Europejskie systemy analogowe: NMT i TACS
Przed GSM w Europie rozwijano kilka krajowych analogowych systemów komórkowych. Najbardziej znanymi przykładami były NMT i TACS. Oba wykorzystywały dostęp z podziałem częstotliwości i analogową mowę, ale opierały się na odmiennych specyfikacjach regionalnych. NMT kładł nacisk na wspólny system nordycki i roaming między sieciami. TACS przystosował rozwiązania AMPS do brytyjskiego przydziału w paśmie 900 MHz i jego planu kanałowego. Różnica była istotna dla abonenta, ponieważ telefon zgodny z jednym planem radiowym nie uzyskiwał automatycznie dostępu do drugiego systemu.
Nordic Mobile Telephone (NMT)
NMT opracowano dzięki współpracy Danii, Finlandii, Norwegii i Szwecji pod koniec lat 70., a później do wspólnego obszaru dołączyła Islandia. Pierwsze europejskie usługi NMT-450 uruchomiono w 1981 roku w Szwecji i Norwegii, a później także w Danii i Finlandii. Był to jeden z pierwszych systemów projektowanych od razu z myślą o pracy w więcej niż jednym państwie. W 1986 roku pojawił się NMT-900, gdy systemy 450 MHz zbliżały się do granic pojemności. System wykorzystywał analogową modulację częstotliwości dla mowy oraz do dostępu.
Warianty radiowe
- NMT-450: Niższe pasmo zapewniało duży obszar pokrycia przy danym układzie stacji i lepszą penetrację przeszkód terenowych. Duże komórki odpowiadały rozległym, słabo zaludnionym obszarom Skandynawii, lecz mniejsza pula kanałów ograniczała pojemność. Reprezentatywne europejskie specyfikacje podają odstęp międzykanałowy 25 kHz, maksymalną dewiację FM 5 kHz i sygnalizację 1,2 kbit/s.
- NMT-900: Wyższe pasmo umożliwiało gęstszy plan kanałowy i mniejsze komórki w obszarach o większym ruchu. Krótszy zasięg pojedynczej stacji wymagał gęstszej sieci, lecz pozwalał obsłużyć większą liczbę abonentów w miastach. W tabeli reprezentatywnych systemów zastosowano odstęp 25 kHz. W części planów NMT-900 używano przeplotu z rastrem 12,5 kHz.
Niższa częstotliwość może poprawić zasięg i penetrację przy porównywalnej lokalizacji anteny, natomiast pojemność nadal zależy od liczby kanałów i planu ponownego użycia. Przejście z 450 MHz do 900 MHz zwiększało więc pojemność przez gęstsze rozmieszczenie komórek i większy zasób kanałów. Tor transmisji pozostał analogowy.
Oba warianty używały par częstotliwości dla kierunku do stacji i do terminala. Kanał pozostawał zarezerwowany na czas rozmowy, a sygnalizacja sterowała przydziałem, zwolnieniem oraz przekazaniem kanału. Zmiana pasma zwiększała możliwości planowania radiowego, lecz nie wprowadzała cyfrowego kodowania mowy.
Roaming i sygnalizacja
uwzględniono w projekcie NMT od początku. Abonent ze Szwecji mógł przejechać do Norwegii, a telefon wybierał zgodną sieć odwiedzaną i przekazywał operatorom informacje potrzebne do rozliczenia. Uczestniczący operatorzy wymieniali dane o abonencie i trasie połączenia, aby telefon mógł korzystać z odwiedzonej sieci NMT przy zachowaniu macierzystej umowy. NMT zapewniał także automatyczny handover między komórkami oraz dostęp do publicznej komutowanej sieci telefonicznej. Tor mowy pozostawał analogowy, a pierwotny system nie oferował ustandaryzowanej ochrony kryptograficznej porównywalnej z GSM.
NMT w Polsce
Polska uruchomiła pierwszą publiczną sieć komórkową w 1992 roku pod nazwą PTK Centertel. Wykorzystywano wariant NMT-450i, czyli ulepszoną odmianę NMT-450. Przydział w paśmie 450 MHz pozwalał uzyskać szerokie pokrycie obszarów wiejskich i tras międzymiastowych przy stosunkowo małej liczbie komórek, ale liczba kanałów ograniczała pojemność w gęsto zaludnionych obszarach. Usługa była droga, a duże aparaty, między innymi Mobira Talkman, stały się rozpoznawalnym wyposażeniem pierwszych abonentów biznesowych. Sieć działała jeszcze po uruchomieniu GSM i została wyłączona dopiero pod koniec pierwszej dekady XXI wieku.
NMT-450i pozostawał usługą głosową z automatycznym przekazywaniem między komórkami. Szeroki zasięg pojedynczej stacji ograniczał liczbę potrzebnych lokalizacji, lecz w centrum miasta ten sam kanał nie mógł służyć wielu rozmowom jednocześnie. Był to kompromis pomiędzy pokryciem terytorium a pojemnością.
Total Access Communication System (TACS)
TACS był analogowym systemem komórkowym wywodzącym się z AMPS, wybranym dla Wielkiej Brytanii zamiast tworzenia całkowicie nowej specyfikacji. Publiczne usługi komórkowe uruchomiono w 1985 roku, a sieci prowadziły Vodafone i Telecom Securicor Radio, działające pod nazwą Cellnet. TACS wykorzystywał pasmo 900 MHz, FDD, analogową modulację FM oraz FDMA.
Plan kanałowy i sygnalizacja
Reprezentatywne specyfikacje TACS podają 25 kHz odstępu międzykanałowego, podczas gdy AMPS używał 30 kHz. Węższy raster mieścił więcej kanałów w przydzielonym paśmie. Zmiana wymuszała także inne parametry modulacji. To samo zestawienie podaje dla TACS maksymalną dewiację FM 9,5 kHz i sygnalizację kanału sterującego 8 kbit/s, a dla AMPS odpowiednio 12 kHz i 10 kbit/s. Wartości te opisują plan radiowy i sygnalizację sterującą. Tor mowy pozostawał analogowy.
- Odstęp międzykanałowy AMPS:
- Odstęp międzykanałowy TACS:
- Maksymalna dewiacja TACS:
- Sygnalizacja sterująca TACS:
Kanał sterujący przenosił informacje o żądaniu dostępu, identyfikacji terminala i obsłudze połączenia, a kanał głosowy korzystał z analogowej modulacji FM. Węższy kanał TACS zwiększał liczbę przydziałów w paśmie, lecz pozostawiał problem podsłuchu i klonowania charakterystyczny dla analogowych systemów 1G.
Rozszerzenie ETACS
ETACS, czyli Extended TACS, rozszerzał zestaw dostępnych kanałów w rodzinie TACS. Operatorzy wykorzystywali go do zwiększania pojemności i ograniczania przeciążeń wraz ze wzrostem brytyjskiego rynku komórkowego, szczególnie w dużych miastach. Rozszerzenie zachowało analogowy model FDMA, więc zwiększało zasób kanałów bez dodawania cyfrowego uwierzytelniania, szyfrowania i usługi SMS kojarzonych później z GSM. Rodzina TACS była używana także poza Wielką Brytanią, w części państw Europy, Azji i Afryki.
Przyczyny zastąpienia systemów 1G
NMT i TACS zapewniały praktyczną telefonię ruchomą, ale analogowy tor radiowy i regionalne specyfikacje nakładały wyraźne ograniczenia. Pojemność rosła przez dokładanie kanałów i stacji, bez mechanizmu cyfrowego współdzielenia zasobów.
- Prywatność: Pierwsze wdrożenia nie miały wspólnej kryptograficznej ochrony interfejsu radiowego porównywalnej z GSM. Sygnał analogowej mowy można było odebrać po dostrojeniu do kanału.
- Pojemność: FDMA utrzymywał cały kanał radiowy przydzielony jednemu połączeniu przez cały czas rozmowy. Pojemność zależała więc bezpośrednio od stałej puli kanałów i planu ponownego użycia.
- Zakres usług: Sygnalizacja była dostępna, a niektórzy operatorzy dodawali usługi specjalistyczne, ale rodzina nie miała wspólnej usługi SMS ani transmisji pakietowej.
- Współpraca systemów: Roaming NMT działał między uczestniczącymi sieciami NMT. Jednosystemowy telefon TACS nadal nie mógł korzystać z interfejsu radiowego NMT, ponieważ różniły się plan kanałowy i sygnalizacja.
GSM odpowiedział na te ograniczenia ujednoliconym cyfrowym interfejsem radiowym, przydziałem szczelin TDMA, uwierzytelnianiem abonenta, szyfrowaniem łącza radiowego i ustandaryzowaną sygnalizacją sieci rdzeniowej. NMT i TACS tworzą ważne ogniwo między wczesną analogową telefonią komórkową a interoperacyjnymi systemami cyfrowymi. Wspólna specyfikacja GSM miała zastąpić kilka regionalnych planów jednym modelem terminala, identyfikacji abonenta i roamingu.
Migracja do GSM nie polegała wyłącznie na wymianie nadajników. Operator musiał przejść na cyfrowy interfejs, nowe karty abonenta i procedury sieciowe, a użytkownik otrzymywał SMS, większą pojemność oraz ochronę łącza radiowego. Właśnie zestaw tych zmian zakończył epokę NMT i TACS. Zmiana dotyczyła więc jednocześnie radia, terminala, identyfikacji abonenta i sieci rdzeniowej. W praktyce obie generacje współistniały przez okres przejściowy, ponieważ analogowe terminale i stacje bazowe wycofywano etapami. Usługi NMT pozostawały dostępne lokalnie do czasu rozbudowy GSM.