Portfolio

Pierwsze sieci telefonii komórkowej, czyli sieci pierwszej generacji 1G (1st Generation) powstały na przełomie lat 70. i 80. XX wieku, choć pomysł pojawił się w laboratoriach firmy Bell Telephone Company już w latach 40. Pierwsze komercyjne usługi telefonii mobilnej zaoferowano w latach 80., wykorzystując kilka konkurujących ze sobą technologii analogowych. Największą popularność zdobyły dwie spośród nich: skandynawski system NMT (Nordic Mobile Telephony System) oraz amerykański AMPS (Advanced Mobile Phone System), znany w Europie jako TACS.

Oprócz oczywistej zalety, czyli mobilności, telefonia 1G posiadała istotne wady ograniczające jej szerokie rozpowszechnienie. Użytkownicy musieli liczyć się z niskim poziomem bezpieczeństwa (ryzykiem podsłuchu), brakiem transmisji danych i roamingu międzynarodowego, a także brakiem wzajemnej kompatybilności sieci, niską wydajnością, ograniczonym pokryciem terytorialnym, ciężkimi terminalami ze słabymi bateriami oraz wysokimi kosztami korzystania z tej telefonii. Ze względu na swoje ograniczenia, żadna z sieci 1G na świecie nie uzyskała poziomu penetracji rynku powyżej 5%.

Telefonia 1G najszybciej rozwinęła się w latach 90. w Finlandii i Szwecji, natomiast pierwsza polska sieć komórkowa została uruchomiona w roku 1992 przez firmę PTK Centertel. Podobnie jak sieci skandynawskie, korzystała ona z technologii NMT. Po wprowadzeniu do Polski telefonii komórkowej 2G, PTK Centertel zmienił nazwę swojej sieci na Idea i skupił się na rozwijaniu usług w systemie GSM. W kolejnych latach, po zmianach właścicielskich, firma zmieniła także swoją nazwę na Orange Polska.

Analogowy telefon Dyna Motorola TAC 8000X był pierwszym przenośnym terminalem oferowanym w telefonii 1G. Masową produkcję tego urządzenia rozpoczęto w roku 1983, natomiast pierwsze egzemplarze trafiły do sprzedaży w następnym roku. Zainteresowanie tym telefonem, a także telefonią mobilną było ogromne. 

Telefonia 2G powstała w Finlandii w roku 1991. Jej istotą była transmisja cyfrowa, która w porównaniu z analogowymi sieciami 1G, umożliwiła zwiększenie pojemności sieci i zasięgu, zwiększenie stabilności przepływu, poprawę jakości rozmów, obniżenie negatywnego oddziaływania telefonów na zdrowie, a także wprowadzenie nowych usług, takich jak SMS, mobilny dostęp do Internetu, telefaks, telekonferencje oraz identyfikacja abonenta po karcie SIM. 

Telefonia 2G korzystała z technologii GSM (Global System For Mobile Communications). Miała pierwotnie służyć w dwunastu krajach EWG (Europejskiej Wspólnoty Gospodarczej), ale w krótkim czasie pojawiła się w ponad dwustu krajach. Polskie sieci GSM900 powstały w roku 1996. Ich operatorami była Polska Telefonia Cyfrowa (Era GSM) i Polkomtel (Plus GSM). W roku 1998 dołączył PTK Centertel (Idea GSM), wykorzystując technologię GSM1800 (DCS). W drugiej połowie lat 90. pojawiły się technologie GPRS i EDGE, będące rozszerzeniem standardu GSM. Ich wdrożenie określone zostało jako telefonia 2,5G i 2,75G. 

GPRS był najczęściej wykorzystywanym standardem mobilnej transmisji danych, zapewniającym szybkość 30-80 Kbs. Usługa SMS (160 znaków) stworzyła podstawę dla usługi MMS oferującej przesyłanie długich tekstów oraz plików multimedialnych. Technologia EDGE, nazywana również EGPRS, zaoferowała natomiast transfer z szybkością 296 Kbs, co umożliwiło wdrożenie takich usług jak: dostęp do poczty elektronicznej i intranetu, surfowanie po Internecie, korzystanie z serwisów multimedialnych i prostych gier, wykorzystywanie telefonu jako modem lub internetowy komunikator, a także do strumieniowej transmisji wideo i posługiwania się narzędziami lokalizacyjnymi.

Pierwszym telefonem obsługującym standard GSM była Nokia1011. 

Technologia UMTS była pierwszym standardem technicznym, który zakładał możliwość pełnego dostępu do Internetu w sieciach komórkowych. Transmisję głosu i danych traktowała równorzędnie. Została opracowana jako system integrujący wszystkie systemy telekomunikacyjne – teleinformatyczne, radiowe i telewizyjne. Sieci 3G oferowały możliwość wykonywania połączeń głosowych, wideorozmów, wysyłania wiadomości tekstowych oraz przesyłania danych.

Technologia UMTS została pomyślana jako rozszerzenie sieci 2G. Wiele elementów obu sieci pozostawało wspólnych, np. cyfrowe centrale  służące do zestawiania połączeń głosowych (MSC). Bez większych zmian pozostawała sieć szkieletowa, natomiast potrzebna była nowa radiowa sieć dostępowa (UTRAN) z interfejsem WCDMA. Mniejsze komórki wymagały postawienia wielu stacji bazowych (NodeB), odmiennych od stacji BTS w sieciach GSM. Sieci 2G i 3G mogły ze sobą współpracować. Rozwój sieci 3G istotnie wpłynął na usługi telefonii stacjonarnej, które zaczęły tracić na swojej popularności.

Technologia UMTS nie okazała się jednak tak rewolucyjna, jak pierwotnie zakładano. Szybko wyczerpywała się wydajność sieci, ponieważ rosła liczba użytkowników potrzebujących stałego, bezprzewodowego dostępu do Internetu. Wysokie opłaty koncesyjne oraz koszty rozbudowy infrastruktury 3G spowodowały, że marzenia o stworzeniu platformy łączącej ludzi, komputery i inne urządzenia nie spełniły się. Okazało się, że prognozy dotyczące zysków z telefonii 3G były mocno przesadzone. Liczono, że tzw. killer application przynoszącym wysokie przychody będą wideorozmowy. Zainteresowanie rynku tą usługą okazało się jednak znikome. 

Sieci 3G oparte na technologii UMTS oferowały transfer z prędkością do 386Kbs. Zastosowanie technologii HSDPA i HSUPA (modyfikacji oprogramowania w stacjach bazowych i kontrolerach) umożliwiło podniesienie transferu do 14,4 Mbs, a przez to zwiększenie pojemności sieci oraz odporności transmisji radiowej na zakłócenia atmosferyczne. Takie zmodernizowane sieci określano jako 3,5G.  

Telefonia 4G to kolejny etap ewolucji telefonii komórkowej, umożliwiający bezprzewodowe przesyłanie danych ze średnią prędkością 225 Mbs. Pierwszą komercyjną sieć 4G uruchomiono w roku 2009 w Skandynawii, wykorzystując standard techniczny LTE. Główną cechą odróżniającą sieci 3G od 4G jest prędkość transferu. Podstawowe zalety sieci 4G to: szybki transfer bez przestojów i zakłóceń, dziesięciokrotnie szybszy czas reakcji w porównaniu z sieciami 3G, udoskonalony interfejs radiowy, komutacja pakietów na protokole IP oraz uproszczona struktura sieci szkieletowej.

Wdrożenie LTE umożliwiło dostęp do zaawansowanych serwisów multimedialnych oraz gier online, wiązało się to jednak z koniecznością poniesienia znacznych kosztów na modernizację interfejsu radiowego oraz wymiany aparatów telefonicznych. Interfejs radiowy LTE używa technologii OFDM do transmisji downlink oraz SC-FDMA (DFTS-FDMA) do transmisji uplink. Jest to jedna z najbardziej widocznych różnic w stosunku do technologii UMTS, która bazuje na interfejsie WCDMA.

Sieć komórkowa 4G wykorzystuje agregację pasm radiowych, co pozwala na większy zasięg i obsługę większej liczby urządzeń, a także pracę jednego urządzenia odbiorczego (smartfona, modemu) na kilku częstotliwościach jednocześnie. O jakości korzystania z sieci 4G decyduje odległość od nadajnika, ukształtowanie terenu, parametry urządzenia odbiorczego, a także liczba aktywnych użytkowników połączonych z tą samą stacją bazową.

Około 99,8% mieszkańców Polski jest w zasięgu sieci 4G. Zwiększanie pojemności sieci dokonywane jest między innymi poprzez tzw. refarming, czyli wykorzystywanie częstotliwości obsługujących 3G przez sieci 4G. Zwiększenie prędkości i pojemności sieci umożliwiło podłączenie do bezprzewodowej transmisji danych nie tylko smartfonów, ale również telewizorów, lodówek, robotów sprzątających i smartwatch’y.

Pierwsze polskie sieci 5G uruchomione zostały w roku 2020. Działają na podobnej zasadzie jak sieci 2G, 3G i 4G. Różnica polega na sposobie wykorzystaniu częstotliwości radiowych w trzech pasmach (3,4-3,8 GHz, 700 Mhz, 24,25-27,5 GHz). Ich pełna implementacja pozwoli na transfer danych liczony w gigabajtach na sekundę, czyli z prędkością porównywalną ze stacjonarnymi sieciami światłowodowymi. Sieci 5G charakteryzują się zwiększoną pojemnością, pozwalającą na jednoczesną obsługę wielu urządzeń rożnego typu, co w praktyce oznacza realizację koncepcji tzw. Internetu rzeczy, rozwój inteligentnych miast i wirtualnej rzeczywistości.

Standard IMT-2020 ustalony przez Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ITU) określa dla sieci 5G wymagania przepływności downlink do 20Gbs i uplink do 10Gbs. Umożliwi to dostęp do wysokich prędkości również dla użytkowników stacjonarnych, z możliwością obsłużenia 1 miliona urządzeń na 1 km kwadratowym. Możliwe będzie dziesięciokrotne zwiększenie szybkości pobierania plików w porównaniu z sieciami 4G, streaming wideo w rozdzielczości 4K-8K, korzystanie z gier w chmurze, a także wiele zastosowań w sterowaniu infrastrukturą miast i w medycynie. Ocenia się, że infrastruktura 5G będzie siłą napędową czwartej rewolucji przemysłowej. 

Sieci 5G współistnieją z sieciami 4G i je uzupełniają. Wykorzystują metodę Dynamic Spectrum Sharing, polegającą na dynamicznym przydzielaniu zasobów radiowych pomiędzy tymi dwoma sieciami, w zależności od bieżących potrzeb użytkownika. Podczas ustanawiania połączenia 5G użytkownik łączy się z siecią 4G dla zapewnienia sygnalizacji kontrolnej oraz z siecią 5G aby umożliwić szybsze połączenie i zwiększenie pojemności sieci 4G. 

Wysoka gęstość  stacji bazowych w sieciach 5G, a także zastosowanie promieniowania mikrofalowego budzi wiele obaw dotyczących negatywnego oddziaływania na ludzkie zdrowie. Obawy budzi ponadto poddanie ludzkiego życia pełnej inwigilacji i kontroli przez systemy elektroniczne. Wiele badań naukowych wskazuje na powiązania promieniowania radiowego w sieciach komórkowych z chorobami. Zastrzeżenia zostały zgłoszone między innymi do WHO i ONZ. 

Kolejnym systemem komunikacji bezprzewodowej będą sieci 6G pracujące w wyższych częstotliwości niż sieci 5G (100 GHz-3THz). Umożliwi to transmisję danych z prędkościami około 1 Tbps, a także znacznie większą przepustowość. W systemie 6G zwiększy się udział sztucznej inteligencji oraz rozwiązań chmurowych. Mają być one połączeniem świata fizycznego z rzeczywistością wirtualną oraz organizmami biologicznymi. Przewiduje się, że 6G pozostanie główną technologią komunikacji mobilnej około roku 2030-2035.