Mi az a sok G, avagy a mobilhálózatok története

Már az ősemberek is szerettek fény-, hang- és füstjelekkel „vezeték nélkül” kommunikálni, de hogyan alakult ki a napjainkban elterjedt hordozható és kényelmes kommunikációs rendszer? Már 5 G-nél tartunk, de milyenek voltak az elődök?

A nulladik generáció (0G)

A legelső mobiltelefon-, vagy inkább rádiótelefon-szolgáltatás közvetlenül a második világháború után vált elérhetővé. A „nulladik generációs” elnevezés arra utal, hogy a modern mobiltelefon technológiát ezek a mobil rádiótelefon rendszerek előzték meg.

A 0G rendszerekben használt technológiák közé tartoztak a PTT (Push to Talk), az MTS (mobiltelefon-rendszer), az IMTS (továbbfejlesztett mobiltelefon-szolgáltatás), az AMTS (fejlett mobiltelefon-rendszer), az OLT (norvégul az Offentlig Landmobil Telefoni, a nyilvános szárazföldi mobiltelefon) és az MTD (svéd rövidítés a Mobilelefonisystem D, vagy a D mobiltelefon rendszer).

Ezek a korai mobiltelefon-rendszerek már elérhetőek voltak kereskedelmi forgalomban.

Nyilvános kapcsolt telefonhálózat részei voltak, saját telefonszámokkal, nem pedig egy olyan zárt hálózat része, mint egy rendőrségi rádió vagy taxi diszpécserrendszer. Leginkább személygépkocsikba vagy teherautókba szerelték a Motorola készülékeket, bár táskamodellek is készültek. Az elsődleges felhasználók favágók, építési munkások, ingatlanügynökök és hírességek voltak. Alapszintű hangkommunikációra használták őket.

Az első generáció (1G)

1979-ben vezették be, a letöltési sebessége 2 Kbps volt, és a 450 MHz-es frekvenciasávot használták. Az első generációba tartoznak a celluláris alapú mobil rádiós rendszerek azon típusai, melyek úgy tették lehetővé a cellaváltást beszélgetés közben, hogy a hívás emiatt ne szakadjon meg. Ugyanis a nulladik generációnál még nem volt lehetőség a megszakítás nélküli cellaváltásra.

Az 1G-nél alkalmazták a mobiltelefon-rendszert (MTS), a fejlett mobiltelefon-rendszert (AMTS), a továbbfejlesztett mobiltelefon-szolgáltatást (IMTS) és a push beszélgetést (PTT).

Az 1G vezeték nélküli hálózatok leginkább analóg rádiójeleket használtak. Az 1G-n keresztül a hanghívások magasabb, körülbelül 150 MHz-es frekvenciára modulálódtak, amikor a rádiótornyok között továbbítódtak. Az 1G modulációja jelzésátvitelre (digitális) a PSK-, hangra (analóg) pedig az FM.

Az 1G rendszer hátránya volt a kis kapacitású megbízhatatlan közvetítés és a rossz minőségű hangkapcsolatok. Biztonsági szempontból is igen kifogásolható volt, mivel a hanghívásokat rádiótornyokban játszották le, így ezek a hívások kiszolgáltatottak voltak nem kívánt harmadik felek által történő lehallgatásra, bár már elérhető volt titkosítási technológia.

Különböző országokban különböző 1G szabványokat alkalmaztak. Ilyen szabvány az északi országokban, Kelet-Európában és Oroszországban használt NMT (Nordic Mobile Telephone), az AMPS (Advanced Mobile Phone System), amelyet az Egyesült Államokban használnak, a TACS (Total Access Communications System) az Egyesült Királyságban, a C-Netz Nyugat-Németországban, a Radiocom 2000 Franciaországban és az RTMI Olaszországban.

Magyarországon a Westel Rádiótelefon Kft. mutatta be az 1G-s technológiát 1991-ben.

Második generáció (2G)

A második generációs cellás távközlési hálózatokat 1991-ben a Radiolinja, egy finn GSM szolgáltató hozta kereskedelmi forgalomba. A letöltési sebessége 100 Kbps. Használt frekvenciák: 900MHz és 1800MHz.

A GSM-szolgáltatást több mint 2 milliárd ember használja több mint 212 országban. Népszerűsége annak köszönhető, hogy nemzetközi roaming a világ szinte bármely pontján használható. A SIM (Subscriber Identity Module) kártya is a GSM hozadéka.

A 2G előnyeiként megemlítendő, hogy jobb a beszélgetés hangminősége, mivel a beszédhang és a jelzés (a vonal „zaja”) szét volt választva. A digitális adatszolgáltatás használata segíti a mobilhálózat-üzemeltetőket abban, hogy rövid üzenetszolgáltatást vezessenek be a mobiltelefonokon keresztül.

A 2G-nél említendő meg a 2.5 G szabvány, vagyis a GPRS (General Packet Radio Service), mely lehetővé tette a multimédiás tartalmak küldését, továbbá a 2.75G volt az EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) szabvány. Az EDGE nagy előnye, hogy rövidebb idő alatt továbbítja az adatokat, mint a GPRS technológia. Például egy 40 KB-os szöveges fájltovábbítás az EDGE-vel csak 2 másodpercbe telik, a GPRS-technológiából történő átvitellel ez 6 másodperc alatt valósul meg. Az EDGE technológia használatának legnagyobb előnye, hogy nincs szükség további hardver és szoftver telepítésére. Ráadásul, ha egy személy GPRS-technológia felhasználó volt, akkor ezt a technológiát további díjak megfizetése nélkül is használhatja.

2002. április 18-a egy fontos dátum, ugyanis a Westel ekkor indította útjára Magyarországon az MMS szolgáltatást, a világon elsőként.

Harmadik generáció (3G)

Az első kereskedelmi forgalom előtti 3G hálózatot Japán indította útjára, a felhasználókhoz viszont csak később, 2003-ban jutott el a Hutchison Telecommunications (Hong Kong) által. A maximális letöltési sebesség 8Mbps, és a 2 GHz-es frekvenciát használja.

A 3G technológiák lehetővé teszik a hálózatüzemeltetők számára, hogy szélesebb körű, fejlettebb szolgáltatásokat kínáljanak a felhasználóknak, miközben a spektrális hatékonyság javításával nagyobb hálózati kapacitást érnek el. A szolgáltatások már magukban foglalják a videohívásokat és a szélessávú vezeték nélküli adatok továbbítását, mindezt mobil környezetben. A további szolgáltatások közé tartoznak a HSPA adatátviteli képességek, amelyek kibővítik és javítják a meglévő UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) teljesítményét.

A Wi-Fi vagy WLAN hálózatoktól eltérően a 3G-k széleskörű mobiltelefon-hálózatok, amelyek úgy alakultak ki, hogy beépítsék a nagy sebességű internet-hozzáférést és a videotelefonálást. A Wi-Fi vagy WLAN hálózatok rövid hatótávolságú, nagy sávszélességű hálózatok, elsősorban adatokhoz. A Wi-Fi az otthoni hálózatokban, mobiltelefonokban, videojátékokban és még sok másban használt népszerű vezeték nélküli technológia általános elnevezése. A videotelefon pedig egy olyan készülék, amely képes audio és video duplex átvitelre egyaránt.

A 3G technológiák a TDMA-t és a CDMA-t használják. A 3G technológiák olyan hozzáadott értékű szolgáltatásokat vesznek igénybe, mint a mobil televíziózás, a GPS (globális helymeghatározó rendszer) és a videokonferencia. A 3G technológia alapvető jellemzője a gyors adatátviteli sebesség.

A 3G rendszer kompatibilis a 2G technológiákkal való együttműködésben. A 3G célja, hogy minimális befektetéssel nagyobb lefedettséget és növekedést tegyen lehetővé.

Számos 3G technológia létezik, például W-CDMA, GSM EDGE, UMTS, DECT, WiMax és CDMA 2000. A GSM evolúcióra jellemző a továbbfejlesztett adatátviteli sebesség, az EDGE-t pedig visszamenőleges digitális technológiának nevezik, mert régebbi eszközökkel képes működni.

A 3.5G szabvány volt a HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access), mely csak 2005-ben vált elérhetővé, és nagyobb adatátviteli sebességet biztosított az UMTS-alapú 3G hálózatok számára.

Aztán megint eltelt két év a 3,75G szabvány-, a sokkal nagyobb sebességű HSPA+ (High-Speed Packet Access) megjelenéséig, amely nem más, mint a nagysebességű felfelé irányuló csomagkapcsolt hozzáférés továbbfejlesztett változata.

A negyedik generáció (4G)

A generációk nómenklatúrája általában a szolgáltatás alapvető jellegének megváltozására, a nem visszafelé kompatibilis átviteli technológiára és az új frekvenciasávokra utal. A 4G létrejöttének célja, vagyis az igények által diktált fejlesztésekkel a nagy adatátviteli sebesség, egy átfogó IP-infrastruktúra, nagy kapacitás és a nyílt internetes szabványok használata volt.

2009-ben, Oslóban és Stockholmban a világon elsőként indított el nyilvános LTE (Long Term Evolution) szolgáltatást a TeliaSonera, ezzel akár már HD multimédiás tartalmak megosztását is lehetővé tette a hálózaton keresztül. A letöltési sebesség mobil környezetben 100 Mbps, és 1800 MHz-es frekvenciát használ.

A Huawei a működő 100 Mbps sebességű 4G kommunikációt továbbfejlesztve fix környezetben az 1 Gbps maximális elméleti adatátviteli sebességet tűzte ki célul, mindezt az LTE Advanced technológia segítségével.

Magyarországon LTE szolgáltatás elsőként 2012. január 1-től volt elérhető a T-Mobile repertoárjában.

A következő generáció, az 5G

Az 5G bevezetése jelenleg folyamatban van. Létrehozásával az a cél, hogy az összes telekommunikációs szolgáltató összefogásával egy olyan globális hálózat jöjjön létre – a jelenleg sok kicsi beolvasztása mellett -, ami által a Föld bármely részén legyen lefedettség, mindezt 30 GHz-től 300 GHz-ig. Az 5G régiónként más-más frekvenciatartományban fog működni a régi frekvenciák megtartásával, hogy a már működő rendszerek is használhatóak legyenek. Ezekhez természetesen hozzáadódnak az 5G-s fejlesztések, melyek az új technológiában rejlő lehetőségek kiaknázásához lettek, illetve lesznek alkalmazva.

Az 5G 1 és 10 Gbps sebességre lesz képes, (amin egy időben sok felhasználó osztozik minőségi romlás nélkül), de ez leginkább az elérési idő (Latency) minimalizálásában jut fontos szerephez. Ami lényegi változás, az a lefedettség, ami biztosítja a gyors elérést. Ezáltal gyakorlatilag valós időben (Real Time) képesek jönni az információk, ami hatalmas változást fog eredményezni az élet minden területén, lehetővé téve a még soha nem tapasztalt nagy sebességű és mennyiségű információáramlást. Az 5G globális lefedettsége által azonnali információt kaphatunk rengeteg forrásból, amiből kimarad a késleltetés. Ha még nem lenne elég a valós idejű információáramlás, az 5G 32 K-s felbontású (30720 × 17280) stream-re lesz képes ilyen elérési idő megtartásával. A 32 K-s felbontás a képminőséget jelzi. Jelenleg a 4 K-s videostream-hez nagyjából 35 Mbps-es kapcsolatra van szükség, a 32K-shoz hozzávetőlegesen 1,5-2 Gbps szükséges.

Mégis mire jó mindez, hiszen eddig is boldogultunk nélküle. Az alapvető cél a vezetékes internet kiváltása. Az IoT, vagyis a Dolgok internetje olyan elektronikai eszközöket/berendezéseket sorakoztat fel, amelyek képesek a lényeges információkat felismerni, és más, hasonló képességekkel bíró eszközökkel kommunikálni egy internet alapú hálózaton keresztül. Néhány konkrét példa, ami indokolja az 5G létjogosultságát. Késleltetés nélkül azonnal értesül arról, ha utazása közben történik valami olyan esemény, amely gátolná az úti célja elérésben. Akár egy legördülő szikla, vagy lavina, tornádó, netán baleset akadályozná Önt az útja során, erről azonnal értesül, és még van lehetősége időben másik útvonalat választani. Most is van ilyen értesítő, de a lényeg a Real Time-on és a rengeteg információn van. Egy másik példa, hogy a 4G struktúrája nem volt alkalmas az önvezető autók biztonságos működtetéséhez. Az 5G-vel ezek az autók azonnal tudnak reagálni, mert megint csak elmarad a késleltetés. A „Smart City” fejlesztése során például a különböző tömegközlekedési járművek és az utazóközönség „tudnak kommunikálni” egymással. Már manapság is van utastájékoztató, de nem elég pontos. Dél-Korea az 5G alkalmazásával például a biztonsági ellenőrzést fejleszti. De nagyon nagy fejlődést eredményez majd az egészségügyben, a kereskedelemben, a különböző termelési szektorokban, a különböző ügyintézési folyamatokban, adminisztrációs feladatokban, a teljesség igénye nélkül.

Viszont az 5G-nek van árnyoldala is. Rengeteg a szkeptikus ember a rendszer fogadtatása terén, hiszen nincs hiteles információ a technológia alkalmazásának egészségügyi- és környezeti hatásairól, a személyi szabadságról. Egy merőben új és ismeretlen korszak köszönt ránk, és már dolgoznak a 6G-n, amit 2030-ra terveznek a fogyasztók által elérhetővé tenni.

Forrás: International Journal of Computer Applications, Journal of Electronic Research and Application