Miesięcznik informatyków i menedżerów IT sektora publicznego

Wojciech Nowakowski

Od zera do telekomunikacji przyszłości

W końcu czerwca w Ministerstwie Cyfryzacji zawarto Porozumienie na rzecz Strategii „5G dla Polski”. Rządowa strategia ma być gotowa jeszcze w tym roku, dlatego warto przypomnieć sobie, jak do tej pory wyglądał rozwój telekomunikacji.

Rozwój telefonii komórkowej

Wszystko zaczęło się 180 lat temu. W 1837 r. Samuel Finley Breese Morse opatentował prosty telegraf elektryczny wraz z pomysłem wykorzystania systemu kropek i kresek. Wymagał on dwóch drutów, ale można było też niekiedy łączyć się przy użyciu jednego, wykorzystując lokalnie wilgotny grunt. Były także wcześniejsze pomysły, choć zbyt skomplikowane (np. pięcioprzewodowe), dlatego nie przyjęły się powszechnie. Po czterdziestu latach łącza telegraficzne Morse’a oplotły cały świat. Wtedy właśnie Alexander Graham Bell opatentował kolejny wynalazek, a mianowicie telefon, który mógł działać na tych samych drutach. I działa zresztą do dziś.

Już w 1861 r. pojawiła się szansa na stworzenie bezprzewodowej łączności: James Clerk Maxwell przewidział istnienie fal elektromagnetycznych i sformułował swoje słynne równania. Nikt wówczas ich nie rozumiał. Dopiero po 15 latach fizyk Heinrich Hertz, nie opierając się zresztą na matematyce Max­wella, eksperymentalnie potwierdził istnienie fal przez niego opisanych. Hertz stworzył także podstawy rozwoju radiokomunikacji.

Potem poszło szybko. Guglielmo Marconi, pochodzący z mieszanej włosko-irlandzkiej rodziny, jeszcze jako nastolatek eksperymentował z falami Maxwella-Hertza. Po przeprowadzce z Włoch do Londynu w 1896 r., mając 23 lata, złożył swój pierwszy wniosek o „radiowy” patent („Improvements in transmitting electrical impulses and signals and in apparatus there-for”). W owym czasie Marconi przeprowadził również transmisję sygnału elektromagnetycznego na odległość 15 km przez Kanał Bristolski. Po trzech latach zrobił to już przez Atlantyk, choć zarzuca mu się, że eksperyment ten nie był dostatecznie udokumentowany, a nawet, że był oszustwem. Gdy Marconi dopiero składał swój pierwszy wniosek, po drugiej stronie Atlantyku Nikola Tesla – pochodzący z Serbii Amerykanin – miał już osiem patentów na generację fal wysokiej częstotliwości do celów transmisji, a w 1893 r., mając 35 lat, organizował publiczne pokazy łączności bez drutu.

Do dziś trwają spory dotyczące tego, który z wynalazców wniósł większy wkład w rozwój technologii bezprzewodowych. Wiemy jednak, że już w 1904 r. działały na świecie radiowe łącza głosowe i radiodyfuzja, czyli po prostu radio. Przewodowa łączność telefoniczna była natomiast powszechna, ale na pewno nie mobilna.

0G – już prawie jest

Historia współczesnych telefonów komórkowych rozpoczęła się w 1947 r. Wtedy dwaj inżynierowie z Bell Labs, William Rae Young Jr. i Douglas Harned Ring, zaproponowali sześciokątne komórki dla mobilnej łączności telefonicznej. Później inny inżynier z firmy Bell Labs dodał do tego pomysł wież komórkowych, które mogłyby transmitować i odbierać sygnały w trzech kierunkach zamiast dwóch. Jednak na praktyczny i w miarę powszechny telefon komórkowy trzeba było poczekać jeszcze prawie 40 lat.

Główny powód tej zwłoki jest oczywisty, choć mało znany. Aby wykorzystać komunikacyjnie fale radiowe, muszą one mieć odpowiednio wysoką częstotliwość, liczoną w setkach i tysiącach megaherców (MHz). Bowiem w każdym komunikacyjnym paśmie radiowym mieści się określona liczba kanałów transmisyjnych o szerokości kilku MHz. Liczba ta jest oczywiście większa, jeśli wyższy jest zakres częstotliwości. A w latach 40. generowano fale elektromagnetyczne o częstotliwościach zaledwie kilku lub kilkunastu megaherców. To by starczyło na, co najwyżej, kilkadziesiąt jednoczesnych rozmów radiowych. Co gorsza, inżynierowie nie potrafili jeszcze sprawnie i masowo zestawiać połączeń radiowych. W technologii analogowej, zwłaszcza gdy rozmówcy zmieniają swoje położenie i przechodzą z zasięgu jednego masztu komórkowego do drugiego, jest to bardzo trudne. Dlatego też pomysł komórkowej telefonii mobilnej musiał poczekać na rozwój technologii cyfrowych.

1G – analogowo

Pierwsze komercyjne systemy telefonii komórkowej pojawiły się w latach 80. XX wieku. Były to systemy analogowe z niewielkim udziałem cyfrowym, zwłaszcza w telefonach. Najpierw, w 1981 r., została uruchomiona w Skandynawii sieć NMT (Nordic Mobile Telephone) w paśmie 400 MHz. Rola światowego prekursora przypadła Norwegii. Być może dlatego, że w górskim terenie bardzo trudno prowadzić kable na słupach czy w ziemi...

Z komercyjnych usług w tym standardzie najpierw skorzystało jednak 1200 abonentów w Arabii Saudyjskiej, ponieważ tam system NMT został uruchomiony o miesiąc wcześniej niż w krajach Skandynawii. Do 1985 r. sieć rozrosła się w Europie do ponad 100 tys. użytkowników, z czego aż 63 tys. w samej Norwegii. W tym czasie była to największa na świecie sieć telefonii komórkowej. Dopiero w 1983 r. uruchomiono pierwszą sieć komórkową w Stanach Zjednoczonych. Był to Advanced Mobile Phone System pracujący w paśmie 800 Mhz. Pierwszy telefon komórkowy tej sieci został opracowany jeszcze w latach 70. Był to dwukilogramowy i trudny do objęcia dłonią DynaTAC Motoroli, popularnie nazywany butem lub cegłą, który kosztował 4500 dolarów. Technologię z USA wprowadziły potem kraje anglojęzyczne i obie Ameryki.

[...]

Autor jest informatykiem, profesorem nadzwyczajnym w Instytucie Maszyn Matematycznych w Warszawie. Zajmuje się wykorzystaniem metod kryptografii współczesnej w teleinformatyce, w technologii klasycznej i kwantowej.

Pełna treść artykułu jest dostępna w papierowym wydaniu pisma. Zapraszamy do składania zamówień na prenumeratę i numery archiwalne.
 
 

Polecamy

Biblioteka Informacja Publiczna

Specjalistyczne publikacje książkowe dla pracowników administracji publicznej

więcej