História a stručný prehľad vývoja bezdrôtových sietí až po 5G

História a stručný prehľad vývoja  bezdrôtových sietí až po 5G

                                       Ján Šebo


Úvod

Začiatok vývoja rádiotechniky a prvých bezdrôtových prenosov začal na prelome 19. storočia.  Zaslúžili sa o to mnohí bádatelia, vedci a priekopníci,  ktorí postupne  teóriu  elektromagnetizmu (M. Faraday) v rokoch 1831-1840 a   teóriu elektromagnetického poľa  ( J.C. Maxwell) z roku 1864 preniesli postupne do praxe.  Prvé pokusy prenosu rádiových vĺn uskutočnil pravdepodobne M. Loomis v r.1865 v USA, neskôr v  roku 1879 anglický bádateľ. E. Hughes, ktorý vyslal a prijal signály pomocou rádiových vĺn a v roku 1888 nemecký vedec H. Hertz, ktorý vykonal dôležité pokusy dokazujúce existenciu elektromagnetických vĺn.  O prvenstvo rádiových prenosov a tým súvisiaceho aj vynálezu rádia sa uchádzalo mnoho ďalších tvorcov. Mnohí z nich vynašli dôležité rádiotechnické prvky. Boli to vedci ako T.C. Onesti, O. Dodge, E. Branly a mnohí ďalší vedci a bádatelia, ktorí prispeli k vývoju rádiovej techniky a bezdrôtových prenosov. Veľkú zásluhu na praktickom využití rádiových prenosov mal vynálezca G. Marconi, ktorý v roku 1901, ktorý uskutočnil prenos rádiového signálu cez Atlantický oceán. Významný prelom vývoja rádiových sietí nastal v roku 1905, keď  vynálezca J. Murgaš, rodák zo Slovenska, uskutočnil v USA rádiový prenos modulovaného signálu a reči prostredníctvom svojho vynálezu Tón-Systému.  Vývoj sa však nezastavil, prišla éra elektronických prvkov akými bola dióda, trióda a ďalšie prvky. Neskôr prišla éra polovodičových prvkov, tranzistorov, integrovaných obvodov. Z analógovej doby sme sa preklopili do digitálnej. To všetko malo vplyv na rozvoj rádiových prístupových sietí a mobilných sietí.

Stručný prehľad vývoja rádiových prenosov

Elektromechanická éra

• 1896 A. S. Popov – 1. bezdrôtový prenos Morseových signálov na 200 m, Petrohrad
• 1896 N. Tesla – 1. bezdrôtový prenos energie v USA nad zemou na vzdialenosť 48 km
• 1896 A. Slaby-Arco -1.rádiová linka nad zemou v Nemecku na vzdialenosť 21 km
• 1900 G. Marconi – 1. bezdrôtové telegramy z lodí USA, ( Anglicko r.1897 prvý rádiový prenos signálu nad morom 14 km)
• 1905 J. Murgaš – 1. bezdrôtový prenos správ nad zemou prostredníctvom Tón systému (modulovaný signál- patent) a modulovaný prenos signálu ľudskej reči v USA (nepatentovaný)

Elektronická analógová éra

• Predcelulárna éra 1921,   Detroit -USA, 1 jednosmerný kanál,  nosná frekvencia 2 MHz,  r = 30 km
• Celulárna éra Bell System Lab. r. 1946 , St. Luis -USA, 3 kanály vo frekvenčnom pásme 150 MHz, obojsmerné kanály v rozsahu 30-40 MHz,
• 0G - IMTS r.1965, Improved Mobile Telephone Services s jedným vysoko výkonovým vysielačom, ktorý pokrýval určité územie vo frekvenčnom pásme 800 MHz v USA
• 1G   1981 -  NMT - Nordic Mobile Telephone, NMT 450, FDMA,  AMPS, vytvorenie bunkových sietí,  analogový systém na prenos reči , nosná frekvencia 450 MHz

Digitálna  éra

• 2G 1990  - GSM - Global System for Mobile, TDMA/FDM,  IS54, časový multiplex pre 8 slotov, reč + data vo frekv. pásme 900 MHz; GSM 900, f= 1800 MHz ako GSM 1800, alebo f=1900 MHz ako GSM 1900

• 3G 2000 -  UMTS - Universal Mobile Telecommunications System, W- CDMA/HSPA, EDGE, reč + data + video vo frekvenčnom pásme 1900-1980 MHz a 2170 -2200 MHz.
• LTE sa označuje ako 3.75G alebo 3.9G pretože nespĺňa požiadavky na "4G" sieť.
• 4G 2010 -  LTE -Long Term Evolution dodržuje koncept  NGN, kompletne založený na protokole IP, OFDM,  reč + multimédia + rýchle data do 300 Mbit/s, latencia 10ms vo frekvenčnom pásme 800 MHz, 1800 MHz a 2600 MHz. Požiadavky na sieť 4G sú splnené až v  LTE-A a LTE-A Pro.
• 5G 2017 –technológia  5G New Radio, architektúra  NSA – Non Stand Alone Architecture je technológia ako pokračovanie 4G sietí (LTE-A ), v r.2018 SA- Stand Alone Architecture , ktorá obsahuje aj technológiu NX sietí a ktorá využíva zdokonalený systém antén MIMO,  veľmi  rýchle data 1 až  10Gbit/s, komunikácia M2M (IoT, Tal, WSN), s latenciou 1 ms; Network slicing - vrstvená architektúra siete; 5G siete môžu pracovať vo frekvenčnom pásme 700 MHz, 3,4 -3,8 GHz, 24,25 -27,50 GHz, 31,80-33,40GHz, 40,50-43,50 GHz.

Zdroje : Wikipédia, Archív Klubu J. Murgaša a J.G.T., kópie patentových listín USA