Żyjemy w czasach, w których życie bez naszych telefonów komórkowych wydaje się co najmniej bardzo nietypowe. Według raportu firmy Ericsson (Ericsson Mobility Report Nov 2019), w III kwartale 2019 roku było około 8 miliardów subskrypcji mobilnych, co może oznaczać, że możemy już mieć więcej subskrypcji mobilnych na tym świecie niż ludzi. Na początku lat 80-tych, kiedy to wszystko się zaczęło, telefony komórkowe były bardziej luksusowym przedmiotem dla tych spośród nas, którzy potrzebowali wykonywać ważne połączenia telefoniczne, będąc w ruchu. Wtedy jeszcze mieliśmy telefony stacjonarne, ale zapotrzebowanie na mobilność konsekwentnie rosło od komunikacji tylko głosowej we wczesnych latach 80. do praktycznie każdego trybu komunikacji dzisiaj. Pojawienie się smartfonów było prawdziwym game-changerem, który przekształcił nasze telefony komórkowe w minikomputery, gdzie połączenia głosowe są tylko jedną z wielu dostępnych opcji.
While ewolucja urządzeń mobilnych może być oczywistą częścią, jest to postęp technologiczny w ogólnym ekosystemie komunikacji mobilnej, która uczyniła to wszystko możliwym. Sieci komórkowe od początku swojego istnienia doczekały się znacznych ulepszeń w celu przezwyciężenia kluczowych wyzwań związanych z możliwościami, jakością i bezpieczeństwem. Sieci te stale ewoluowały od pierwszej generacji (1G) sieci komórkowych we wczesnych latach 80. do piątej generacji (5G), którą mamy obecnie. Możesz dowiedzieć się więcej o 5G w innym poście, klikając na ten link.
Czy sieci komórkowe zawsze były cyfrowe?
W dzisiejszym świecie słowo „cyfryzacja” jest dość często używane przez operatorów komórkowych i innych dostawców usług komunikacyjnych. Przy dostępnych już sieciach 5G, które mogą potencjalnie zdigitalizować wiele branż, trudno sobie wyobrazić czasy, w których same sieci mobilne nie były cyfrowe. Pierwsza generacja sieci komórkowych (1G) była analogowa i wykorzystywała Frequency Division Multiple Access (FDMA) jako interfejs powietrzny umożliwiający łączność bezprzewodową. Era cyfrowa sieci komórkowych rozpoczęła się na początku lat 90. wraz z wprowadzeniem sieci drugiej generacji (2G), które były bardziej bezpieczne. Kluczowymi technologiami, które umożliwiły powstanie sieci 2G, były GSM (Global System for Mobile Communications) oraz D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone System). Możesz dowiedzieć się więcej o sieciach cyfrowych i analogowych, sprawdzając ten post.
2G
Druga generacja (2G) sieci komórkowych wprowadziła dwie nowe technologie dostępu TDMA (Time Division Multiple Access) i CDMA (Code Division Multiple Access) do mieszanki. Dla uproszczenia, technologia dostępu jest to, co łączy telefon komórkowy do sieci komórkowej poprzez wysyłanie i odbieranie sygnałów przez interfejs powietrza bezprzewodowo.
GSM był najszerzej wdrożony standard dla drugiej generacji sieci komórkowych. Wykorzystywał on kombinację FDMA i TDMA do oferowania usług komunikacji mobilnej. W GSM, dostępne widmo częstotliwości jest najpierw podzielone na mniejsze kanały częstotliwości, a następnie podzielone dalej w oparciu o szczeliny czasowe. Pierwotne pasmo częstotliwości dla sieci GSM wynosiło od 890 MHz do 915 MHz dla uplink i od 935 MHz do 960 MHz dla downlink. To pasmo częstotliwości jest znane jako podstawowe pasmo GSM lub P-GSM. Pierwotne pasmo GSM zostało później rozszerzone w celu dodania 10 MHz zarówno do uplinku, jak i do downlinku.
GPRS lub General Packet Radio Service był rozszerzeniem istniejącej sieci GSM w celu skutecznego świadczenia usług mobilnej transmisji danych. GPRS mógł zaoferować szczytowe prędkości downlink do 171.2 kbps. Później pojawiło się kolejne rozszerzenie o nazwie EDGE (Enhanced Data for Global Evolution), które zwiększyło szczytową prędkość łącza w dół do 384 kb/s. GPRS i EDGE są czasami określane jako odpowiednio 2,5G i 2,75G. Możesz dowiedzieć się więcej o GSM w naszym dedykowanym poście na GSM klikając tutaj.
Nawet dzisiaj, po prawie 30 latach do ich pierwszego wprowadzenia, nadal można uzyskać telefony GSM. Jeśli myślisz o GSM z perspektywy komórkowej, to jesteś lepiej z coraz każdy smartphone, który obsługuje 2G/3G/4G. Ale jeśli myślisz o GSM jako alternatywa dla telefonu stacjonarnego, nadal można uzyskać ładny wyglądający telefon GSM i używać go jako telefonu domowego do połączeń głosowych. Jest jeden telefon GSM od Easyfone, który jest dostarczany z podstawką do ładowania i wygląda prawie jak telefon bezprzewodowy. Ponieważ jest to telefon GSM, można go zabrać poza dom, a nawet podróżować z nim bez obawy o utratę połączenia tak długo, jak długo istnieje zasięg GSM. Możesz znaleźć ten telefon na stronie Amazon tutaj lub Amazon UK tutaj.
D-AMPS lub Digital AMPS był inny standard 2G, który również używał kombinacji FDMA i TDMA dla interfejsu powietrza. Czas wprowadzenia D-AMPS był podobny do czasu wprowadzenia GSM, tj. na początku lat 90-tych. D-AMPS wykorzystuje do komunikacji to samo pasmo częstotliwości, co jego odpowiednik 1G – AMPS (Advanced Mobile Phone System), które wynosi od 824 MHz do 894MHz. Więcej o D-AMPS i AMPS można dowiedzieć się w naszym dedykowanym poście tutaj. W tym samym okresie, trzecia technologia o nazwie Interim Standard 1995 (IS-95) została wprowadzona, która używała CDMA (Code Division Multiple Access) dla interfejsu powietrznego. Szczegóły dotyczące IS-95 można znaleźć w naszym dedykowanym poście na ten temat tutaj.
3G
Były dwie kluczowe ścieżki dla trzeciej generacji sieci komórkowych (3G) i obie były oparte na Code Division Multiple Access (CDMA). Pierwszą ścieżką był Universal Mobile Telecommunications Systems (UMTS), który był używany do migracji sieci GSM do 3G. Drugi tor był CDMA2000, który umożliwił IS-95 (cdmaOne), jak również D-AMPS do migracji do 3G.
UMTS był oparty na Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA) i mógł zaoferować szczytowe prędkości downlink do 2 Mbps. Ponieważ GSM, GPRS i EDGE wykorzystywały inną technologię dostępu radiowego, migracja do UMTS wymagała unowocześnienia radiowych stacji bazowych w celu obsługi WCDMA. Sieci UMTS wykorzystywały to samo podejście oparte na komutacji pakietów, które stosowały GPRS i EDGE, oraz wykorzystywały SGSN i GGSN w sieci rdzeniowej do obsługi mobilnych usług transmisji danych. Ponieważ sieci UMTS zostały zaprojektowane z myślą o współistnieniu z sieciami GSM, były one dobrze zintegrowane, aby zapewnić możliwość przekazywania danych między technologiami (IRAT – Inter Radio Access Technology). Ogólną architekturę sieci WCDMA opartych na UMTS można zobaczyć na poniższym diagramie. Jeśli jesteś zainteresowany szczegółowymi aspektami projektowania sieci WCDMA, możemy polecić przeczytanie WCDMA Design Handbook na stronie Amazon tutaj lub Amazon UK tutaj.
Dla klientów oznaczało to nowe telefony komórkowe 3G/UMTS zdolne do obsługi nowej technologii dostępu, jak również nowe częstotliwości, które sieci UMTS zatrudniały. Podobnie jak technologie GPRS i EDGE zostały wprowadzone jako ulepszenia do GSM, HSPA (High-Speed Packet Access) został wprowadzony jako ulepszenie do sieci UMTS. Rozszerzenie to koncentrowało się na jeszcze większym zwiększeniu szybkości transmisji danych w sieciach 3G. HSPA jest połączeniem HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) i HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access). Może ona oferować szczytowe prędkości downlink i uplink odpowiednio do 14,4 Mbps i 5,76 Mbps. Wraz z dalszym udoskonaleniem w postaci HSPA+, prędkości te wzrosły do 42 Mb/s i 11,5 Mb/s. Jeśli potrzebujesz więcej informacji na temat HSPA i HSPA+, możesz sprawdzić nasz dedykowany post na ten temat, klikając tutaj.
Jeśli chcesz uzyskać szybki podsumowujący widok sieci UMTS, sprawdź ten 3-minutowy film.
Migracja 3G dla dwóch innych technologii 2G D-AMPS i IS-95 przebiegała inną drogą i wykorzystywała CDMA2000. CDMA2000, znany również jako CDMA2000 1xRTT lub IS-2000 jest następcą wcześniejszego standardu IS-95 (cdmaOne) i oferuje mobilne usługi 3G, jak określono w IMT2000 (International Mobile Telecommunication specifications for the year 2000). CDMA2000 jest wstecznie kompatybilny ze swoim poprzednikiem IS-95, co sprawia, że upgrade z IS-95 do CDMA2000 jest łatwy i bezproblemowy. Wykorzystuje to samo pasmo nośne 1,25 MHZ i jest zarówno przełączane obwodowo, jak i pakietowo. Podobnie jak HSPA został wprowadzony w celu poprawy prędkości danych w sieciach UMTS, technologia o nazwie EVDO (Evolved Data Optimized) została wprowadzona w CDMA2000, aby zaoferować wyższe prędkości danych. EVDO może zaoferować szczyt downlink i uplink prędkości do 14.7 Mbps i 5.4 Mbps odpowiednio. Jeśli jesteś zainteresowany, możesz sprawdzić nasz dedykowany post na IS-95 i CDMA2000 klikając tutaj. Mamy również post na temat EVDO, który można znaleźć tutaj.
4G
Czwarta generacja sieci komórkowych (4G) została umożliwiona przez nową technologię o nazwie LTE, która jest skrótem od Long Term Evolution (sieci komórkowych). LTE jest ścieżką migracji 4G dla kluczowych technologii 3G, w tym Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) i CDMA2000. Inna technologia WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) może również zapewnić ścieżkę uaktualnienia 4G, ale LTE jest główną technologią stosowaną na całym świecie do wdrażania sieci 4G.
W przeciwieństwie do GSM i UMTS, LTE wykorzystuje oddzielne technologie dostępu wielokrotnego dla downlink (stacja bazowa do telefonu komórkowego) i uplink (telefon komórkowy do stacji bazowej). Wykorzystuje ortogonalne FDMA (OFDMA) dla łącza „w dół” i FDMA z jedną nośną (SC-FDMA) dla łącza „w górę”. LTE jest znacznie bardziej wydajne niż wcześniejsze technologie 3G, a także zmniejsza opóźnienia w przesyłaniu danych. Osiągalne prędkości przesyłu danych zależą od tego, o którym smaku LTE mówimy, ale następujące szczytowe prędkości przesyłu danych mogą być osiągnięte:
- LTE – do 300 Mb/s w downlinku
- LTE Advanced – do 1Gb/s w downlinku
- LTE Advanced pro – do 3 Gb/s w downlinku
Jak możesz myśleć, te prędkości prawie nigdy nie są osiągalne w prawdziwym życiu, ponieważ są to prędkości szczytowe. Rzuć okiem na ten post, aby dowiedzieć się o rzeczywistych średnich prędkościach, które można uzyskać w sieciach 4G LTE.
Możesz dowiedzieć się więcej o LTE w naszym dedykowanym poście klikając tutaj. Jeśli szukasz dogłębnego odniesienia do LTE Advanced, polecamy LTE-Advanced: A Practical Systems Approach to Understanding 3GPP LTE Releases 10 and 11 Radio Access Technologies. Książkę można znaleźć na stronie Amazon tutaj lub na stronie Amazon UK tutaj.
Podsumowując; GSM, UMTS i LTE reprezentują odpowiednio technologie sieci komórkowych 2G, 3G i 4G. GSM to skrót od Global System for Mobile Communications, UMTS to skrót od Universal Mobile Telecommunications System, a LTE to skrót od Long Term Evolution (of Mobile Networks). GSM używa TDMA i FDMA dla swojego interfejsu powietrznego, UMTS używa WCDMA, a LTE używa kombinacji OFDMA i SC-FDMA.
Niektóre z linków w tym poście są „linkami afiliacyjnymi”, czyli linkami ze specjalnym kodem śledzenia. Oznacza to, że jeśli użytkownik kliknie na link partnerski i zakupi przedmiot, możemy otrzymać prowizję partnerską bez dodatkowych kosztów dla użytkownika.
Commsbrief Limited jest uczestnikiem Amazon Services LLC Associates Program, programu reklamowego dla podmiotów stowarzyszonych, mającego na celu zapewnienie środków dla witryn do zarabiania opłat reklamowych poprzez reklamy i łącza do Amazon.com i Amazon.co.uk.
.