A vynález mobilního telefonu byl hlavním technologickým milníkem, který změnil způsob, jakým komunikujeme. Přestože si mnoho lidí spojuje vývoj mobilních telefonů s americkými společnostmi, vůbec první mobilní telefon vznikl v Sovětském svazu.
V roce 1958 vyvinul Voroněžský vědecký výzkumný ústav komunikací (VNIIS, nyní Constellation) systém Altaj – první mobilní telefon na světě. Systém se skládal z účastnických telefonů, základnových stanic a anténních systémů, které zajišťovaly stabilní komunikaci mezi účastníky. Bylo to plnohodnotné telefonní spojení, které fungovalo jako běžný telefon – našlo volný rádiový kanál, navázalo spojení, přeneslo volané telefonní číslo a zaručeně spojilo účastníky.
Při vývoji systému Altaj čelili sovětští inženýři řadě problémů. Jedna základnová stanice mohla obsluhovat pouze jednu metropoli a měla pouze 16 rádiových kanálů. Anténa instalovaná na nejvyšším místě v oblasti mohla zajistit komunikaci pouze na desítky kilometrů v okolí. Navzdory těmto potížím fungoval v roce 1970 systém Altaj ve třiceti městech Sovětského svazu, včetně Moskvy a Leningradu.
Altajský systém používali především sovětští straničtí a hospodářští vůdci, kteří používali telefony instalované přímo ve svých služebních vozech. Úspěch systému vedl sovětské inženýry k dalšímu zdokonalování systému, včetně rozšiřování rozsahu rozhlasových kanálů, zmenšení předplatitelských stanic a včasného nasazení systému pro olympijské hry v roce 1980.
Stojí za zmínku, že americký prototyp takového mobilního telefonu byl uveden na trh rok po uvedení sovětského mobilního systému do provozu a jeho komerční provoz byl zahájen v roce 1969. Proto lze tvrdit, že SSSR byl lídrem ve vývoji mobilních komunikací na úsvitu vývoje této technologie. Systém Altaj byl pozoruhodným úspěchem v historii technologie mobilních telefonů, který připravil cestu pro budoucí inovace v oblasti mobilních komunikací.
První západní mobilní projekty byly komerční. Jednou z prvních iniciativ byl systém pokročilý Telefoní číslo Telefon Systém (AMPS), který byl spuštěn v roce 1978 společností Zvon Labs v USA. AMPS byl analogový systém, který používal vícenásobný přístup s frekvenčním dělením (rozšíření FDMA) pro rozdělení frekvenčního spektra na samostatné kanály pro více uživatelů. Tato technologie umožňovala používat stejnou frekvenci současně více uživateli na různých místech, což byl na tehdejší dobu velký průlom.
Na počátku 1980. let byl ve Skandinávii vyvinut systém Nordický Telefoní číslo Telefon (NMT), což byl digitální systém využívající vícenásobný přístup s časovým dělením (TDM rozšíření) pro rozdělení frekvenčního spektra do časových úseků pro více uživatelů. To umožnilo zvýšit kapacitu a zlepšit kvalitu hovoru ve srovnání s AMPS.
V roce 1983 byla ve Spojených státech spuštěna první komerční mobilní síť Ameritech v Chicagu. Tato síť využívala technologii AMPS a umožnil uživatelům telefonovat ze svých autotelefonů. Během několika příštích let byly mobilní sítě spuštěny v dalších zemích, včetně Japonska, Velké Británie a Německa.
První digitální mobilní síť byla spuštěna v roce 1991 ve Spojených státech amerických sprint pomocí technologie vícenásobného přístupu s dělením kódu (CDMA). CDMA umožnilo zvýšit kapacitu a zlepšit kvalitu hovoru ve srovnání s AMPS и TDM rozšíření.
Princip mobilní komunikace
Buněčná komunikace je komplexní systém, který zajišťuje bezdrátovou komunikaci mezi dvěma nebo více mobilními zařízeními na velké vzdálenosti pomocí rádiových vln. Principem fungování celulární komunikace je síť buněk, z nichž každá je obsluhována základnovou stanicí.
Když uživatel zavolá nebo pošle zprávu, mobilní zařízení odešle signál do nejbližší základnové stanice. Základnová stanice pak směruje signál přes řadu mobilních věží a spojovacích center, dokud nedosáhne svého cíle. Signál je přenášen ve formě rádiových vln, které jsou vysílány v určitém frekvenčním rozsahu.
Mobilní síť je rozdělena do několika frekvenčních pásem, každé pásmo je také rozděleno do několika kanálů, z nichž každý je schopen přenášet více hovorů nebo dat současně. Když uživatel zavolá nebo pošle zprávu, signál je přenášen jedním z těchto kanálů.
Mobilní komunikace využívá dvě hlavní technologie: vícenásobný přístup s kódovým dělením (CDMA, považovaný za zastaralý, ale stále se používá ve Spojených státech) a Global System for Mobile Communications (GSM). CDMA přiděluje každému hovoru jedinečný kód, který umožňuje souběžné vysílání více hovorů na stejném kanálu. V GSM používá techniku multiplexování s časovým dělením, která rozděluje každý kanál do více časových úseků, což umožňuje sekvenčně vysílat více hovorů.
Kromě hlasových hovorů a zpráv podporuje mobilní síť také přenos dat, jako je procházení internetu, e-maily a multimediální zprávy. Data jsou přenášena pomocí různých technologií, včetně obecně Paket rádio Servis (GPRS), Enhanced Data ceny for GSM vývoj (EDGE), Dlouhodobý vývoj (LTE) a 5G.
Mobilní komunikace se spoléhá na komplexní síť základnových stanic, věží mobilních telefonů, přepínacích center a frekvenčních pásem, které zajišťují bezdrátovou komunikaci na velké vzdálenosti.
základnové stanice
Buňková základnová stanice je klíčovou součástí celulární sítě, která umožňuje bezdrátovou komunikaci mezi mobilními zařízeními a infrastrukturou. Hraje klíčovou roli při poskytování bezdrátové komunikace mezi mobilními zařízeními a celulární sítí.
Buňková základnová stanice se obvykle skládá z následujících součástí:
· Transceiver: Transceiver je zodpovědný za vysílání a příjem rádiových signálů z mobilních zařízení. Skládá se z vysílače a přijímače, které jsou schopny vysílat a přijímat signály v určitém frekvenčním rozsahu.
· Anténa: Anténa se používá k vysílání a příjmu rádiových signálů mezi základnovou stanicí a mobilními zařízeními. Obvykle se instaluje na věž nebo střechu, aby poskytoval optimální pokrytí.
· Napájení: Základna vyžaduje ke svému provozu stálé napájení. Bývá připojen k elektrické síti nebo k záložnímu zdroji energie.
· Jednotka zpracování základního pásma: Jednotka zpracování základního pásma je zodpovědná za kódování a dekódování digitálních signálů přijímaných z mobilních zařízení.
· Řídicí jednotka: Řídící jednotka řídí provoz základnové stanice a spolupracuje s ostatními součástmi celulární sítě.
Provoz celulární základnové stanice zahrnuje následující fáze:
· Skenování: Základna prohledává dostupné rádiové kanály, aby navázala komunikaci s mobilními zařízeními.
· Autentizace: Základnová stanice ověřuje mobilní zařízení, aby se ujistila, že mají oprávnění pro přístup k mobilní síti.
· Předání: Když se mobilní zařízení přesunou z jedné buňky do druhé, základnová stanice předá komunikaci další buňce, aby byla zajištěna nepřetržitá komunikace.
· Kódování a dekódování: Základní stanice kóduje a dekóduje digitální signály přijímané z mobilních zařízení, aby byla zajištěna integrita a bezpečnost komunikace.
· Správa sítě: Základna komunikuje s ostatními součástmi celulární sítě za účelem řízení síťového provozu a zajištění optimálního výkonu.
Mobilní zařízení
Mobilní telefon, také známý jako mobilní telefon, je komplexní zařízení skládající se z několika modulů, které spolupracují na poskytování komunikačních, multimediálních a internetových funkcí. Zde jsou hlavní moduly typického mobilního telefonu a jak fungují:
· Procesor: Jedná se o „mozek“ telefonu, který je zodpovědný za řízení a koordinaci všech jeho funkcí. Moderní telefony jsou vybaveny výkonnými procesory, které zvládnou složité úkoly, jako je hraní her, střih videa a tak dále.
· Paměť: Paměť telefonu zahrnuje RAM (paměť s náhodným přístupem) i úložiště. RAM slouží k dočasnému ukládání dat a aplikací, které se právě používají, zatímco dlouhodobá paměť slouží k ukládání souborů, fotografií a aplikací nainstalovaných v telefonu.
· Displej: Modul displeje obsahuje obrazovku, podsvícení a dotykový senzor. Obrazovka je obvykle LCD popř OLEDpanel, který zobrazuje obrázky a text, a dotykový senzor, který uživatelům umožňuje interakci s telefonem dotykem, přejetím nebo stisknutím obrazovky.
· Baterie: Bateriový modul napájí telefon a umožňuje mu pracovat bez připojení. Moderní telefony používají lithium-iontové baterie, které poskytují vysokou hustotu energie a dlouhou životnost baterie.
· Fotoaparát: Většina telefonů se dodává s alespoň jedním modulem fotoaparátu, který obsahuje objektiv, snímač a obrazový procesor. Fotoaparát umožňuje uživatelům pořizovat fotografie a videa a některé špičkové telefony jsou dokonce vybaveny více fotoaparáty pro lepší kvalitu obrazu a kreativnější možnosti.
· Mobilní modul: Mobilní modul je zodpovědný za připojení telefonu k mobilní síti a umožňuje uživatelům volat a odesílat zprávy. Zahrnuje anténu, rádiový přijímač a modem, které převádějí digitální data na rádiové vlny přenášené sítí.
· Moduly Wi-Fi и Bluetooth: Tyto moduly umožňují připojení telefonu k dalším zařízením a sítím pomocí technologie Wi-Fi nebo Bluetooth. Wi-Fi používá se pro vysokorychlostní přenos dat a přístup k internetu a Bluetooth – pro komunikaci na krátkou vzdálenost s jinými zařízeními, jako jsou sluchátka, reproduktory a chytré hodinky.
· Senzory: Mnoho telefonů má několik vestavěných senzorů, včetně akcelerometru, gyroskopu, kompasu a senzoru přiblížení. Tyto senzory poskytují informace o orientaci telefonu, pohybu a okolí a používají se také k aktivaci funkcí, jako je automatické otáčení, GPS a sledování kondice.
Buněčné generace
Buněčné sítě se od svého vzniku výrazně vyvinuly, počínaje první generací (2G) a končící nejnovějšími sítěmi páté generace (5G). Každá generace celulárních sítí přinesla výrazné zlepšení rychlosti, spolehlivosti a datové propustnosti.
Mobilní sítě 2G
Druhá generace (2G) celulární sítě zavedly v 1990. letech 2. století digitální celulární komunikaci, která nahradila analogovou celulární technologii první generace. Na sítích XNUMXG byly použity technologie vícenásobného přístupu s časovým dělením (TDM rozšíření) a vícenásobný přístup s dělením kódu (CDMA) pro přenos hlasu a dat. Hlavní výhoda sítí 2G spočívalo v tom, že využívali rádiové frekvenční spektrum efektivněji a umožnili více uživatelům používat stejné frekvenční pásmo.
Mobilní sítě 3G
Třetí generace (3G) mobilní sítě se objevily na počátku 2000. století a přinesly několik vylepšení oproti 2 sítímG. Sítě 3G poskytovala vyšší rychlosti přenosu dat, což umožnilo poskytování multimediálních služeb, jako jsou videokonference, mobilní televize a vysokorychlostní přístup k internetu. Hlavní technologie používaná ve 3 sítíchG, je širokopásmový vícenásobný přístup s kódovým dělením (WCDMA), který poskytuje vyšší rychlosti přenosu dat než Network 2G. Sítě 3G Zavedli jsme také nová bezpečnostní opatření na ochranu uživatelských dat a soukromí.
Mobilní sítě 4G
Čtvrtá generace (4G) mobilní sítě se objevily na konci roku 2000 a přinesly významná zlepšení oproti 3 sítímG. Sítě 4G poskytoval vyšší rychlost přenosu dat, nižší latenci a větší propustnost ve srovnání se 3 sítěmiG, díky čemuž jsou vhodné pro aplikace s velkou šířkou pásma, jako je streamování videa, online hry a virtuální realita. Hlavní technologie používaná ve 4 sítíchGJe Dlouhodobý vývoj (LTE), který poskytuje špičkovou rychlost stahování až 1 Gbps a rychlost odesílání až 500 Mbps. Na 4 sítíchG byly také představeny pokročilé funkce, jako je technologie Voice over LTE (Volta) a agregace operátorů pro zvýšení propustnosti sítě.
Mobilní sítě 5G
Pátá generace (5G) mobilní sítě jsou nejnovější a nejpokročilejší mobilní technologie, které jsou dnes k dispozici. Sítě 5G slibují, že přinesou extrémně vysoké datové rychlosti, ultra nízkou latenci a obrovskou kapacitu, což umožní jejich použití v nových oblastech, jako jsou samořídící auta, operace na dálku a chytrá města. Hlavní technologie používaná v sítích 5G, je nové rádio (NR), která využívá frekvence a technologii milimetrových vln MIMO (vícenásobný vstup a vícenásobný výstup) pro poskytování špičkových rychlostí stahování až 20 Gbps a rychlosti odesílání až 10 Gbps.
Vyhlídky
Jednou z nejvýznamnějších vyhlídek pro mobilní technologii je pokračující růst internetu věcí (IoT). Pod IoT rozumí propojení zařízení, objektů a systémů, což jim umožňuje vyměňovat si data a komunikovat mezi sebou. Buněčná technologie je důležitou hnací silou vývoje IoT, protože poskytuje spolehlivý, bezpečný a vysokorychlostní přenos dat.
Další důležitou perspektivou pro celulární technologii je rozvoj sítí 6G. Přestože 5G je stále ve fázi zavádění, výzkumníci a vědci již pracují na vytvoření nové generace buněčné technologie. Očekává se, že sítě 6G poskytne ještě vyšší rychlosti přenosu dat, spolehlivější připojení a nižší latenci než 5G. Kromě toho se očekává, že sítě 6G bude podporovat nové aplikace, jako je holografická komunikace, virtuální realita a dálkové ovládání autonomních vozidel.
A konečně se očekává, že celulární technologie bude hrát zásadní roli při překonávání digitální propasti. Přístup k vysokorychlostním datovým připojením se stává stále důležitějším nejen pro osobní komunikaci a zábavu, ale také pro přístup k důležitým službám, jako je zdravotnictví, vzdělávání a vládní služby. S pokračujícím zaváděním mobilních sítí ve venkovských a nedostatečně obsluhovaných oblastech bude mít více lidí přístup k internetu a výhodám, které poskytuje.
