När vi står på gränsen till vanliga Gigabit-hastighetsmobilnätverk är det häpnadsväckande att tänka på att det inte fanns något mobilt Internet för bara tjugo år sedan. På den tiden hade tanken på att till och med affärsanslutningar skulle nå hastigheter på över 100 Mbits/sek varit en dröm, men här är vi med en teknik som kan ge oss hastigheter på över 800 Mbits/sek på en mobil enhet. Hur kom vi så här långt, så snabbt?
För att svara måste vi gå tillbaka till historien om cellulär kommunikation och titta på de revolutionerande teknologierna som har banat vägen till Gigabit LTE. Längs vägen kommer vi att se hur nätverk, hårdvara och mjukvara har utvecklats för att förändra hur vi lever och arbetar idag.
De tidiga åren
De första mobilnäten var begränsade till ett enda område eller en stad och baserade på enkel analog radioteknik, själva sändtagarna så stora att det var mer sannolikt att de monterades i en bil än i handhållen. Dessa tidiga biltelefoner var inte ens full duplex; bara en person kunde prata åt gången och höll en knapp för att tala.
Primitivt uttrycker det milt. Tidiga nätverk som UK General Post Offices Manchester-baserade tjänst från 1959 kunde bara hantera ett samtal per kanal åt gången, så om sex personer ringde eller tog emot samtal, skulle en sjunde behöva vänta tills en av dem slutade. Men stadigt utvecklades dessa analoga system och kunde hantera fler samtal, tillhandahålla kanaler automatiskt och stödja full duplex-samtal. Samtidigt verkade ett nätverk som kunde hantera hundratals, än mindre miljontals användare, helt opraktiskt.
Det förändrades i och med introduktionen av mobilnät, först i Japan 1979, sedan i de nordiska territorierna två år senare. Cellulära nätverk utnyttjade ny datorteknik för att dela upp området som täcks av ett nätverk i celler, var och en betjänad av en till tre fasta sändare. Detta hade fördelen att samma frekvens kunde användas av flera samtal förutsatt att dessa samtal ägde rum i olika celler. För att möjliggöra rörelse reserverade systemet kanalen i den cellen och i intilliggande celler, vilket också säkerställde att det inte fanns någon störning mellan olika samtal i angränsande celler.
Dessa tidiga cellulära nätverk möjliggjorde tillväxten av biltelefoner och mobiltelefoner, men inte tillräckligt för att göra dem till ett massmarknadsförslag. Dessutom hade du olika analoga system som fungerade över olika territorier och ofta inom samma territorium. Det som behövdes var ett sätt att klara av fler samtal från en större användarbas och en standard för att möjliggöra korskompatibilitet. Båda kom med GSM.
Födelsen av en standard
1982 bildade den europeiska konferensen för post- och telekommunikationsförvaltningar en arbetsgrupp – Groupe Speciale Mobile – för att definiera en ny paneuropeisk mobilnätsstandard. Resultatet, känt som GSM, använde de tillgängliga radiobanden som ett fordon för digitala sändningar, med tidsdelningsmultiplexering (TDM) och komprimering för att passa upp till 16 olika samtal i en enda radiofrekvens. Dessutom har GSM lagt till autentisering och kryptering för att förhindra att andra användare snokar efter dina samtal; ett av de stora problemen med den gamla analoga tekniken.
GSM rullades ut i Finland 1991, med Storbritanniens första tjänster, Mercury One2One, Vodafone och Orange, som lanserades mindre än två år senare. GSM hade sina barnsjukdomar – signalavbrott och dålig täckning – men övergången till digitalt hade en annan effekt; ett nätverk som transporterade rösttrafik skulle också kunna bära andra typer av data. 1995 dök de första mobila fax-, data- och SMS-tjänsterna upp. Fyra år senare kom de första telefonerna som var kompatibla med WAP-standarden (Wireless Application Protocol), vilket möjliggör enkel, textbaserad webbsurfning på en mobil enhet.
Från WAP till den mobila webben
Med WAP kan du kontrollera rubriker, aktiekurser och sportresultat eller läsa din e-post eller använda några andra grundläggande tjänster. Även om det var intressant, var upplevelsen inte i närheten av att gå online med ett fast modem på en stationär eller bärbar dator. GSM-hastigheterna maxade till bara 9,6 Kbits/sek, medan de numeriska knappsatserna och lågupplösta, monokroma skärmar på vanliga mobiler inte riktigt klarade av något mer avancerat.
Hastighetsfrågan åtgärdades snabbt. 2000 kom de första GPRS-näten (General Packet Radio Service), som överförde data i mer effektiva paket för att öka hastigheterna upp till mellan 35 och 171Kbits/sek. Detta följdes 2003 av EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution); en ganska snabb och enkel uppgradering till GPRS som ökade överföringshastigheterna upp till mellan 120 och 384Kbits/sek. GPRS och EDGE gjorde det möjligt för nätverk att bära mer sofistikerat, till och med grafikrikt innehåll och telefonerna utvecklades för att matcha, med färgskärmar, inbyggda kameror, MMS-meddelanden och webbläsare som, även om de var grundläggande, faktiskt var användbara.
Från EDGE till riktig 3G
Även med EDGE kunde du dock inte få hela kraften på webben. I början av 2000-talet förändrades online-världen, drevet av tillväxten av ADSL- och kabelbredbandsnät till hemmet. Användare ville ha en rikare webbupplevelse; möjligheten att ladda upp och ladda ner högupplösta bilder, spela onlinespel och ladda ner musik – till och med video.
Som tur var låg branschen steget före. 3rd Generation Partnership Project (3GPP) – en sammanslutning av globala telekomföreningar – förberedde sig för en ny tredje generationens mobilnät, med högre datahastigheter i kärnan. Med hjälp av mobiltelefontillverkare, processortillverkare och nätverksleverantörer definierade man en ny standard baserad på Universal Mobile Telecommunications System (UMTS). UMTS använde nyligen tillgängliga frekvensband och HSPA-teknik (High Speed Packet Access) för att accelerera hastigheter upp till 14,4 Mbit/s för nedladdningar och 5,76 Mbit/s för uppladdningar. Med en uppgradering till HSPA+ 2010 till 2012 ökade dessa maximala hastigheter till 42Mbits/sek respektive 22Mbits/sek (även om typiska verkliga anslutningshastigheter är betydligt lägre).
2003 möttes ankomsten av de första 3G-smarttelefonerna med en kollektiv axelryckning. Men 2007 hade tekniken mognat och nätverkstäckningen ökat och nätverken var redo för en ny sorts smartphone, inklusive Android-enheter från sådana som Samsung och HTC. Dessa enheter byggdes för att ge en fullskalig webbupplevelse när du är på språng, med datarika appar och streamingtjänster som möjliggör kommunikation, underhållning och handel på språng. Det är precis vad 3G-nätverk skulle kunna leverera.
3G var snabbt, men användarna ville ha snabbare. Ankomsten av musikstreamingtjänster, videostreamingtjänster och molnbaserade appar och lagring skapade snart tryck för ett ännu snabbare nätverk. För vissa räckte halvvägshuset med HSPA+, men en sann 4G-teknik behövde för att omdefiniera mobilnäten för en ny era.
4G och framtiden
Här fanns det mer än en utmanare. I USA, bland annat Intel, Nokia, Google, Sprint och Comcast, drivit WiMAX: en trådlös bredbandsstandard utformad för att möjliggöra höghastighets multimediaklar anslutning över en räckvidd av 30 miles, inte bara inriktad på smartphones utan surfplattor och bärbara datorer . 3GPP – en grupp av telekomföreningar från hela världen – föreslog dock en utveckling av den befintliga GSM/UMTS-tekniken, känd som Long Term Evolution (LTE).
Med hjälp av nya signalbehandlingstekniker och moduleringar designades LTE för att ge mer bandbredd och minska latensen över nyligen tillgängliga frekvensband, vilket tar nedladdningshastigheter upp till maximalt 100 Mbits/sek med Quality of Service (QoS)-funktioner för att prioritera trafik. Av ett antal anledningar förmörkade LTE WiMax och har blivit den främsta standarden för 4G-mobilnätverk. I praktiken är typiska verkliga hastigheter närmare 20Mbits/sek-märket, även om dessa har förbättrats med en efterföljande standard, LTE Advanced, som accelererar verkliga nedladdningshastigheter till över 40Mbits/sek. Ändå finns det överlappning där med low-end fiberbredbandshastigheter och tillräckligt med bandbredd för HD-videoströmning eller molnberäkning.
Det är snabbt, men framtiden ser ännu snabbare ut. Världens ledande mobilnät rullar redan ut Gigabit LTE-teknik över sina infrastrukturer, redo för enheter baserade på Qualcomm® Snapdragon™ 835 Mobile Platform som integrerar Snapdragon Gigabit LTE-modemet. Tillsammans kommer detta att tillåta smartphones att ansluta med topphastigheter på 1 Gbits/sek, och om verkliga hastigheter inte alltid matchar det, kommer de säkert att komma närmare. Det är inte bara tillräckligt snabbt för att mata en ny generation av mobila enheter och applikationer, utan tillräckligt snabbt för att Gigabit LTE också ska ersätta bredbandsanslutningar i hemmet. På tjugo år har vi sett mobilnäten öka i hastighet från 9,6 Kbits/sek till över 1 000 000 Kbits/sek – och vi har bara börjat. Ultrasnabba, sömlösa, trådfria nätverk är precis runt hörnet, med Qualcomm som tillhandahåller tekniken för att ansluta.
