосе частот 800 МГц. С такой полосой пропускания AMPS поддерживает 666 дуплексных каналов, а ширина полосы одного восходящего или нисходящего канала составляет 30 кГц. Позже FCC выделила дополнительную полосу пропускания 10 МГц. Таким образом, общее количество дуплексных каналов AMPS становится 832.
За первый год коммерческого использования Americitech продала около 1 мобильных телефонов DynaTAC 200X, набрав 8000 200 пользователей. Через пять лет количество пользователей стало 000 миллиона.
Быстро растущее количество пользователей намного превышает возможности сети AMPS. Позже для увеличения емкости Motorola представила узкополосную версию технологии AMPS, а именно NAMPS. Он делит действующий голосовой канал 30 кГц на три канала 10 кГц (общее количество каналов 2496) для экономии спектра и увеличения емкости.
Великобритания присоединяется к 1G
Помимо NMT и AMPS, еще одним широко используемым стандартом 1G является TACS (Total Access Communication Systems), впервые выпущенный в Великобритании.
В феврале 1983 г. британское правительство объявило, что две компании, BT (British Telecom) и Racal Millicom (предшественник Vodafone), построят сети мобильной связи TACS на основе технологии AMPS.
1 января 1985 г. Vodafone официально запустил услугу TACS (оборудование, приобретенное у Ericsson). В то время было всего 10 базовых станций покрывающих всю территорию Лондона.
Одноканальная полоса пропускания TACS составляет 25 кГц, восходящая линия связи использует 890-905 МГц, нисходящая линия связи 935-950 МГц, всего 600 каналов используются для передачи голосовых и управляющих сигналов.
Система TACS в основном разработана Motorola и является фактически модифицированной версией системы AMPS. За исключением полосы частот, разноса каналов, смещения частоты и скорости передачи сигналов они полностью идентичны.
В сравнении с NMT в Северной Европе рабочие характеристики TACS значительно отличаются. NMT подходит для малонаселенной сельской местности северных стран (Скандинавия). Он использует частоту 450 МГц (позднее измененную на 800 МГц) и имеет больший диапазон ячеек.
Преимущество TACS – это пропускная способность, а не расстояние покрытия. Система TACS обладает низкой мощностью передатчика и подходит для страны с высокой плотностью населения и крупных городских территорий, таких как Великобритания.
По мере увеличения числа пользователей TACS позже прибавил несколько полос частот (10 МГц) и стал ETACS (расширенный TACS). Японская NTT разработала JTACS на базе TACS.
Китай присоединяется к разработке 1G
Следует отметить, что первая базовая станция мобильной связи, построенная Китаем в Гуанчжоу в 1987 году, использовала технологию TACS, а партнером была Motorola.
Помимо AMPS, TACS и NMT, технология 1G также включает в себя C-Netz в Германии, Radiocom 2000 во Франции и RTMI в Италии. Эти успешные технологии известили о наступлении эры мобильной связи. Фактически, в телекоммуникационной отрасли не существовало такого названия, как 1G, в то время когда оно использовалось. Только после появления технологии 2G их назвали 1G, чтобы отличить их.
Эпоха 2G в телекоммуникационной отрасли
В 1982 году Европейская комиссия по почте и электросвязи учредила «Группу экспертов по мобильной связи», отвечающую за изучение стандартов связи.
Эта «мобильная экспертная группа», французское сокращение – GroupeSpécialMobile, позже значение этой аббревиатуры было изменено на «Глобальная система мобильной связи». Это то, что мы все теперь знаем как GSM.
Целью создания GSM является установление нового общеевропейского стандарта и развитие общеевропейской системы наземной мобильной связи. Они выдвигают требования по эффективному использованию спектра, недорогим системам, портативным терминалам и глобальному роумингу.
В последующие годы Европейская организация по стандартизации электросвязи (ETSI) смогла завершить разработку спецификаций GSM 900 МГц и 1800 МГц (DCS).
В 1991 году финская компания Radiolinja (ныне часть ELISA Oyj) запустила первую в мире сеть 2G на основе стандарта GSM.
Как мы все знаем, 2G использует цифровые технологии для замены аналоговой технологии 1G. Это значительно улучшает качество связи и устойчивость системы. Это также делает его более безопасным, надежным и снижает энергопотребление оборудованием.
Помимо GSM, еще одним широко известным стандартом 2G является CDMA, запущенный Qualcomm. Если быть точным это IS-95 или cdmaOne. IS-95 имеет две версии: IS-95А и IS-95Б. Первый может поддерживать пиковые скорости передачи данных до 14,4 кбит/с, а второй – до 115 кбит/с.
Помимо IS-95, Соединенные Штаты также производили IS-54 (Северная Америка, цифровая сотовая связь TDMA) и IS-136 (1996). Собственно, 2G – это не только GSM и CDMA. Ассоциация производителей сотовой связи разработала цифровую версию AMPS, основанную на технологии AMPS под названием D-AMPS (Digit-AMPS). В действительности это стандарт 2G. Другой стандарт 2G – это PDC (Personal Digital Cellular) из Японии.
Эра 2.5G
В конце 20 века, когда произошел взрывной рост Интернета, люди выдвинули большой спрос на мобильный доступ в Интернет. Таким образом, стартовал GPRS (General Packet Radio Service, General Packet Radio Service).
Мы можем рассматривать GPRS как «плагин» GSM. С помощью GPRS сеть может обеспечивать скорость передачи данных до 114 Кбит/с.
Первое предложение о GPRS было сделано в 1993 году. Однако потребовалось еще четыре года, чтобы первая фаза сделки состоялась в 1997 году. Это, вероятно, поворотный момент в истории сотовой связи, а также отрасли телекоммуникаций. В тот момент услуги передачи данных стали основным направлением развития мобильной связи.
Эпоха 2.75G
После запуска технологии GPRS операторы связи также разработали более быструю технологию. Эта технология является усовершенствованной скоростью передачи данных для развития GSM (EDGE). Конечно, все мы знаем или слышали об EDGE в какой-то момент своей жизни.
Самая большая особенность EDGE заключается в том, что он может обеспечить вдвое большую скорость передачи данных по сравнению с GPRS без замены оборудования. Первая в мире сеть EDGE была развернута AT&T в 2003 году в ее собственной сети GSM.
Эпоха 3G в телекоммуникационной отрасли
В 1996 году в Европе был основан форум UMTS (Универсальная система мобильной связи), сосредоточившийся на координации исследований в области европейских стандартов 3G. Европейский лагерь в лице Nokia, Ericsson и Alcatel ясно осознает преимущества CDMA. Таким образом они разработали систему W-CDMA с аналогичными принципами.
Он называется W-CDMA (Wide-CDMA), потому что его полоса пропускания канала достигает 5 МГц, что шире, чем 1,25 МГц CDMA2000.
Многие люди не понимают отношения между UMTS и WCDMA. Фактически, UMTS – это общий термин для обозначения 3G в Европе. WCDMA является реализацией UMTS и обычно относится к части беспроводного интерфейса. TD-SCDMA, о котором мы будем говорить позже, также относится к UMTS.
Чтобы иметь возможность конкурировать с Соединенными Штатами, European ETSI также совместно учредила 3GPP (проект партнерства третьего поколения) с Японией, Китаем и т.д., чтобы сотрудничать в разработке глобальных стандартов мобильной связи третьего поколения.
В противоположность этому, в североамериканском лагере разные мнения.
Жесткая конкуренция с 3G
Компании, представленные Lucent и Nortel, поддерживают WCDMA и 3GPP. Однако такие компании как Qualcomm объединились с Южной Кореей, чтобы сформировать организацию 3GPP2, чтобы конкурировать с 3GPP. Вводимый ими стандарт – это стандарт CDMA2000, разработанный на основе CDMA 1X (IS-95).
Хотя CDMA2000 является стандартом 3G, начальная пиковая скорость невысока, всего 153 кбит/с. Позже, благодаря переходу на EVDO (EVolution Data Optimized) скорость передачи данных значительно улучшилась. Он обеспечивал пиковую скорость загрузки 14,7 Мбит/с и максимальную скорость загрузки 5,4 Мбит/с.
В этот период Китай также запустил свою собственную программу кандидатов, работающую в стандарте 3G (также известную как TD-SCDMA) для совместного участия в международном конкурсе.
После жесткой конкуренции и игры Международный союз электросвязи (ITU), наконец, подтвердил три глобальных стандарта 3G, а именно: WCDMA в Европе, CDMA2000 в США и TD-SCDMA в Китае.
Что касается прогресса в коммерциализации 3G, японская NTT снова лидирует.
1 октября 1998 г. NTT Docomo запустила первую в мире коммерческую сеть 3G (на основе WCDMA) в Японии.
3.75G эра в телекоммуникационной отрасли
На основе UMTS, ETSI и 3GPP разработали HSPA (высокоскоростной пакетный доступ), HSPA+, двухканальный HSPA+ и HSPA+Evolution. Скорость этих сетевых технологий очевидно превосходит скорость обычного 3G, в народе его именуют 3,75G.
Это потому, что скорость HSPA+ настолько высока, что даже превосходит ранние LTE и WiMAX. Поэтому в то время некоторые операторы (например, T-Mobile в США) не сразу приступили к строительству LTE. Однако они обновили действующую сеть HSPA до HSPA+. Китай тогда сделал то же самое.
4G в телекоммуникационной отрасли
В 1999 году Комитет по стандартам IEEE основал рабочую группу по разработке стандартов беспроводных городских сетей. В 2001 году была официально выпущена первая версия IEEE 802.16, которая позже была превращена в IEEE 802.16m. IEEE 802.16 позже широко известен как WiMAX (всемирное соединение для микроволнового доступа).
WiMAX представил передовые технологии, такие как MIMO (многоантенная) и OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением). Скорость загрузки значительно выше, и это оказывает большое давление на 3GPP.
Итак, на основе UMTS, 3GPP расширяет внедрение LTE (MIMO и OFDM), чтобы конкурировать с WiMAX. Позже он продолжил развиваться в LTE-Advanced (2009 г) и скорость была увеличена в несколько раз.
В 2008 году Международный союз электросвязи ITU издал требования, которым должен отвечать стандарт 4G, и назвал его IMT-Advanced. Только 3GPP LTE-Advanced, IEEE 802.16m и TD-LTE-Advanced, представленные Министерством промышленности и информационных технологий Китая, действительно квалифицированы. Другими словами, это подлинные стандарты 4G.
14 декабря 2009 г. в Стокгольме и Осло открылась первая в мире общедоступная сервисная сеть LTE. Сетевое оборудование поставляется от Ericsson и Huawei, а терминал – от Samsung.
После ожесточенной промышленной войны LTE окончательно победил WiMAX и получил всемирную поддержку и признание. WiMAX быстро потерял питание и был разбит на морозе.
Эпоха 5G
Нам не нужно говорить о развитии 5G, не правда ли? Каждый из нас – свидетель новой истории. Мы все были свидетелями того, как проект партнерства третьего поколения (3GPP) запустил 5G (IMT-2020), чтобы доминировать в мире.
Время летит, время летит. После почти столетия развития сети мобильной связи выросли с нуля, из слабых в сильные. Он привел в движение колесо истории и ускорил социальные перемены.
Куда уйдет будущее мобильной связи? Подождем и посмотрим!
