Przed modelem komórkowym: radiotelefonia i 0G
Przed pojawieniem się 1G telefonię ruchomą zapewniały zwykle systemy telefonów samochodowych i radiotelefonów. Pojazd przewoził duży nadajnik-odbiornik, czasem montowany w bagażniku, a w kabinie znajdował się panel telefonu. Zasięg uzyskiwano za pomocą stacji dużej mocy obsługującej rozległy obszar. Wiele takich systemów miało niewielką pulę kanałów, więc w dużym mieście mogło obsłużyć tylko kilka lub kilkadziesiąt połączeń jednocześnie. Rozmiar urządzeń, pobór energii, cena usługi i listy oczekujących ograniczały dostępność.
Systemy te często zalicza się do generacji 0G. Zapewniały głosową łączność ruchomą, ale nie wykorzystywały komórkowego podziału obszaru na wiele stacji małej mocy. Telefon korzystał z jednej centralnej anteny obejmującej duży fragment miasta, dlatego kanał pozostawał związany z tym obszarem. Ograniczało to pojemność i utrudniało utrzymanie połączenia podczas ruchu między obszarami obsługiwanymi przez różne instalacje.
Zasada komórkowa
Planowanie komórkowe dzieliło obszar usługowy na mniejsze regiony nazywane komórkami. Koncepcję rozwijano w Bell Labs, a następnie przystosowały ją administracje i przedsiębiorstwa, tworząc kilka systemów 1G. Każda komórka otrzymywała stację bazową o kontrolowanym zasięgu i mocy. Sąsiednie komórki korzystały z różnych kanałów, natomiast te oddalone mogły używać tej samej częstotliwości. Takie ponowne wykorzystanie częstotliwości zwielokrotniało liczbę kanałów dostępnych w obszarze miejskim.
zapewniała ścieżkę radiową dla swojej komórki. Ponowne użycie częstotliwości zwiększało liczbę połączeń możliwych do obsłużenia w mieście bez proporcjonalnego poszerzania przydziału widma. Gdy abonent się przemieszczał, funkcje komutacyjne i sterowanie radiowe przekazywały rozmowę do kolejnej komórki w procedurze . Przekazanie wymagało wybrania kanału w komórce docelowej i przełączenia toru rozmównego w czasie, gdy abonent opuszczał poprzedni obszar zasięgu.
Cechy 1G: głos analogowy i FDMA
1G było rodziną systemów komórkowych pierwszej generacji z analogowym torem mowy. W większości systemów głos modulowano częstotliwościowo, a połączenia w sieci rdzeniowej komutowano na czas trwania rozmowy. Płaszczyzna sterowania mogła wykorzystywać sygnalizację cyfrową. Określenie analogowy dotyczy toru radiowego mowy i jego modulacji, podczas gdy część komunikatów sterujących miała postać cyfrową.
Głos analogowy
Analogowy kanał mowy przenosi sygnał o ciągłej zmienności. Przebieg elektryczny odwzorowuje zmiany ciśnienia akustycznego, podobnie jak ciągły rowek płyty winylowej. W późniejszych systemach cyfrowych głos jest próbkowany i reprezentowany przez wartości liczbowe. W 1G szum i zakłócenia bezpośrednio zmieniały przebieg, a jakość odbioru zwykle pogarszała się stopniowo wraz ze słabnięciem łącza radiowego. Systemy nie miały wspólnej warstwy kryptograficznej porównywalnej z szyfrowaniem GSM, a usługa głosowa pozostawała związana z przydzielonym obwodem.
Wielodostęp z podziałem częstotliwości
dzielił pasmo operatora na wąskie kanały. W systemie FDD połączenie otrzymywało jedną częstotliwość w kierunku do sieci i jedną w kierunku do terminala. Para pozostawała zajęta przez całą rozmowę, także w chwilach ciszy. Prosty mechanizm ułatwiał planowanie radiowe, ale wykorzystywał widmo mniej efektywnie niż późniejsze systemy cyfrowe ze współdzieleniem czasu. pozwalał obu stronom mówić i słuchać równocześnie. Para kanałów pozostawała zajęta przez całą rozmowę, także w chwilach ciszy. Prosty mechanizm ułatwiał planowanie radiowe, ale wykorzystywał widmo mniej efektywnie niż późniejsze systemy cyfrowe ze współdzieleniem czasu.
1G nie definiowało uniwersalnej usługi SMS ani pakietowej transmisji danych. Poszczególne sieci mogły dodawać ograniczoną sygnalizację lub usługi modemowe, jednak głos pozostawał podstawową usługą wspólną dla użytkowników.
Doświadczenie pierwszych użytkowników
Model komórkowy uczynił telefonię ruchomą praktyczną, ale pierwsze urządzenia ujawniały ograniczenia ówczesnej techniki radiowej i akumulatorów. Motorola DynaTAC 8000X zapewniała około 30 minut rozmowy po około 10 godzinach ładowania, więc przenośność nie oznaczała jeszcze wygody znanej z późniejszych aparatów.
- Duże terminale: Pierwsze telefony przenośne były ciężkie i energochłonne. Znanym przykładem jest Motorola DynaTAC 8000X, zapewniająca około pół godziny rozmowy po około dziesięciu godzinach ładowania.
- Zmienna jakość mowy: Odbiór analogowy zależał od zakłóceń współkanałowych, propagacji wielodrogowej, położenia terminala i chwilowych warunków propagacji. Słabe łącze powodowało szum, trzaski oraz słyszalne zniekształcenia, a rozmowa mogła zostać przerwana przy wyjeździe poza komórkę.
- Ograniczona prywatność: Analogowy sygnał mowy nie był chroniony ustandaryzowanym mechanizmem kryptograficznym. Odbiornik dostrojony do kanału, w tym dostępny skaner radiowy, mógł monitorować transmisję.
- Usługa głosowa: Sieć mogła przenosić sygnalizację i wyspecjalizowane usługi dodatkowe, ale nie udostępniała wspólnej warstwy SMS, MMS i transmisji internetowej. Ograniczenie to zyskało znaczenie wraz ze wzrostem zapotrzebowania na usługi cyfrowe.
Standardy regionalne i ograniczony roaming
1G tworzyło grupę systemów regionalnych. Jeden globalny interfejs radiowy nie został wtedy zdefiniowany. Krajowe plany częstotliwości, odstępy międzykanałowe, sygnalizacja i wymagania terminali różniły się, więc aparat zwykle działał tylko w sieciach przeznaczonych dla danego systemu. Roaming był możliwy po uzgodnieniu kompatybilnych procedur przez operatorów, ale nie stanowił cechy całej rodziny 1G. Ta fragmentacja utrudniała produkcję jednego terminala i planowanie usługi dla abonenta przemieszczającego się między państwami.
Przykładowe systemy obejmowały:
- : System w paśmie 800 MHz z odstępem międzykanałowym 30 kHz, wdrażany komercyjnie w Ameryce Północnej na początku lat 80. Pierwszą komercyjną sieć uruchomiono w Chicago w 1983 roku. Warianty AMPS stosowano także w części Ameryki Południowej i Australii.
- : Pochodny od AMPS system 900 MHz uruchomiony w Wielkiej Brytanii w 1985 roku przez operatorów Vodafone i Cellnet, a następnie używany także w innych państwach.
- : Pierwsze europejskie wdrożenia systemu 450 MHz uruchomiono w 1981 roku w Szwecji i Norwegii, a później także w Danii i Finlandii. W 1986 roku pojawił się NMT-900. Wspólne specyfikacje umożliwiały roaming między uczestniczącymi sieciami NMT. W Polsce pierwszą publiczną sieć Centertel uruchomiono w 1992 roku w wariancie NMT-450i.
Regionalne rozdrobnienie zwiększyło atrakcyjność ujednoliconego systemu cyfrowego. GSM odpowiedział na tę potrzebę wspólną specyfikacją radia i sieci rdzeniowej, cyfrową mową, uwierzytelnianiem abonenta, szyfrowaniem łącza radiowego, TDMA i usługami takimi jak SMS. Wspólny model identyfikacji i procedur sieciowych ułatwił przenoszenie numeru użytkownika między obszarami obsługiwanymi przez różnych operatorów.
Chronologia wdrożeń pokazuje regionalny charakter tej generacji. Pierwszy operacyjny system komórkowy uruchomiono w Tokio w 1979 roku, NMT-450 rozpoczął pracę w krajach nordyckich w 1981 roku, a AMPS wszedł do komercyjnej eksploatacji w Stanach Zjednoczonych w 1983 roku. Wczesne sieci mogły przenosić ograniczone usługi modemowe, lecz ich transmisja danych nie tworzyła wspólnej usługi porównywalnej z późniejszym GPRS.
Trwały wkład 1G
1G pokazało, że planowanie komórkowe, ponowne wykorzystanie częstotliwości, automatyczny handover i publiczna komutacja ruchoma mogą tworzyć usługę komercyjną. Systemy te przeniosły telefonię z ograniczonej usługi samochodowej do urządzeń, które użytkownik mógł zabrać ze sobą, choć początkowa cena i masa terminali nadal ograniczały rynek. Idee te stały się punktem wyjścia dla systemów cyfrowych.
Ograniczona pojemność, szum analogowy, słaba prywatność i brak wspólnych usług danych przyspieszyły przejście do 2G. Radio cyfrowe mogło kodować mowę, współdzielić nośne w czasie, uwierzytelniać abonenta i przenosić ustandaryzowaną sygnalizację. GSM zachował model komórkowy, usuwając ograniczenia charakterystyczne dla pierwszej generacji. Przejście obejmowało więc zarówno zmianę toru radiowego, jak i wprowadzenie wspólnych procedur abonenta, mobilności oraz usług dodatkowych. Finlandia uruchomiła cyfrową usługę GSM w 1991 roku, co w historii telefonii mobilnej oznaczało przejście od analogowej generacji 1G do cyfrowej generacji 2G. Operatorzy często prowadzili sieci analogowe i cyfrowe równolegle, gdy rozszerzano zasięg i wymieniano terminale abonentów.