MOBILTELEFONENS HISTORIA

Transkript

1 MOBILTELEFONENS HISTORIA Institutionen för datateknik (IDt) Mälardalens högskola 6 oktober 2004 Västerås Författare: Martin Rydberg mrg02002@student.mdh.se Peter Winbo pwo02001@student.mdh.se 1

2 SAMMANFATTNING Den mobila telefonin har funnits i över ett halvt sekel och under denna tid har mycket hänt med den tekniska utvecklingen av mobiltelefoner. Från att ha varit en analog telefon med enbart möjlighet att tala, är mobiltelefonen idag mycket mer än enbart en telefon. Det nu möjligt att använda mobiltelefonen för SMS, MMS och videokonferenser. I början var mobiltelefonerna stationerade i bilar och båtar eftersom de var stora och tunga. De dyra telefonerna gjorde att väldigt få hade råd att köpa en. De hyrdes istället ut av Televerket till busschaufförer, taxibolag och läkare. Genom ett europeiskt samarbete växte GSM-systemet fram. Syftet med samarbetet var att ta fram ett enhetligt europeiskt mobiltelesystem där man skulle kunna röra sig fritt geografiskt och samtidigt kunna bli nådd och ringa överallt. Den tekniska marknaden nöjde sig inte med denna teknik. Nästa steg i utvecklingen var att höja bithastigheten och effektiviteten i GSM. Denna utveckling ledde så småningom fram till tredje generationens mobiltelesystem. Tredje generationens mobiltelefoni bygger i grunden på GSM. Den stora skillnaden är att 3G är ett mer effektivt radionät som optimerats för paketförmedling istället för kretskopplad överföring. 2

3 INNEHÅLLSFÖRTECKNING SAMMANFATTNING...2 INNEHÅLLSFÖRTECKNING...3 Första generationen 1G, NMT 450/ Kort historielektion om radiokommunikation...5 MTA (Mobil Telefoni system A)...6 MTB (Mobil Telefon system B)...6 MTD (Mobil Telefon system D)...7 Manuellt eller automatiskt?...8 Andra generationen 2G, GSM...9 Mellangenerationen 2.5G, WAP, GPRS...9 Tredje generationens mobilsystem 3G...10 Paket- eller kretsdataöverföring...10 SLUTSATSER...12 Bilaga, ordlista...13 REFERENSER

4 INLEDNING När man hör talas om mobiltelefoner idag så tänker de flesta på en liten smidig telefon som man kan bära med sig. Idag har de flesta åtminstone en mobiltelefon och det är nästan en självklarhet att man ska kunna nås var man än är i världen. Människor i vårt samhälle vill effektivisera sin tid och vara tillgängliga för vänner, familj, arbetskollegor och kunder. Utvecklingen har gått väldigt snabbt och något så självklart som att äga en mobiltelefon var något exklusivt för bara några tiotal år sedan. Från att bara användas för tal så används idag mobiltelefoner även för videotelefoni, spel, Internet etc. Man har skapat ett behov som inte fanns vilket öppnar upp för ännu fler möjligheter att förenkla vardagen för både privatpersoner och företag. I denna rapport tar vi upp mobiltelefonens historia i Sverige. Några av de personer som har haft störst betydelse för utvecklingen av ett komplett mobiltelefonsystem, inte bara i Sverige utan i hela norden. 4

5 MOBILTELEFONENS HISTORIA Första generationen 1G, NMT 450/900 Kort historielektion om radiokommunikation. Den förste personen som lyckades överföra röster via radioteknik var Guglielmo Marconi. Marconi var en uppfinnare som föddes 25 april 1874 i Bologna, Italien. Redan som liten började han att studera och visade ett stort intresse för elektriska fenomen. Han inspirerades av Heinrich Hertz elektromagnetiska experiment och hade planer på att överföra information med hjälp av denna typ av vågor utan att behöva ha en fast förbindelse. I slutet av 1800-talet påbörjade han ett experiment med en trådlös telegraf. Experimentet utvecklades och från att bara kunna sända några meter så kunde han till slut sända morsekod över ett avstånd på upp till 2km. Allt eftersom tiden gick så förbättrade Marconi sin uppfinning och lyckades sända ett meddelande från Irland över till Buenos Aires och senare samma år också från England till Australien. Marconi började även att marknadsföra ett kommersiellt system byggt på samma teknik och nådde stora framgångar. Det användes bl.a. för signalering vid sjöfart och för att sända meddelanden över Atlanten. I början på 1900-talet hade den trådlösa telegrafin utvecklats till trådlös telefoni samt vår tids ljudrundradio. Marconi koncentrerade sig på att utveckla kortvågsradion och tog samtidigt fram parabolantennen. År 1932 installerade Marconi världens första radiolänk med mikrovågor, den gick mellan Vatikanen och påvens sommarresidens. Marconi fick 1909 tillsammans med Karl Ferdinand Braun Nobelpriset i fysik för deras bidrag i utvecklandet av trådlös telegrafi. 5

6 MTA (Mobil Telefoni system A) Mobiltelefon system A eller MTsystem Lauhrén som det kallades i början var världens första helautomatiska mobila telefonsystem. Anledningen till att systemet kallades MTsystem Lauhrén var att det utvecklades av två ingenjörer, Sture Lauhrén från tekniska byrån samt Ragnar Berglund från radiobyrån. En del personer hävdade att ett manuellt system skulle kosta för mycket så istället beslöt man att det nya systemet skulle vara helt automatiskt. I slutet av 50-talet installerades ett första provsystem i Stockholm. Det beslog av en basstation som satt uppe i vattentornet på Lidingö samt av fem biltelefoner. Kommunikationen gjordes i 160Mhzbandet. Testsystemet visade sig fungera bra och televerket beslöt att man skulle bygga två likadana system, ett i Stockholm och ett i Göteborg. Det tog dock en tid innan hade finslipat tekniken så pass att man kunde införa ett kommersiellt system så detta hände inte förrän Det kan nämnas att en mobil MTA-enhet drog ca 5A i viloläge och ca 18A under sändning. Under tiden mot en kommersiell produkt så användes testsystemet flitigt av svensk radio och det lånades även ut till läkarbilen i Stockholm där man såg en klar fördel av att doktorn kunde ringa direkt till sjukhus och apotek m.m. Kapaciteten på dessa kommersiella system beräknades till att de skulle klara av ca. 100 användare var och ha en täckningsradie på ca kilometer runt den fast monterade masten. Den slutliga modellen av systemet var utformat för a kunna vara landsomfattande och rymma ca 1000 abonnenter. Den mobila utrustningen ägdes av televerket och hyrdes ut till kunden mot en abonnemangskostnad. I slutet av 1956 fanns det 19st biltelefoner installerade i Stockholm och 8st i Göteborg. Dessa siffror hade ökat till 50 respektive 30st året därpå. MTA-systemet hölls i drift fram till 1960-talet då Ragnar Berglund hade börjat experimentera med ett nyare system som hade en större kapacitet. MTB (Mobil Telefon system B) Berglund eller MobilTelefon system B hette det telefoni system som skulle bli efterföljaren till MTA. Det nya systemet använde sig av två frekvensband, 76-77,5Mhz för kommunikation mellan basstation och mobil samt 81-82,5Mhz kommunikationen åt andra hållet. Detta och en rad andra förbättringar mot MTA gjorde att MTB hade en teoretisk högre kapacitet. Testerna av MTB-systemet inleddes 1961 i Stockholm och pågick i ca ett år. Försöken gick bra och man tog ett beslut om fortsatt utbyggnad i Stockholm och Göteborg. Eftersom de nya mobila utrustningar var transistorbaserade så gick strömförbrukningen för de mobila MTB-enheterna ner avsevärt. Officiellt så togs MTB i drift Man ansåg nu att inget av det två existerande näten lämpade sig speciellt bra för utbyggnad till att bli landstäckande pga. att det skulle bli allt för kostnadskrävande. Televerket tillsatte därför en utredning 1962 som skulle klarlägga de tekniska och ekonomiska aspekterna av ett nytt mobiltelefonsystem. Utredningen kom inte igång förrän 1964, ordförande blev dåvarande överingenjören och sedermera chef för Televerket Radio. Gruppen kom fram till att man skulle betrakta mobilen som specialfall av landmobil radio. Samma tänkande som då angavs i augusti 1967 kom att förbli grundläggande för den fortsatta utvecklingen. Gruppens arbete resulterade i en systemspecifikation ur vilket följande kan citeras. Mobiltelefon skall vara ett för publikt bruk avsett individselektivt mobilradiosystem så anordnat att trafikmöjligheter och handhavande i huvudsak överensstämmer med vad som gäller för telefontjänsten i telefonnätet. Fordonsstationerna skall kunna trafikera en förutbestämd basstation (lokalsystem) eller samtliga i ett landsomfattande mobiltelefonsystem ingående basstationer (rikssystem). 6

7 Samtal skall kunna etableras mellan fordon och apparat ansluten till telefonnätet samt mellan fordon inbördes, i senare fallet via telefonnätet Kostnadsfrågan måste uppmärksammas. Målsättningen skall vara ett godtagbart system till rimlig kostnad dvs. systemet skall erbjuda en fullgod talförbindelse med en mot kostnaderna vägd signalinformation, talsekretess och signalsäkerhet MT-systemet skall vara anpassat till normala mobila radiostationer enligt telestyrelsens tekniska bestämmelser för landmobila radioanläggningar i frekvensband med 25 khz kanalindelning " Gruppen utformade specifikationens totalt 27 punkter så att den tog hänsyn till såna saker som framtida utbyggnader samt uppgraderingar. Man ville få ett sammanhängande landstäckande nät där varje bil skulle ha sitt eget telefonnummer i likhet med Lauhréns system. Under tiden som gruppen utreder ärendet så föreslår man en utbyggnad av befintliga systemen MTA samt MTB för att bemöta det ökande behovet av mobiltelefontjänster. MTD (Mobil Telefon system D) I slutet av 60-talet började arbetet med delarna i det nya systemet. På den nordiska telekonferensen 1969 föreslog man att det skulle byggas ett gemensamt mobiltelefonsystem. Man tänkte sig en nordisk samarbete där man skulle lägga riktlinjerna för nästa generations mobiltelefoni. En av uppgifterna var att undersöka möjligheterna till en standardisering av existerande manuella mobiltelefontjänster. I Sverige fortgick arbetet med att tillmötesgå efterfrågan av ett mobilnät utanför tätortsområdena. Man bestämde sig för att utveckla ett manuellt system i väntan på att det helautomatiska skulle bli klart. En projektgrupp tillsattes för att konstruera det nya manuella systemet som kom att kallas MTD. Håkan Bokstam utsågs till projektledare för gruppen. Han blev senare också ordförande för det nordiska samarbetet, detta gjorde att MTD blev konstruerat med tanke på den fortsatta utvecklingen. MTD togs i drift mot slutet av Till en början fanns det bara täckning i mellansverige, men under det kommande året byggdes systemet ut till en rad städer i syd- och mellansverige. Att man tog fram MTD med ett framtidstänkande kan man bl.a. se på att de frekvenser man använde låg i samma frekvensband som för det framtida automatiska systemet. En kund som ville nyttja systemet kunde införskaffa sin mobila utrustning själv från en radioleverantör istället för som tidigare, då man var tvungen att hyra utrustning från televerket. Detta va givetvis till fördel för kunden och kundintresset ökade i takt med att man byggde ut nätet. MTD nätet hade som mest kunder 1980 och omfattade 110 basstationer. 7

8 Manuellt eller automatiskt? Det nordiska samarbetet satte igång i början av En utredning skulle se efter om det fanns en möjlighet till att bygga samman de olika nordiska ländernas manuella system. Man kom fram till att det skulle bli svårt att passa ihop de olika systemen med tanke på att det fanns fler olikheter än likheter. Istället tittade man på om det fanns möjlighet att bygga ihop de nordiska ländernas framtida mobil-system. Det första förslaget på ett sådant system var att det skulle vara helt automatiskt, men det ansågs kosta för mycket vid den tidpunkten. Man tyckte att i så fall så skulle ett automatiskt system vara ett komplement och inte en ersättning för ett manuellt system. Den första frågan man tog tag i va den om ett eventuellt gemensamt frekvensband för Sverige och Danmark. Anledningen till detta va den att båda länderna va på god väg att starta upp manuella nät och ett gemensamt frekvensband skulle ge kunderna möjlighet att nyttja mobiltjänsterna över landsgränserna. Efter det att en grupp av frekvensexperter hade rett ut det tekniska detaljerna fastställde man en frekvensplan. Man reserverade också frekvensband för ett kommande gemensamt automatiskt system. Efter några års arbete på det nya systemet så kom man fram till att den enda praktiskt tänkbara lösningen var att utveckla ett automatsikt system istället för ett manuellt. Man bedömde att ett sådant system inte kunde införas tidigare än Systemet beräknades kunna ha en livslängd på 15 år och borde därför innehålla såna funktioner som kunderna kunde tänkas vilja ha under 1980-talet. En av riktlinjerna i projektet var att de mobila telefonerna skulle fungera precis som en vanlig telefon oavsett vart man befann sig geografiskt inom norden. Under 1973 genomfördes mätningar och prov för att fastställa svar på frågor om hur nätet skulle utformas samt vilken utrustning som krävdes. Gruppen utveckling av det nya systemet genomfördes med en stark koppling till industrin. På så sätt kunde man få svar på en del viktiga frågor om radioteknik och telefonteknik. Man fick även en bättre uppfattning om den ekonomiska biten angående utrustning. I en rapport 1973 lägger gruppen fram en tidsplan för det fortsatta arbetet. De räknar med att tidpunkten för en möjlig driftsättning är Likheterna mellan det nya automatiska systemet och det äldre MTD kan ses som många. Skillnaden var den att man skulle ersätta den manuella nätkonfigurationen med datorer istället. Det vill säga en dator i bilen skulle prata med en dator i telefonväxeln. Det skulle visa sig att gruppen hade varit allt för optimistisk i sin prognos. Det återstod en del arbete med att klara störningar på förbindelsen mellan bil och basstation. De ansåg också att det krävdes en undersökning av vilken typ av signalering man skulle använda sig av mellan datorn i bilen och den i växeln. Då gruppen inte ansåg sig själva förfoga över så stora resurser som krävdes för att utreda den frågan så anlitades ett danskt företag för detta. Resultatet från Storno A/S som det Danska företaget hette utmynnade i en 100-sidig rapport som kom hösten Vid 1975 års telefonkonferens hade gruppen sammanställt en komplett systembeskrivning med lämpliga tekniska lösningar samt i en bilaga ett förslag till ett lämpligt signaleringsschema. Man tar ett beslut om att man måste genomföra ett slutligt systemprov i liten skala för att säkerställa att det specifikationer som man fastställt fungerar i praktiken. Gruppen beslutar att testet borde kunna avslutas tills årsskiftet Tidpunkten om en eventuell driftsättning flyttas fram till Samtidigt på 1975 års konferens togs ett formellt beslut om att ett systemprov skulle genomföras. Provet skulle genomföras i Sverige, de inblandade länderna skulle dela på kostnaden man skulle också göra kompletterande utredningar om gränssnittet mellan mobiltelefon och telenät. Man kom överens om att eftersom antalet abonnenter ökade i de manuella näten så skulle man hålla hårt på en systemstart till år

9 För genomförandet av systemtesten tillsattes en särskild projektgrupp. Testen skulle genomföras i samarbete med radiolaboratoriet vid svenska televerkets forskningsinstitut. Man bildade även en styrgrupp beståendes av representanter från de fyra nordiska länderna. Den tekniska utrustning som behövdes för testen togs fram av två stycken civilingenjörer, Jay Bergstrand och Henrik Rosenlund. Testsystemet som de tog fram bestod av tre basstationer och ett tiotal mobilstationer. De mobila sändar/mottagar enheterna bestod av modifierade MTD-enheter medan styrenheten tillverkades av logik-komponenter. Länken till det fasta telefonnätet placerades i radiolaboratoriets lokaler Farsta. Där byggde man en experimentväxel som hade tio anslutningar och som styrdes av en styrdator. Programvaran till styrdatorn utvecklades hos televerkets forskningsinstitut i Oslo av det två forskarna Björn Löken och Nils Tolleshaugan. Sommaren 1978 gjordes en lyckad demonstration av provsystemet. Tyvärr så hade ordföranden i gruppen, Håkan Bokstam, avlidit i en trafikolycka några månader tidigare så han fick inte uppleva den framgången. Hans ersättare Thomas Haug och överingenjören Östen Mäkitalo från svenska televerket bidrog till mycket av det lyckosamma genomförandet av utvecklingen av NMT. De båda fick år 1987 Ingenjörsvetenskapsakademiens guldmedalj för sina insatser. Andra generationen 2G, GSM Elva år efter att det första NMT-systemet invigdes i Sverige lanserades det nya GSM-systemet. Televerket (numera Telia) och Ericsson intresserade sig tidigt för denna andra generation. Det fanns en stor brist i de analoga systemen nämligen att mobiltelefonerna bara fungerade i länder med den egna standarden och roaming mellan länder med olika standard var omöjlig. Detta gjorde att man i Europa började fundera på ett gemensamt mobiltelefonsystem. 1982, på CEPT (Europeiska Post- och Telekonferensen) i Wien föreslog man att en ny standard för mobiltelefoni. Man tillsatte en arbetsgrupp som kom att kallas Group Spéciale Mobile (GSM) men ändrades senare till Global System for Mobile Communications. Det gemensamma standardiseringsarbetet gick ut på att föra samman tekniskt kunnande och idéer från Europa. Drivkraften bakom detta samarbete var ett mobiltelesystem där man skulle kunna röra sig fritt mellan näten och kunna bli nådd överallt beslöt GSM-gruppen att använda ett digitalt nät, TDMA. Det digitala krypterade systemet medförde flera fördelar; talet var skyddat mot avlyssning, talkvaliteten blev bättre och nätoperatörerna fick större möjlighet att kombinera sina tjänster. Alla signaler går genom radiomodemet i mobiltelefonen och hastigheten är minst 9,6 kbit/s. Mellangenerationen 2.5G, WAP, GPRS Mellangenerationen 2.5G är befintliga 2G-nät som nu håller på att uppgraderas för att få högre dataöverföringshastigheter och mer avancerade tjänster än dagens 2G. Denna nya teknik har introducerats för att göra avståndet mellan andra och tredje generationen mindre. WAP, Wireless Application Protocol, släpptes i april 1998 och gjorde det möjligt att surfa via mobilen. Internetsidor är ofta skrivna i HTML vilket WAP-mobilen inte kan tyda. Speciella WAP-sidor är därför programmerade i WML, vilket är en förenklad version av HTML. WMLsidor är anpassade för mobilens display och därför har avancerad grafik skalats bort. WAP är resultatet av tre tidigare protokoll; Ericssons ITTP, Nokias TTML och Phone.coms HDML). Den första versionen av WAP släpptes i april

10 GPRS, HSCSD och EDGE är tekniker som tillhör denna mellangeneration. Med dessa tekniker behöver mobiltelefonen aldrig ringa något samtal för att koppla upp sig till Internet vilket medför att man kan svara i telefonen samtidigt. Till skillnad från uppkoppling i GSMnätet betalar användaren endast för den mängd data som skickas eller tas emot och inte uppkopplingstiden. I praktiken blir det billigare än när mobiltelefonen kopplas till Internet via en uppringd anslutning. Tredje generationens mobilsystem 3G Den tredje generationens mobiltelefonsystem kallas även UMTS (Universal mobile telecommunications system). Detta är ett system som innebär bredbandig, paketdatabaserad överföring av text, röst, video och multimedia, till hastigheter mellan kbit/s. För användaren innebär detta att mer avancerade kommunikationstjänster blir tillgängliga oavsett var han än befinner sig. Tekniken bygger på paketdata, liksom nuvarande Internetuppkopplingar och GPRS, och man kan vara uppkopplad mot nätverket hela tiden. UMTS är baserat på GSM-systemet och för samman radiokommunikation via bredband med datavärldens IP-standard. Tillsammans skapar detta möjligheter för helt nya avancerade mobila Internettjänster. Under en övergångsperiod kommer mobiltelefoner att stödja både UMTS och nuvarande GSM-nät. Telefonfunktionen i 3G-näten kommer i princip att vara oförändrad, men telefonen börjar närma sig datorn (eller tvärtom). Dataöverföring Hastighet NMT Kretsdata 4,8 kbit/s (med modem) GSM Kretsdata 9,6-14,4 kbit/s GPRS Paketdata kbit/s UMTS Paketdata kbit/s Tabell 1, Dataöverföring Paket- eller kretsdataöverföring När man tittar på dataöverföring i mobilnäten är det några skillnader man måste vara medveten om. Överföring av digitalt tal eller digital video förutsätter konstanta tidsintervall det gör däremot inte ren dataöverföring. Det får inte förekomma några glapp i dataöverföringen när man talar så att data kommer fram i rätt följd utan fördröjningar. En avvikelse på någon millisekund skulle orsaka allvarliga informationsbortfall. Vid sådana avbrott är paketdata mycket effektivare. Datapaketen behöver inte ha någon speciell väg att gå, de förses med IPadresser och paketnätet skickar paketen till rätt plats. Figur 1, Kretskopplat nät 10

11 Figur 2, Paketkopplat nät När en användare kopplar upp sig i GSM-nätet uppstår en tidslucka, vilket är en linje som han blockerar. Användaren betalar för uppkopplingstid oavsett hur mycket data som skickas och tas emot. I 3G-nätet delas all data istället upp i paket som sätts ihop hos mottagaren. Till skillnad från GSM-nätet kan tidsluckan delas av flera användare, som kan vara uppkopplade hela tiden och endast betala för den mängd data som överförs. Den största skillnaden mellan den tredje generationens mobiltelefoni och dess föregångare är hastigheten i nätet. Den höga hastigheten möjliggör att användare enkelt kan skicka bilder, ljud och videoklipp till varandra trådlöst, var man än befinner sig. 11

12 SLUTSATSER Att det fanns så mycket historia bakom en sån liten sak som en mobiltelefon hade vi inte kunnat tro. Mobilentelefonens utveckling under senare delen av 1900-talet är förvånansvärt snabb. Den har utvecklats från att vara stor och otymplig till liten och funktionell. På 70-talet vägde mobiler som stora TV-apparater och nu kan man kan titta på film på en pryl som inte är större än ens egen hand. Mobilen har haft stor betydelse för utvecklingen av vårt samhälle och vår kultur. Om denna resa i mobilens historia har tagit närmare 50 år så kan man ju gott undra vad man kan göra med mobilen i framtiden? Nutidsmänniskan har utvecklat ett behov av att alltid kunna nås på både gott och ont. I dagens stress finns risken att vi inte längre vill bli nådda. Utvecklingen behöver inte alltid gå åt det håll vi tror 12

13 Bilaga, ordlista BIT CDMA CELL CEPT EDGE GPRS GSM GSM-R HSCSD MMS Binary digit. Digital information består av strömmar av bitar ettor och nollor. Code Division Multiple Access. Det område som täcks av signalerna från en basstation. Conference of European Postal and Telecommunications administrations. Enhanced Data Rates for GSM Evolution utvecklad GPRS General/GSM Packet Radio Service paketdataöverföring Global System for Mobile Service, den europeiska digitala standarden. Stod tidigare för Groupe Spéciale Mobile, som var CEPTs arbetsgrupp. Standard för EU:s järnvägar och innehåller flera funktioner än vanlig GSM. Exempelvis kan tågledningen ange tågnumret (istället för telefonapparatens nummer) för att nå personalen på ett visst tåg. High Speed Circuit Switched Data kretskopplad dataöverföring Multimedia Messaging Service - utökning av SMS. Istället för att enbart skicka text kan man bifoga bilder och ljud. MTA Mobil Telefoni System A (senare B,C och D) NMT ROAMING SMS TDMA UMTS WAP Nordic Mobile Telephony (sv. ströva omkring, fara över) är en mekanism för att lokalisera en terminal som lämnat sitt lokala område. Short Message Service textmeddelande upp till 160 tecken. Time Division Multiple Access Universal mobile telecommunications system 3G Wireless Application Protocol 13

14 REFERENSER Litterära källor: Meurling & Jeans, Mobil Telefon: En idé som skapade en världsindustri (Uppsala: Almqvist & Wiksell, 1994). s , Tidskrifter: Barden, Rob, 2003: Att testa GPRS-mobiler skiljer stort från GSM, I: Elektronik i Norden. Nr 8, 2003, s Elektroniska källor: Bild framsida: home.swipnet.se/~w-35555/mobil.htm Från artikeln Från trådlös telegraf till mobiltelefon 14