Under de senaste 80 åren har telekommunikationsindustrin upplevt en enorm tillväxt. Många smartphoneentusiaster idag vet inte riktigt hur långt branschen har kommit. Det är därför vi skrev den här artikeln för att titta på utvecklingen av telekommunikationsindustrin efter andra världskriget.
Under andra världskriget nådde Motorolas SCR-serie walkie-talkies stora framgångar på slagfältet. Han visade världen kraften i trådlös kommunikation. Det fick också folk att vilja använda dem på den civila marknaden.
De första mobiltelefonerna
Efter kriget, 1946, kopplade AT & T i USA en trådlös mottagare till PSTN (Public Switched Telephone Network). Han lanserade också officiellt MTS (Mobile Telephone Service) för civilt bruk.
I MTS, om en användare vill ringa ett samtal, måste han först manuellt hitta en gratis trådlös kanal. Om den tar emot en kanal kommer den att prata med operatören och be den andra parten att upprätta en andra anslutning över PSTN-nätet.
Hela samtalet använder halvduplex, vilket innebär att endast en uppringare kan tala åt gången. Under ett samtal måste användaren trycka på talknappsknappen på telefonen. Inte särskilt bekvämt, eller hur?
Metoden för laddning eller fakturering i MTS är också mycket primitiv. Operatören kommer att lyssna på samtalet mellan de två parterna under hela processen. Den kommer sedan att manuellt beräkna kostnaden efter att samtalet är över och bekräftar räkningen. Detta var det första kommersiella mobila kommunikationssystemet i mänsklighetens historia.
Du skulle nog säga att mobiltelefoner uppfanns på 1970-talet? Varför fanns det på 1940-talet? Få inte panik, den där "mobilen" är inte en riktig mobiltelefon. Det är faktiskt en mobil biltelefon. Närmare bestämt en walkie-talkie för bil i halv duplex.
Bil mobiltelefon
På den tiden var det omöjligt att uppfinna en mobiltelefon med hjälp av elektronisk teknik och batterier. Däremot fanns det många bilar redan vid den tiden.
På den tiden var "basstationen" också mycket stor, lite lik ett radio- och tv-torn. Hon var den enda i staden, och de hade henne i centrum av staden. Tornet täckte en radie på 40 kilometer med extremt hög effekt.
I december 1947 föreslog Bell Labs-forskaren Douglas H. Ring först idén om "cellulär kommunikation". Detta markerar början på utvecklingen av telekommunikationsindustrin. Han menar att istället för att blint öka signalöverföringseffekten är det bättre att begränsa signalöverföringsområdet och styra signalen inom ett begränsat område (celler).
Således kan olika celler använda samma frekvens utan att påverka varandra, vilket ökar systemets bandbredd.
Även om idén med cellulär kommunikation är mycket bra, fanns det många begränsningar vid den tiden. Så Bell Labs skrinlade det som bara deras idé.
Europa och USA utvecklar en biltelefon
På 1950-talet började fler och fler länder bygga biltelefonnät. Till exempel lanserade Västtyskland 1952 A-Netz. 1961 uppfann den sovjetiske ingenjören Leonid Kupriyanovych också mobiltelefonen LK-1, som också var installerad på en bil. Senare, i Sovjetunionen, implementerades biltelefonsystemet "Altai" som täckte mer än 30 städer i landet.
1969 introducerade USA ett förbättrat MTS biltelefonsystem som heter IMTS (Improved MTS). IMTS stöder full-duplex-läge, automatisk uppringning och automatisk kanalsökning och kan tillhandahålla 11 kanaler (senare 12). Detta är ett kvalitativt språng jämfört med MTS.
1971 lanserade Finland det publika mobilnätet ARP (Auto Radio Puhelin – Puhelin betyder telefon på finska). Den här enheten fungerar i 150 MHz-bandet men växlas fortfarande manuellt och används främst för biltelefontjänster.
Oavsett om det var Altai, IMTS eller ARP, kallades det senare "0G" eller "Pre-1G" (före 1G) mobilkommunikationsteknik. Låt oss nu se vad telekommunikationsindustrin har att erbjuda i 1G-eran.
Eran av 1G inom telekommunikationsindustrin
Utvecklingen av halvledarteknologier gav fler möjligheter för utvecklingen av telekommunikationsindustrin. Detta skedde inte förrän på 70-talet. 1973 ändrade Motorola-ingenjörerna Martin Cooper och John F. Mitchell äntligen historien för alltid. De uppfann världens första riktiga mobiltelefon (en personlig fickmobil).
Telefonen fick namnet DynaTAC (Dynamic Adaptive Total Area Coverage). Den är 22 cm lång, väger 1,28 kg, kan prata i 20 minuter och är utrustad med en enorm antenn.
1974 godkände US Federal Communications Commission (FCC) en del av radiofrekvensspektrumet för användning vid testning av cellulära nätverk. Experimentet försenades dock till 1977 innan det officiellt började. Vid den tiden deltog två rivaler i experimentet - AT & T och Motorola.
Den amerikanska kongressen 1964 "berövade" AT & T möjligheten till kommersiell användning av satellitkommunikation. I desperation skapade de en mobilkommunikationsavdelning på Bell Labs, som letade efter nya möjligheter.
1G-utvecklingen är långsam men stadig
Mellan 1964 och 1974 utvecklade Bell Labs ett analogt system som heter HCMTS (High-Volume Mobile Telephone System). Systemets signal- och röstkanaler använder FM-modulering med en bandbredd på 30 kHz och en överföringshastighet på 10 kbit/s.
Eftersom det inte fanns någon organisation för trådlösa mobila standarder vid den tiden, etablerade AT&T sin egen standard för HCMTS. Electronics Industry Association (EIA) döpte senare detta system till Interim Standard 3 (IS-3).
1976 bytte HCMTS namn till AMPS (Advanced Mobile Phone Service). AT & T använde AMPS-teknik för att utföra FCC-tester i Chicago och Newark.
Låt oss titta på Motorola igen. Motorola utvecklade först RCC-teknik (Radio Common Carrier) och tjänade mycket pengar. Därför motsatte de sig starkt att FCC ger spektrumet till cellulär kommunikation för att inte påverka deras RCC-marknad. Men samtidigt utvecklade de desperat cellulär kommunikationsteknik och gjorde tekniska reserver. Så här föddes DynaTAC.
Efter att FCC släppt spektrumet genomförde Motorola DynaTAC-baserade försök i Washington. Medan de fortfarande långsamt experimenterade hade andra länder redan tagit ledningen.
Det första kommersiella 1G-nätverket i Japan
1979 lanserade Nippon Telegraph and Telephone (NTT) världens första kommersiella automatiserade cellulära kommunikationssystem i Tokyos storstadsområde. Detta system erkändes senare som världens första kommersiella 1G-nätverk.
Vid den tiden hade systemet 88 basstationer som stödde helautomatisk växling av samtal mellan olika cellulära noder utan manuell inblandning. Systemet använder FDMA-teknik, kanalbandbredden är 25 kHz, den är i frekvensbandet 800 MHz och det totala antalet duplexkanaler är 600.
1G i Europa
Två år senare, 1981, skapade länderna i Nordeuropa, Norge och Sverige det första 1G-mobilkommunikationsnätverket i Europa - NMT (Nordic Mobile Phones). Danmark och Finland anslöt sig snart till dem. NMT blev världens första mobila kommunikationsnät med möjlighet till internationell roaming.
Senare introducerades NMT av Saudiarabien, Sovjetunionen och några andra baltiska och asiatiska länder.
Motorola släppte världens första kommersiella 1G-mobiltelefon
I september 1983 släppte Motorola världens första kommersiella mobiltelefon, DynaTAC 8000X.
DynaCT 8000XDenna enhet väger 1 kg och kan prata kontinuerligt i 30 minuter. En full laddning tar 10 timmar, men priset är $3995 XNUMX.
1G i Syd- och Nordamerika
1983 kom USA äntligen ihåg att bygga sitt eget kommersiella 1G-nät. Den 13 oktober 1983 lanserade Americitech Mobile Communications det första 1G-nätverket baserat på AMPS-teknik i USA.
Både biltelefonen och DynaTAC 8000X kan användas i detta nätverk. FCC har allokerat 40 MHz bandbredd till AMPS i 800 MHz-frekvensbandet. Med denna bandbredd stöder AMPS 666 duplexkanaler, och bandbredden för en uppströms eller nedströms kanal är 30 kHz. Senare tilldelade FCC ytterligare 10 MHz bandbredd. Således blir det totala antalet duplex AMPS-kanaler 832.
Under det första året av kommersiell användning sålde Americitech cirka 1 200 DynaTAC 8000X-mobiltelefoner och nådde 200 000 användare. Efter fem år blev antalet användare 2 miljoner.
Det snabbt växande antalet användare överstiger vida kapaciteten hos AMPS-nätverket. Senare, för att öka kapaciteten, introducerade Motorola en smalbandsversion av AMPS-tekniken, nämligen NAMPS. Den delar upp den nuvarande 30 kHz röstkanalen i tre 10 kHz kanaler (det totala antalet kanaler blir 2496) för att spara spektrum och öka kapaciteten.
Storbritannien ansluter sig till 1G
Förutom NMT och AMPS är en annan allmänt använd 1G-standard TACS (Total Access Communication Systems), som först släpptes i Storbritannien.
I februari 1983 meddelade den brittiska regeringen att två företag, BT (British Telecom) och Racal Millicom (Vodafones föregångare), skulle bygga TACS-mobilkommunikationsnät baserade på AMPS-teknik.
Den 1 januari 1985 lanserade Vodafone officiellt tjänsten TACS (utrustning köpt från Ericsson). På den tiden fanns det bara 10 basstationer som täckte hela Londonområdet.
Enkanals TACS-bandbredden är 25 kHz, upplänken använder 890-905 MHz, nedlänken använder 935-950 MHz, totalt 600 kanaler används för att sända röst- och styrsignaler.
TACS-systemet utvecklades i första hand av Motorola och är egentligen en modifierad version av AMPS-systemet. Förutom frekvensbandet, kanalavstånd, frekvensskift och signalöverföringshastighet är de helt identiska.
Jämfört med NMT i norra Europa är driftegenskaperna för TACS väsentligt annorlunda. NMT är lämpligt för glesbefolkade landsbygdsområden i nordliga länder (Skandinavien). Den använder en frekvens på 450 MHz (senare ändrad till 800 MHz) och har ett större cellområde.
Fördelen med TACS är bandbredd, inte täckningsavstånd. TACS-systemet har låg sändareffekt och är lämpligt för länder med hög befolkningstäthet och stora stadsområden som Storbritannien.
När antalet användare ökade lade TACS senare till flera frekvensband (10 MHz) och blev ETACS (Extended TACS). Japanska NTT utvecklade JTACS baserat på TACS.
Kina ansluter sig till 1G-utvecklingen
Det är värt att notera att den första mobila basstationen som byggdes av Kina i Guangzhou 1987 använde TACS-teknik, och Motorola var partnern.
Utöver AMPS, TACS och NMT inkluderar 1G-tekniken även C-Netz i Tyskland, Radiocom 2000 i Frankrike och RTMI i Italien. Dessa framgångsrika tekniker inledde en tid präglad av mobil kommunikation. Faktum är att det inte fanns något sådant namn som 1G i telekommunikationsbranschen vid den tidpunkt då det användes. Först efter tillkomsten av 2G-tekniken kallades de 1G för att särskilja dem.
Eran av 2G inom telekommunikationsindustrin
1982 inrättade Europeiska kommissionen för post och telekommunikation "Group of Experts on Mobile Communication", som kommer att ansvara för studier av kommunikationsstandarder.
Denna "mobila expertgrupp", den franska förkortningen är GroupeSpécialMobile, senare ändrades innebörden av denna förkortning till "Global System of Mobile Communication". Detta är vad vi alla nu känner som GSM.
Syftet med att skapa GSM är att etablera en ny pan-europeisk standard och utveckla ett pan-europeiskt landmobilt kommunikationssystem. De lägger fram krav på effektiv användning av spektrumet, lågkostnadssystem, portabla terminaler och global roaming.
Under de följande åren kunde European Telecommunications Standardization Organization (ETSI) slutföra utvecklingen av specifikationerna för GSM 900 MHz och 1800 MHz (DCS).
1991 lanserade det finska företaget Radiolinja (nu en del av ELISA Oyj) världens första 2G-nät baserat på GSM-standarden.
Som vi alla vet använder 2G digital teknik för att ersätta den analoga tekniken för 1G. Detta förbättrar avsevärt kvaliteten på kommunikationen och systemets stabilitet. Det gör den också säkrare, mer pålitlig och sänker utrustningens energiförbrukning.
Förutom GSM är en annan allmänt känd 2G-standard CDMA lanserad av Qualcomm. För att vara exakt är det IS-95 eller cdmaOne. IS-95 har två versioner: IS-95A och IS-95B. Den förra kan stödja toppdatahastigheter på upp till 14,4 kbps och den senare upp till 115 kbps.
Förutom IS-95 producerade USA även IS-54 (Nordamerika, TDMA digital cellular) och IS-136 (1996). Egentligen är 2G inte bara GSM och CDMA. Association of Cellular Manufacturers har utvecklat en digital version av AMPS baserad på AMPS-teknik som kallas D-AMPS (Digit-AMPS). Det är faktiskt en 2G-standard. En annan 2G-standard är PDC (Personal Digital Cellular) från Japan.
Eran av 2.5G
I slutet av 20-talet, när Internets explosiva tillväxt skedde, ställde människor en stor efterfrågan på mobil tillgång till Internet. Således startade GPRS (General Packet Radio Service, General Packet Radio Service).
Vi kan betrakta GPRS som en "plug-in" av GSM. Med hjälp av GPRS kan nätverket ge en dataöverföringshastighet på upp till 114 Kbps.
Den första meningen om GPRS gjordes 1993. Det tog dock ytterligare fyra år innan den första fasen av avtalet ägde rum 1997. Detta är förmodligen en vändpunkt i historien om cellulär kommunikation, såväl som telekommunikationsindustrin. Vid den tiden blev dataöverföringstjänster den huvudsakliga riktningen för utvecklingen av mobilkommunikation.
Era 2.75G
Efter lanseringen av GPRS-tekniken utvecklade även kommunikationsoperatörerna snabbare teknik. Denna teknik är en förbättrad datahastighet för GSM (EDGE) utveckling. Naturligtvis känner vi alla till eller har hört talas om EDGE någon gång i våra liv.
Den största egenskapen hos EDGE är att den kan ge dubbelt så hög dataöverföringshastighet som GPRS utan att ersätta hårdvaran. Världens första EDGE-nätverk installerades av AT&T 2003 på sitt eget GSM-nät.
Eran av 3G inom telekommunikationsindustrin
1996 grundades forumet UMTS (Universal Mobile Communications System) i Europa, som fokuserade på att samordna forskning inom området för europeiska 3G-standarder. Det europeiska lägret representerat av Nokia, Ericsson och Alcatel är tydligt medvetna om fördelarna med CDMA. Således utvecklade de ett W-CDMA-system med liknande principer.
Det kallas W-CDMA (Wide-CDMA) eftersom dess kanalbandbredd når 5 MHz, vilket är bredare än CDMA1,25:s 2000 MHz.
Många människor förstår inte förhållandet mellan UMTS och WCDMA. Faktum är att UMTS är den generiska termen för 3G i Europa. WCDMA är en implementering av UMTS och hör vanligtvis till den trådlösa gränssnittsdelen. TD-SCDMA, som vi kommer att prata om senare, tillhör också UMTS.
För att kunna konkurrera med USA, etablerade europeiska ETSI också gemensamt 3GPP (XNUMXrd Generation Partnership Project) med Japan, Kina, etc. för att samarbeta i utvecklingen av globala XNUMXG mobilkommunikationsstandarder.
Däremot går åsikterna isär i det nordamerikanska lägret.
Hård konkurrens med 3G
Företag representerade av Lucent och Nortel stödjer WCDMA och 3GPP. Men företag som Qualcomm slog sig ihop med Sydkorea för att bilda 3GPP2-organisationen för att konkurrera med 3GPP. Standarden de introducerade är standarden CDMA2000, som är baserad på CDMA 1X (IS-95).
Även om CDMA2000 är en 3G-standard är den initiala topphastigheten inte hög, bara 153 kbps. Senare, med övergången till EVDO (EVolution Data Optimized), förbättrades dataöverföringshastigheten avsevärt. Den levererade en maximal nedladdningshastighet på 14,7 Mbps och en maximal uppladdningshastighet på 5,4 Mbps.
Under denna period lanserade Kina också sitt eget kandidatprogram som verkar i 3G-standarden (även känd som TD-SCDMA) för att gemensamt delta i den internationella tävlingen.
Efter hård konkurrens och spel har International Telecommunication Union (ITU) äntligen bekräftat tre globala 3G-standarder, nämligen: WCDMA i Europa, CDMA2000 i USA och TD-SCDMA i Kina.
När det gäller framsteg inom 3G-kommersialisering, leder Japans NTT återigen vägen.
Den 1 oktober 1998 lanserade NTT Docomo världens första kommersiella 3G (WCDMA-baserade) nätverk i Japan.
3.75G-eran inom telekommunikationsindustrin
Baserat på UMTS har ETSI och 3GPP utvecklat HSPA (höghastighetspaketaccess), HSPA +, dubbelkanals HSPA + och HSPA + Evolution. Hastigheten på dessa nätverkstekniker överstiger klart hastigheten för traditionell 3G, den kallas i folkmun 3,75G.
Det beror på att hastigheten på HSPA+ är så snabb att den till och med slår tidiga LTE och WiMAX. Därför började vissa operatörer (till exempel T-Mobile i USA) inte omedelbart bygga LTE. Däremot uppgraderade de det nuvarande HSPA-nätverket till HSPA+. Kina gjorde sedan samma sak.
4G inom telekommunikationsbranschen
1999 inrättade IEEE Standards Committee en arbetsgrupp för att utveckla standarder för trådlösa stadsnät. År 2001 släpptes den första versionen av IEEE 802.16 officiellt, som senare omvandlades till IEEE 802.16m. IEEE 802.16 är senare allmänt känd som WiMAX (Worldwide Connection for Microwave Access).
WiMAX introducerade avancerad teknik som MIMO (multi-antenna) och OFDM (ortogonal frekvensdelningsmultiplexering). Nedladdningshastigheten är mycket högre och detta sätter stor press på 3GPP.
Så, baserat på UMTS, utökar 3GPP implementeringen av LTE (MIMO och OFDM) för att konkurrera med WiMAX. Senare fortsatte den att utvecklas till LTE-Advanced (2009), och hastigheten ökades flera gånger.
2008 utfärdade International Telecommunication Union ITU de krav som 4G-standarden måste uppfylla och kallade den IMT-Advanced. Endast 3GPP LTE-Advanced, IEEE 802.16m och TD-LTE-Advanced introducerade av Kinas industriminister och informationsteknologi är verkligen kvalificerade. Detta är med andra ord riktiga 4G-standarder.
Den 14 december 2009 öppnades världens första publika LTE-tjänstnät i Stockholm och Oslo. Nätverksutrustning levereras av Ericsson och Huawei, och terminalen levereras av Samsung.
Efter ett häftigt industrikrig vann LTE äntligen WiMAX och fick globalt stöd och erkännande. WiMAX tappade snabbt strömmen och gick sönder i kylan.
Era 5G
Vi behöver väl inte prata om utvecklingen av 5G? Var och en av oss är ett vittne om en ny historia. Vi har alla sett hur Third Generation Partnership Project (3GPP) lanserade 5G (IMT-2020) för att dominera världen.
Tiden går, tiden går. Efter nästan ett sekel av utveckling har mobilnäten vuxit från grunden, från svaga till starka. Han satte historiens hjul i rörelse och påskyndade social förändring.
Vart tar framtiden för mobil kommunikation vägen? Låt oss vänta och se!
