Historie mobilní komunikace

Adam Rambousek, 2003

Základy a prvopočátky

Základní kameny mobilní komunikace najdeme již v první polovině 19. století - již v roce 1837 sestrojil Samuel Morse první telegraf, ten byl samozřejmě závislý na propojení dráty. K telegrafu se váže jedna zajímavost - 18. října 1842 prováděl Morse experiment, při němž část telegrafních drátů vedla pod vodou, aby dokázal, že i dráty natažené pod vodou přenášejí signál. Bohužel během experimentu přetrhla dráty projíždějící loď. Morse však v pokusu pokračoval a signál se díky vodivost vody přenesl - šlo tedy o první bezdrátový přenos.

Ačkoliv se většina tehdejších vědců věnovala přenosu informace po drátech, někteří by se obešly raději bez drátů. V roce 1864 zveřejnil J. C. Maxwell svou teoretickou práci, ve které došel k závěru, že světlo, elektřina a magnetismus mají hodně společného - lze je přenášet jako vlnové záření. Pravděpodobně první osobou, která uskutečnila bezdrátový přenos informace skrze atmosféru, byl zubař M. Loomis. První pokus uskutečnil v roce 1865. Na dvou místech vypustil papírové draky s kovovou kostrou, k jednomu připojil vysílací část telegrafu, k druhému galvanometr, který zaznamenával přijímané signály. Na vzdálenost 18 mil přenášel morseovku zakódovanou do různých hodnot elektrického proudu.

Radiové přenosy

Dalším z průkopníků bezdrátových přenosů byl Angličan D. E. Hughes, který v roce 1879 dokázal vygenerovat a zachytit signály přenesené pomocí radiových vln. Ze začátku prováděl pokusy v laboratoři, ale protože chtěl výsledky ověřit také na větší vzdálenosti, přesunul se do ulic Londýna, čili šlo o první mobilní přenosy. Když v roce 1880 prezentoval své výsledky před Královskou vědeckou společností, prezident Společnosti prohlásil, že nejde o přenos pomocí radiových vln, ale pomocí magnetické indukce (jako u draků M. Loomise). Hughese tento neúspěch zklamal, takže ani nepublikoval výsledky své práce.

Větší štěstí měl německý vědec Heinrich Hertz, který v roce 1888 potvrdil Maxwellovu teorii a experimentálně dokázal, že lze atmosférou přenášet elektrické radiové vlny. O prvenství ve vynálezu radia se uchází mnoho tvůrců, avšak první, kdo úspěšně sestrojil a zprovoznil radiový systém byl Ital GuglielmoMarconi - patent získal roku 1897. V roce 1901 přenesl signál přes Atlantický oceán a radio se tak začalo úspěšně používat v lodní dopravě. Ve stejném roce Marconi instaloval radio na parní nákladní automobil - několik metrů vysoká anténa se před jízdou musela sklopit. Obrázek radia na automobilu:http://www.privateline.com/PCS/images/radioexpmarconi.jpg

Marconi radio používal pouze k přenosu telegrafních kódů, ale ne hlasu. To se změnilo na Štědrý večer roku 1906, kdy R. Fesseden pomocí radia přenesl lidský hlas.

Další vynález sice nepoužívá radiové vlny, ale byl pravděpodobně prvním mobilním telefonem v autě. Roku 1910 zprovoznil Švéd L. M. Ericsson ve svém automobilu telefon - šlo o běžný telefon, který ovšem nebyl dráty připojen do sítě, ale byly u něj dvě dlouhé kovové tyče, které se připojili na telefonní kabely kdekoliv po cestě. Použití telefonu v automobilu:http://www.privateline.com/PCS/images/cartelephone.jpg Pokud vám jméno vynálezce něco připomíná - ano, jde o zakladatele firmy Ericsson.

V desátých a dvacátých letech minulého století došlo k velkému a zpočátku naprosto nekontrolovanému rozvoji radiového vysílání. Počátkem dvacátých let se v USA začaly používat mobilní radiové stanice, které fungovaly v pásmu 2 MHz. Používaly je pouze policejní a vojenské složky a většinou šlo pouze o přijímače. Průkopníkem v používání radia byla detroitská policie, kde v roce 1921 zprovoznili první auto s radiopřijímačem morseovky a o sedm let později již přenášeli také hlas. Auto detroitské policie vybavné rádiem:http://www.detnews.com/history/police/images/19.jpg

I v následujících letech stála policie, armáda a záchranné síly v čele výzkumu mobilního radia. První mobilní radio, které přenášelo hlas v obou směrech, sestrojili v Bell Laboratories roku 1924.

Auto vybavené jedním z prvních radiotelefonů:http://www.bell-labs.com/history/75/newimages/wireless-then.jpeg

Výzkum pro armádu pokračoval hlavně během 2. světové války - velice důležitým prostředkem komunikace na bojišti byla přenosná radiovysílačka vyrobená firmou Motorola.

Radiotelefony pro veřejnost

První řešení pro veřejnost představily společnosti AT&T a Southwestern Bell 17. června 1946 v Saint Louis. Byly to radiotelefony montované do automobilů, které používaly šest kanálů v pásmu 150 MHz (kvůli častému rušení se později používaly pouze tři kanály). Jelikož antény v autech nebyly příliš výkonné, propojovaly se radiotelefony skrze hlavní výkonnou anténu. Radiotelefon podle kvality signálu vybral nejvhodnější z antén, které byly rozmístěny po kraji a propojeny s hlavní centrálou běžnými telefonními kabely. Celý systém vysvětluje následující obrázek z článku, který roku 1946 seznamoval s mobilní radiotelefonií.

Obrázek znázorňující fungování systému:http://www.privateline.com/PCS/images/SaintLouis2.gif

Jak fungují mobilní telefonní hovory

Telefonní zákazník (1) vytočí "Meziměsto" a požádá o spojení s operátorem mobilních služeb, kterému sdělí telefonní číslo auta, kam chce volat. Operátor z terminálu vyšle signál (2), který rozsvítí světlo a rozezvoní telefon v mobilní jednotce (3). Zákazník v autě zvedne telefon a jeho hlas se radiovými vlnami přenese k nejbližší anténě (4) a odtud po telefonních kabelech.

Chce-li zákazník telefonovat z automobilu, prostě zvedne telefon a stiskne tlačítko "mluvit". Tím vyšle signál k nejbližší anténě, odkud se přenese k operátorovi.

"Telephone Service for St. Louis Vehicles." Bell Laboratories Record July, 1946: 267

Počátky cellulárních sítí

Úspěch tohoto systému odstartoval další vlnu výzkumů v bezdrátových přenosech. V prosinci 1947 zveřejnili D. H. Ring a W. R. Young v interním materiálu Bell Laboratories první článek popisující principy mobilní cellulární sítě (dnešní sítě GSM). Taková síť měla být rozdělena na malé oblasti zvané buňky (cells), v každé z nich by byl vysílač/přijímač, provoz celé sítě mělo kontrolovat hlavní řídící středisko. Hlavním podstatným rozdílem oproti dřívější síti mělo být znovu využívání frekvencí (frequency reuse) - různé buňky mohly používat stejné frekvence a telefon se při přechodu z jedné buňky do jiné přizpůsobil podle situace.

Ve stejném roce požádala Bell System Americký komunikační úřad (FCC) o udělení licencí k využití dalších frekvencí a ten souhlasil, ovšem k velké nechuti Bell System udělil licence také jiným společnostem a na poli mobilní telekomunikace tak vznikla konkurence.

Ačkoliv většinou stála v popředí vývoje společnost AT&T a Bell System, v roce 1948 je předběhla Richmond Radiotelephone Company a spustila první plně automatickou radiotelefonní siť, takže již k uskutečnění hovoru nebylo potřeba pomoci operátora. Navzdory tomuto pokroku fungovala většina telefonních sítí (mobilních i pevných) až do 60. let skrze lidské operátory.

Roku 1948 představila Bell System první tranzistor a roku 1954 společnost Texas Instrument zahájila výrobu křemíkových tranzistorů. Ještě v tomtéž roce bylo vyrobeno první tranzistorové radio.

V průběhu 50. a 60. se takřka všechny společnosti zaměřovaly na výzkum a vývoj cellulární sítě. Nejvíce ve výzkumu pokročila společnost Bell System, která v prosinci 1971 podala žádost o uznání patentu na "mobilní komunikační síť". Tento patent byl uznán 16. května 1972. Ale teprve v roce 1977 FCC povolil Bell System a AT&T spustit testovací provoz sítě. Několikaleté zdržení bylo způsobeno byrokratickými průtahy, podmínkami FCC o detailech technického řešení, ale hlavně snahou FCC a konkurenčních firem o to, aby AT&T neovládla celý trh mobilních telefonů.

První generace analogových cellulárních sítí

Zřejmě první komerční síť cellulárních telefonů spustila v květnu 1978 společnost Batelco v Bahrajnu. Šlo o malou cellulární síť původně určenou pro královskou rodinu, ale dostupnou i obyvatelům Bahrajnu. Bylo použito zařízení japonské firmy Matsushita/Panasonic původně vyvinuté pro japonskou policii.

V USA byla první síť (Advanced Mobile Phone Service - AMPS) spuštěna v červenci 1978 v laboratořích AT&T v Newarku a v testovacím provozu v okolí Chicaga. Nejprve ji testovali zaměstnanci Bell System a teprve 20. prosince 1978 byl spuštěn komerční testovací provoz. Tato síť pracovala na frekvenci 800 MHz a bylo v ní možno používat zařízení různých výrobců. Po úspěchu této testovací sítě se začaly AMPS sítě budovat po světě, ale FCC stále nepovolila plně komerční spuštění sítě, dokud se ve všech oblastech nenajdou společnosti konkurující Bell System (či jejím odnožím). První komerční mobilní síť v USA byla tedy spuštěna v Chicagu až v roce 1983.

V Evropě byla cellulární síť spuštěna roku 1981. Síť NMT450 (Nordic Mobile Telephone System) pracující na frekvenci 450 MHz byla spuštěna v Dánsku, Švédsku, Finsku a Norsku. Roku 1985 byla ve Velké Británii spuštěna síť TACS na frekvenci 900 MHz, v Západním Německu a Rakousku síť C-Netz, ve Francii Radiocom 2000 a v Itálii RTMS. V Evropě tudíž existovalo několik rozdílných sítí, zatímco v USA pouze síť AMPS. V roce 1982 proto Evropská komise pro pošty a telekomunikace (sdružující 26 evropských telekomunikačních společností) spustila projekt Groupe Spéciale Mobile (GSM), která měla vyvinout celoevropskou mobilní telefonní síť. Bylo rozhodnuto, že nová síť bude plně digitální a bude pracovat na frekvenci 900 MHz.

Ke stejnému rozhodnutí - tedy digitalizovat mobilní telefonní síť - došly také americké společnosti a výsledkem byl v roce 1990 standard IS-54B.

GSM - sítě druhé generace

V roce 1989 převzal zodpovědnost nad vývojem GSM Evropský telekomunikační institut a o rok později byl zveřejněn první návrh standardu. Standard byl vydán v roce 1991. Ještě v tomtéž roce byla spuštěna první zkušební GSM síť na telekomunikačním veletrhu v Ženevě. Nyní se zkratka GSM vysvětluje jako Global System for Mobile Communications.

Ke spuštění prvních sítí došlo v průběhu roku 1992 - mezi prvními bylo Dánsko, Finsko, Francie, Německo, Itálie, Portugalsko a Švédsko. 17. června 1992 byla podepsána první roamingová dohoda mezi finským Telecom Finland a anglickým Vodafone, čímž se uskutečnil sen o evropské mezinárodní síti. GSM se dále rychle rozvíjelo a na konci roku 1993 již bylo v sítích GSM milion zákazníků. GSM asociace měla 70 členů ze 48 zemí, mezi nimi také australskou společnost Telstra, čímž standard GSM překročil hranice Evropy.

Společně s vývojem GSM probíhal ve Velké Británii vývoj systému DCS1800, který byl založen na standardu GSM, ale používal frekvenci 1800 MHz. V září 1993 byla v Anglii spuštěna první síť DCS1800. V pásmu 1800 MHz je mnohem více kanálů, avšak má menší dosah.

V roce 1994 se Americký komunikační úřad (FCC) rozhodl uspořádat dražbu velkého množství frekvencí v pásmu 1900 MHz a nově vzniklé sítě používaly upravený standard GSM - PCS1900.

Roku 1995 byl definován standard GSM Phase 2, který zavedl nové služby - např. datové přenosy. Došlo také k přejmenování standardu DCS1800 na GSM1800 a PCS1900 na GSM1900. V Evropě se používají pásma 900 MHz i 1800 MHz, přičemž většina mobilních telefonů dokáže pracovat v obou pásmech a přepínají se podle momentální dostupnosti a kvality signálu.

A jak to bylo v Československu

Na vývoji evropských mobilních sítí NMT a GSM se tehdejší Československu samozřejmě podílet nemohlo, ale i přesto se v Československu začalo s vývojem mobilní telekomunikační sítě přibližně ve stejné době jako v Evropě. Projekt AMR (automatizovaný městský radiotelefon) začala vyvíjet v polovině 70. let Tesla Pardubice. Experimentální provoz sítě byl zahájen v roce 1978 a v roce 1983 byla spuštěna celorepubliková síť.

Jelikož v tehdejší době nebylo možné, aby měl běžný občan přístup k jakékoliv radiostanici, natož mobilnímu telefonu, byl systém AMR již od počátku vyvíjen pouze pro použití Správy pošt a telekomunikací (SPT), hlavně pro servisní práce na síti a komunikaci mezi pracovníky v terénu. Pro použití stanic sítě AMR bylo nutné vždy zvolit předvolbu UTO, ve kterém se stanice momentálně nacházela. Systém AMR byl analogový a podporoval pouze služby příchozího a odchozího hovoru - jiné služby nebyly pro předpokládané použití potřeba. Samozřejmě také neobsahoval žádnou podporu účtování. Hovor v síti byl časově omezen a po určité době přerušen, protože neexistovala zpětná vazba od telefonu a základnová stanice nedokázala rozpoznat případné přerušení spojení.

Po roce 1989 se Telecom pokusil systém využít a nabízel jej částečně komerčně. V roce 1999 byl provoz AMR definitivně ukončen.

Použitá literatura a další odkazy

TelecomWriting.com http://www.privateline.com - obsáhlá stránka, na které najdete spoustu článků a dokumentů o historii telefonů a spoustu dalších odkazů

Mobile Phone History http://www.phonewarehouse.com/HistoryMobile.htm

GSM World: History of GSM http://www.gsmworld.com/about/history/index.shtml

ETSI: European Telecommunications Standards Institute http://www.etsi.org

Seriál o historii GSM sítí na serveru Mobil.cz:

GSM telefony pro pamětníky aneb díváme se do minulosti http://www.mobil.cz/mobilni_komunikace/testy_a_srovnani_mt/historietelefonu010208.html - Článek srovnávající nové a staré modely mobilních telefonů, zajímavé fotografie.

To se také stalo! http://www.mobil.cz/domov/historkyztelekomunik.html - Zajímavosti a perličky z dějin telekomunikace.

U.S. Marconi Musem http://www.marconiusa.org

How Detroit police reinvented the wheel http://www.detnews.com/history/police/police.htm - Článek o historii automobilů v detroitské policii také zmiňuje úspěchy na poli radiokomunikací.

Bell Laboratories History http://www.bell-labs.com/history/75/gallery.html

Motorola History http://www.motorola.com/General/Timeline

Nokia History http://www.nokia.com/nokia/0,5184,1125,00.html

Bahrain Telecommunication Company (Batelco) http://www.batelco.com.bh

Historie Ericsson v České republice http://www.ericsson.cz/firma/historie.html

Siemens AG History http://www.siemens.com/index.jsp?sdc_p=pfs6n1032026d1032462cmut4o1032026l

Alcatel History http://www.alcatel.com/apropos/history/index.htm