תקשורת סלולרית

תקשורת סלולרית היא טכנולוגיית תקשורת המאפשרת שימוש בטלפון סלולרי, טלפון אלחוטי נייד, שניתן להפעילו לא רק באזורים נרחבים, אלא גם ובעיקר, שניתן להפעילו תוך כדי תנועה ממקום למקום. הטכנולוגיה המתבססת על אזורים הנקראים "תאים" ("Cells"), כאשר בכל תא יש לפחות משדר-מקלט אחד המאפשר העברת שיחה או נתונים. כל תא משתמש בתדרים שונים מאלו המשמשים תאים סמוכים כדי למנוע הפרעות בשידור.

מבנה בסיסי של רשת טלפוניה סלולרית. כפי שניתן לראות באיור, כאשר הטלפון הסלולרי עובר מתא שטח אחד לשני, מועברת השיחה מתחנת בסיס 1 לתחנת בסיס 2.

משתמש שמנהל שיחה או תקשורת נתונים באזור של תא מסוים מקושר לאחד המשדרים-מקלטים בתא. כאשר המשתמש משנה את מיקומו ועובר לאזור של תא סמוך, מתבצעת "העברת מקל" ("handoff") והשיחה שלו מועברת למשדר/מקלט בתא החדש. בצורה זו מתאפשרת תקשורת רצופה גם כאשר המשתמש נמצא בתנועה.

התקשורת הסלולרית שנהייתה נגישה להמונים באמצע שנות ה־80 של המאה ה־20, היוותה את אחת מהמהפכות הגדולות ביותר בתולדות התקשורת. היא הביאה לשינויים מרחיקי לכת, בעיקר במישור החברתי, כשהיא אפשרה אינטראקציה רחבת היקף במגוון אפשרויות – שיחות טלפון, מסרונים (SMS), גלישה באינטרנט והעברת נתונים. התקשרות הסלולרית תרמה תרומה מכרעת להפיכת העולם כולו לכפר גלובלי. מערכות תקשורת סלולריות קיימות ב־170 מדינות בעולם (שבהן במצטבר כ־99% מאוכלוסיית העולם). מתוך אוכלוסיית העולם כ־94% (כ־4 מיליארד בני אדם) נמצאים בתחומי הכיסוי של מערכות תקשורת סלולריות, אך כ־43% מהאוכלוסייה בכלל העולם לא משתמשים באינטרנט סלולרי למרות היותם בתחומי הכיסוי של המערכות. צ'יינה מובייל נחשבת לחברת הסלולר הגדולה בעולם, ודווח שבאמצע שנת 2014 שירתה מעל ל־790 מיליון מנויים.

טלפון סלולרי

תורן אנטנה סלולרית בישראל.

אנטנת מוטורולה דור ראשון

אטימולוגיה

המילה סלולרי נובעת מהמילה cell – תא, באנגלית.

בחוקי מדינת ישראל קרויה תקשורת סלולרית בשם תקשורת תאית או שירותי רט"ן ומכשיר הטלפון הסלולרי קרוי רט"ן – רדיו טלפון נייד, אך כמעט ולא נעשה שימוש במונחים אלה מחוץ לחקיקה ולרגולציה של משרד התקשורת.

עקרונות הבסיס

שימוש חוזר בתדרים: התדר F1 משמש שתי תחנות בסיס (למעלה משמאל ולמטה משמאל), ובאופן דומה, גם התדרים F2 ו־F3 משמשים את תחנות הבסיס העליונות והתחתונות.

התקשורת הסלולרית מבוססת על כך ששני מכשירי טלפון ניידים אינם מדברים ביניהם ישירות – בניגוד לרשת רדיו רגילה – אלא דרך רשת של תחנות בסיס סלולריות שכל אחת מהן מכסה תא שטח קטן יחסית (cell). כל טלפון מתקשר עם תחנת הבסיס הקרובה אליו. תחנות הבסיס מקושרות ברשת קווית או אלחוטית למתג סלולרי הקרוי MSC. המתג אחראי לניתוב השיחות מן התא המתאים ואליו.

כאשר הטלפון הסלולרי עובר מתא שטח אחד לשני, מועברת השיחה מתחנת בסיס אחת לתחנת בסיס אחרת. תהליך ההעברה נקרא "העברת שיחה" (באנגלית: Handoff או Handover). המתג הסלולרי מקושר מצידו לרשת הטלפון הציבורית (PSTN) וכך מאפשר שיחות מטלפון קווי לסלולרי ולהפך. פריצת הדרך המרכזית שאפשרה את פיתוח הטלפונים הסלולריים, היא זו של השימוש החוזר בתדרים – בתחנות בסיס שונות, המופרדות זו מזו גאוגרפית, כך שמספר מוגבל של תדרי שידור מאפשר כמות כמעט בלתי מוגבלת של שיחות.

היסטוריה

סיווג המערכות הסלולריות

הרעיון של טלפונים סלולריים אינו חדש. עוד בשנת 1947 נהגה במעבדות מחקר, הרעיון של תאים שיקושרו לטלפונים ניידים, באמצעות שימוש חוזר בתדרים, אולם הטכנולוגיה של תקופה זו לא אפשרה את מימוש הרעיון. מכשול נוסף היה סירובה של נציבות התקשורת הפדרלית (בארצות הברית) FCC, להקצות ספקטרום תדרים למערכות טלפון אלחוטי.

תורן אנטנות בתחנת בסיס לרשת סלולרית

בשנת 1968 הציעו מעבדות בל וחברת AT&T ל־FCC את התפיסה שלפיה יוקמו רשתות של רדיו טלפון נייד שיתבססו על פריסה נרחבת של תחנות שידור, שכל אחת מהן תכסה אזור שידור ברדיוס של קילומטרים ספורים ותפעל רק בחלק מן התדרים המוקצים למערכת כולה. כאשר המשתמשים יעברו מאזור כיסוי של תחנה אחת לאחרת, יתחלפו אוטומטית תדרי השידור והקליטה שלהם ורציפות התקשורת תישמר.

שני גופים עסקו בפיתוח הרעיון בארצות הברית: מעבדות בל וחברת מוטורולה. בשנת 1973 הדגימה מוטורולה את הטלפון הסלולרי הראשון, אולם היו אלה מעבדות בל שהציגו בשנת 1979 את האבטיפוס הראשון למערכת סלולרית ופרסו ב־1980 את הניסוי הראשון באזור שיקגו, ובו 2000 משתתפים. שנה לאחר מכן הוקמה בטוקיו המערכת הסלולרית המסחרית הראשונה. רק ב־1982 אישר ה־FCC להקים מערכת מסחרית בארצות הברית וזו הוקמה לבסוף בשנת 1983, 36 שנה לאחר העלאת הרעיון בפעם הראשונה.

סיווג המערכות לדורות נובע משינויים מהותיים ברשת הסלולרית. השינויים כוללים החלפת המרכיבים הטכנולוגיים של הרשת הסלולרית, ובכללם החלפה של האנטנות של הרשת ושינויי פריסה של תחנות הבסיס של הרשת. לעומתם, שדרוגים קלים יותר לטכנולוגיה מצוינים כחצאי דור או רבעי דור (לדוגמה, דור 3.5 או 2.5).

דור 0 – מערכות לא סלולריות

המערכות הראשונות האלחוטיות היו צבאיות מבוססות מכשירי קשר ולא פעלו בשיטה הסלולרית. במערכות אלו התקשורת התבססה על ערוץ מסוים, והשימוש בו היה ב־Broadcast (הפצת התשדורת לכל מי שמכוון לאותו ערוץ, ללא הבחנה או זיהוי אישי). ערוץ השידור היה דו כיווני למחצה (Half-duplex), קרי בכל נקודת זמן השידור היה שידור חד־כיווני אל המשדר המרכזי (דיבור) או ממנו (הקשבה). מערכות אלו לא יכלו לספק את הדרישה לנהל שיחות רבות בו־זמנית. המערכות נקראו גם מערכות "לחץ על מנת לדבר" (push-to-talk system).

דור 1 – מערכות אנלוגיות

הטלפונים הסלולריים הראשונים היו אנלוגיים, דהיינו הדיבור הועבר ברשת בצורה אנלוגית, ללא המרה לאות ספרתי. לכל מכשיר היה תדר שידור ותדר קליטה משלו ושיטת האפנון הייתה אפנון תדר (FM).

בעולם פותחו מספר מערכות סלולריות אנלוגיות:

• IMTS (קיצור של: Improved Mobile Telephone System) – בשנות ה־60 מערכת מסוג זה הותקנה לראשונה. במערכת זו הופעלה תחנת בסיס עם שני תדרים: אחד לשידור ואחד לקליטה. במערכת היו עד 23 ערוצים, לפיכך משתמשים שרצו לדבר היו צריכים לחכות לפעמים זמן רב עד שהיה להם קו פנוי. משום כך, מערכת זו לא הייתה מעשית. בשנות ה־80 הכול השתנה באמצעות מערכת AMPS.
• AMPS (קיצור של: Advanced Mobile Phone System) – היא מערכת אמריקנית שפותחה על ידי AT&T בשנת 1983. מערכת ה־AMPS הייתה עד שנות ה־90 המערכת הסלולרית הנפוצה ביותר ביבשת אמריקה ובמדינות נוספות כגון ישראל. המערכת הסלולרית הראשונה שהוקמה בישראל על ידי חברת מוטורולה ובזק, זכתה לשם פלאפון והייתה מערכת AMPS. מערכת זו נמצאת עדיין בשימוש נרחב, בארצות הברית ובמקומות נוספים. המערכת פועלת בתחום תדרים שבין 800 ל־900 מגה־הרץ, ובמרווח ערוצים של 30 קילו־הרץ.
• TACS (קיצור של: Total Access Communication System) – הייתה המערכת האנלוגית האירופית. המערכת הושקה ב־1985 על ידי חברת Vodafone בבריטניה. ה־TACS דומה מאוד ל־AMPS, אלא שתחום התדרים שהוקצה לה היה בתחום ה־900 מגה־הרץ. ה־TACS הייתה בשימוש בבריטניה, איטליה, יפן ומדינות רבות נוספות. כיום מוחלפת מערכת ה־TACS כמעט בכל מקום על ידי שיטת ה־GSM.
• NMT (קיצור של: Nordic Mobile Telephone) – היא מערכת מתחרה ל־AMPS ול־TACS. היא נמצאה בשימוש נרחב בארצות סקנדינביה ובמדינות רבות במזרח אירופה. ה־NMT השתמש בתחומי תדרים של 450 ו־900 מגה־הרץ. גם מערכת ה־NMT מוצאת משימוש ומוחלפת בעיקר על ידי מערכות GSM אבל גם על ידי מערכות CDMA.

חדירת המערכות הסלולריות הייתה מהירה מהצפוי. חיש קל התברר כי באזורים אורבניים צפופים, המערכות מגיעות תוך שנים ספורות לקצה יכולת הקיבול שלהן. החברות ומכוני המחקר ביפן, ארצות הברית ואירופה, נוכחו לדעת כי הטכנולוגיות האנלוגיות אינן טובות מספיק וכי יש צורך בתכנון דור חדש של מערכות סלולריות, שיהיו בעלות התכונות הבאות:

• קיבול מערכת גדול יותר.
• יכולת נדידה (Roaming), כלומר שימוש בטלפון הסלולרי בכל מקום, לא רק בשטח הכיסוי של החברה שהיא ספק השרות שלו.
• מתן אפשרות לתקשורת נתונים.
• אימות זהות המשתמש ומניעת הונאה סלולרית.
• פרטיות – מניעה או לפחות עיכוב של ציתות בלתי מורשה לשיחות.
• שיפור איכות הקליטה, איכות הדיבור וביצועי המערכת.

רוב העוסקים בנושא הגיעו למסקנה כי יש צורך לעבור ממערכות אנלוגיות למערכות דיגיטליות. יוצאת מן הכלל הייתה חברת מוטורולה, שהייתה באמצע שנות ה־80 המובילה בעולם בייצור טלפונים סלולריים. חברת מוטורולה החליטה כי ניתן להאריך את תוחלת החיים של המערכות האנלוגיות על ידי פיתוח דור נוסף, משופר, של טלפונים סלולריים אנלוגיים ופיתחה את מערכת NAMPS, שפירושו (Narrow AMPS). מערכת זו דחסה שלושה ערוצים אנלוגיים לתוך ערוץ אחד של AMPS, תוך כדי מתן יכולות דיגיטליות חלקיות – כגון הודעות קצרות וערוץ בקרה דיגיטלי.

דור 2 – מערכות דיגיטליות

מערכת סלולרית דיגיטלית היא בעלת התכונות הבאות:

• הדיבור מקודד על ידי מקודד דיבור לאות ספרתי ומועבר ברשת תוך כדי שימוש מסיבי בתיקון שגיאות.
• שיטת האפנון היא ספרתית ומותאמת במיוחד לאופי הערוץ הסלולרי.
• התמסורת ספרתית ומותאמת לתקני תקשורת מקובלים.
• נעשה שימוש בערוצי בקרה ספרתיים בין הטלפון הסלולרי לתחנת הבסיס, לצורך שליטה טובה יותר על המערכת, קבלת דיווחים על עצמת הקליטה, והעברת שיחות סלולריות טובה יותר.
• נעשה שימוש בטכנולוגיות ספרתיות כדי להתגבר על דעיכות.
• יכולת העברת תקשורת נתונים.
• שיטת גישה מרובת משתמשים (Multiple Access) – בעוד במערכות האנלוגיות לכל משתמש תדר משלו, הרי שבמערכות הדיגיטליות נעשה שימוש מתוחכם בגישה לספקטרום, כך שמספר משתמשים חולקים ביניהם את ספקטרום התדרים בו זמנית.

שני גופים עיקריים עסקו באפיון ופיתוח המערכות הדיגיטליות – ארגון התעשיות הסלולריות בארצות הברית CTIA וארגון התקשורת האירופי CEPT.

שיטות גישה מרובות משתמשים

ערך מורחב – ריבוב

לצורך הבנת אופן פעילותן של המערכות הסלולריות החדישות, יש להבין טוב יותר את ההבדל בין שיטות הגישה השונות:

• FDMA – Frequency Division Multiple Access – גישה מרובה בחלוקת תדר – זוהי הגישה המסורתית במערכות אנלוגיות – כל טלפון סלולרי מקבל תדר משלו לשידור ותדר לקליטה בתא בו הוא נמצא ותדר זה מוחלף כאשר מבוצעת העברת השיחה מתא אחד לשני.
• TDMA – Time Division Multiple Access – גישה מרובה בחלוקת זמן זוהי הגישה ברוב המערכות הדיגיטליות מהדור השני – כל טלפון סלולרי מקבל תדר לשידור ותדר לקליטה בתא בו הוא נמצא ובתוך התדר הזה חריץ זמן משלו. התדר וחריץ הזמן מוחלפים כאשר מתבצעת העברת שיחה.
• CDMA – Code Division Multiple Access – גישה מרובה בחלוקת קוד. CDMA היא השיטה החדישה ביותר המקובלת בחלק מן המערכות הספרתיות של הדור השני של הטלפונים הסלולריים ובמערכות החדישות של הדור השלישי. הסבר שיטה זו מורכב מעט יותר. שיטת ה־CDMA התפתחה ממערכות צבאיות מסווגות שפעלו בשיטת הספקטרום המפוזר. בשיטה זו חולקים ביניהם כל הטלפונים הסלולריים את אותו התדר ומשדרים בו־זמנית. ההפרדה ביניהם נעשית באמצעות קוד פרישה.

מערכות TDMA אמריקניות

ארגון תעשיית הסלולר האמריקני – CTIA, החל בסוף שנות ה־80 לתכנן מערכת סלולרית שתחליף את מערכת ה־AMPS. התוצאה היא מערכת שתוקננה בשנת 1991, שנודעה בכינוי מערכת TDMA ונודעה גם בשם Digital AMPS.

בשיטת TDMA, כל ערוץ RF של AMPS מחולק ל 3 חריצי זמן. בכל חריץ זמן משדרת תחנת הבסיס דיבור מקודד למשתמש אחר ובאופן דומה בערוץ העולה משדרים טלפונים סלולריים שונים בחריצי זמן שונים. ככלל, מגדילה מערכת ה־TDMA את הקיבול, לעומת מערכת ה־AMPS פי 3 בערך.

שני תקנים תוקננו בארצות הברית למערכות TDMA. הראשון נקרא IS-54 והשני, המתקדם יותר, IS-136.

מערכות TDMA זכו לתפוצה נרחבת בארצות הברית, בדרום אמריקה ובמדינות נוספות. חברת סלקום שהייתה המפעיל הסלולרי השני במדינת ישראל, החלה את פעולתה בשיטת TDMA בתחילת 1995.

בשנים האחרונות דועך השימוש בשיטה זו, מאחר שאינה יכולה לספק שירותי דור שלישי ורוב המפעילים שהפעילו מערכות מסוג זה עברו להפעלת מערכות GSM.

GSM

ערך מורחב – GSM

GSM (או: Global System for Mobile Communications) הוא תקן לרשתות של טלפונים סלולריים. רשתות אלו הן הנפוצות ביותר בעולם. ב־2010 היו בעולם כחמישה מיליארד מנויי GSM. בישראל הופעלו רשתות כאלו על ידי חברות סלקום פלאפון ופרטנר (לשעבר אורנג'). רשת ה־GSM עושה שימוש בטכנולוגיית גישה מרובה מבוססת זמן, TDMA (אין הכוונה לתקן ה־TDMA). לכשיצאו היו רשתות ה־GSM הרשתות היחידות בעולם שפעלו בטכנולוגיה דיגיטלית.

CDMA

בעוד ארגון ה־CTIA בוחר בתקן ה־TDMA כתקן הספרתי של צפון אמריקה, הציעה חברת קוואלקום (Qualcomm) בארצות הברית, במהלך חדשני ונועז, פתרון חלופי המבוסס על שיטת ה־CDMA. מייסדי החברה ארווין ג'ייקובס ואנדרו ויטרבי טענו כי פיתחו שיטה המסוגלת להגדיל את קיבול המערכת הסלולרית פי 10–20 לעומת מערכת AMPS וזאת תוך כדי שיפור איכות הקשר, הקטנת מספר הניתוקים והקטנת צריכת ההספק של יחידות הקצה.

טכנולוגיית ה־CDMA מבוססת על עקרונות דחיסה וקידוד בהם השתמש הצבא האמריקאי במהלך מלחמת וייטנאם. החידוש בשיטה הוא בכך שהשיחות השונות מופרדות זו מזו באמצעות קידוד ולא באמצעות חלוקה בזמן (כפי שנוקטת טכנולוגיית ה־TDMA/GSM) או באמצעות חלוקת תדרים צפופה (כפי שנוקטת טכנולוגיית ה־NAMPS). שיטה זו מאפשרת קיום של מספר גדול של שיחות (כמספר הקודים האפשרי) על גבי אותו תחום תדרים ובו־זמנית, מבלי שהשיחות תפרענה אחת לשנייה.

הטכנולוגיה שפיתחה קוואלקום הייתה מורכבת למדי וחייבה שימוש באלמנטים חדשניים כגון קידוד דיבור בקצב משתנה והעברה רכה של שיחות – טכנולוגיה שבה מכשיר סלולרי קולט מידע ממספר תחנות בסיס בו זמנית, מה שמבטיח שהשיחה לא תתנתק במהלך מעבר בין תאים סלולריים. מאפיין נוסף של טכנולוגיית ה־CDMA הוא בקרת ההספק ההדוקה שבה מכשיר סלולרי משנה את הספקו באופן דינמי בכל רגע.

הופעת ה־CDMA יצרה מחלוקות קשות ופיצול בעולם הסלולרי, מצד אחד, טענו חסידי ה־TDMA ובראשם חברות נוקיה ואריקסון כי טכנולוגיית ה־CDMA מורכבת מדי, אינה עומדת בדרישות ויקרה ליישום. מצד שני, חברת קוואלקום, מוטורולה ויצרנים קוריאניים ובראשם סמסונג, טענו לעדיפות של ה־CDMA. בצפון אמריקה הופעלו ב־1995 מערכות בשיטת CDMA, בתקן שנקרא IS-95 או בשם המסחרי cdmaOne והמפעילים בעולם נחלקו לשתי קבוצות – הרוב שהלך עם מערכות GSM וה־TDMA האמריקני והמיעוט שהפעיל מערכות CDMA וזאת למרות שקיבול ה־CDMA אכן הוכח כגדול יותר.

בשנת 2004 הגיע מספר משתמשי CDMA ל־200 מיליון, ובמשך למעלה משני עשורים פעלו מערכות CDMA בקנה מידה גדול ביבשת אמריקה, באוסטרליה, סין, הודו, יפן, קוריאה ובמדינות נוספות ביניהן ישראל, שבה עברה חברת פלאפון לשימוש בטכנולוגיית CDMA במקום הטכנולוגיה האנלוגית שקדמה לה. כמו בחברות רבות בעולם, פלאפון הפסיקה את השימוש בטכנולוגיה זו ופינתה את התדרים שמשתמשים בה ב־30 ביולי 2017,

המערכות היפניות

גם ביפן פותחו תקנים למערכות דיגיטליות, שהיו שונים הן מאלה שפותחו בארצות הברית והן מאלה שפותחו באירופה. המערכות היפניות כוללות, מלבד מפעיל הפועל ב־CDMA, שני תקנים נוספים: PDC ראשי תיבות של Personal Digital Cellular, ו־PHS – ראשי תיבות של Personal Handyphone System שהיא בעצם מערכת אלחוטית ביתית שהיא גם מערכת סלולרית ספרתית עם ניידות נמוכה. חברת NTT DoCoMo, השייכת לחברת האם NTT, היא המפעיל הסלולרי הגדול ביותר ביפן, מצטיינת בחדשנות טכנולוגית רבה והייתה הראשונה להשיק רשת דור שלישי בתקן FOMA באוקטובר 2001. DoCoMo גם אחראית לשירות ה־i-mode שבניגוד לשאר התקנים היפנים, הופץ בעולם.

תקשורת נתונים

בתקני ה־GSM הוכנסה אפשרות להעברת נתונים בקצב אופייני של 2400 סל"ש ועד קצב מרבי של 9600 סל"ש. התפיסה הייתה, שניתן יהיה להעביר נתונים ממחשב למחשב דרך מודם ספרתי בתוך הטלפון הסלולרי. מתכנני ה־GSM לא חזו כלל את התפתחותה המהירה של רשת האינטרנט ובאמצע שנות ה־90 מצאו עצמם ספקי השירותים הסלולריים ללא כל יכולת לאספקת שירותי נתונים אטרקטיביים.

הבעיות שבפניהן עמדו היו (ועדיין קיימות בחלק גדול מן השווקים):

• זמן הקמת קשר נתונים ארוך מאד
• גודל מסך קטן
• משאבי חישוב איטיים
• מסך אלפא-נומרי זעיר ללא צבע וגרפיקה
• עלויות גבוהות – מערכות תקשורת הנתונים הסלולריות פועלות במיתוג מעגלים, דהיינו – הטלפון הסלולרי מקושר לרשת הנתונים דרך קו חיוג ומודם ספרתי, כך שגם כאשר הוא אינו מעביר נתונים, מחויב המנוי עבור זמן אוויר. החיוב עבור תקשורת נתונים יכול להגיע לסכומים גבוהים מאוד, אף כאשר כמות המידע המועברת קטנה יחסית.

מספר התפתחויות טכנולוגיות החל מסוף שנות ה־90, באו לתקן מצב זה.

GPRS

ערך מורחב – GPRS

GPRS (או: General Packet Radio Service) הייתה הטכנולוגיה הראשונה תחת תקן ה־GSM שעשתה שימוש במיתוג מנות כדי לאפשר תקשורת נתונים יעילה ובעלות פחותה למשתמש מאשר שיטת קו החיוג במיתוג מעגלים.

EDGE

ערך מורחב – EDGE

EDGE (או: Enhanced Data for Global Evolution) היא טכנולוגיה המשפרת את ביצועי מערכת ה־GPRS להעלאת קצבי העברת הנתונים ברשתות טלפוניה סלולרית מסוג GSM. היא מביאה רשתות אלו לניצול כמעט מרבי של המערכות הקיימות. טכנולוגיה זו מאפשרת לתת שירותים רבים שנחשבים כשרותי "דור שלישי" כגון צפייה בוידאו. בישראל מופעלת רשת כזו על ידי סלקום ופרטנר.

דור 3 – מערכות דיגיטליות מהירות

ערך מורחב – דור 3

החדירה העמוקה של הטלפונים הסלולריים הדיגיטליים מהדור השני הייתה חסרת תקדים. בחלק מהמדינות הגיע שיעור החדירה ל־100% ואף למעלה מזה (יותר מטלפון סלולרי אחד לכל אדם). שיעורי ההכנסה והרווח של המפעילים הסלולריים היו גם הם חסרי תקדים. באמצע שנת 2004 היו בעולם יותר ממיליארד מנויים.

יצרני הציוד הסלולרי, גופי התקינה והמפעילים, החלו עוד בסוף שנות ה־80 בתהליך ארוך של אפיון מערכות סלולריות דיגיטליות מתקדמות, שיתווספו אל מערכות הדור השני ובעתיד יחליפו אותן. הגוף שהחל לרכז את אפיון מערכות הדור השלישי היה איגוד הטלקומוניקציה הבינלאומי (ה־ITU).

תהליך התקינה של מערכת סלולרית ארוך ומסורבל ביותר. הוא כולל:

• מציאת תדרי הפעלה שיהיו מקובלים על כל מדינות העולם ופינוי התדרים האלה
• הגדרת דרישות לשירותים החדשים
• הסכמה על תקנים טכניים למערכות הסלולריות ותרגומם למפרטים
• הסכמה על תהליכי רישוי והפעלה של המערכות

הדרישות ממערכות הדור השלישי היו:

• טיפול בקצבי העברת נתונים גדולים הרבה יותר
• שירותי נדידה כלל עולמיים
• כיסוי כלל עולמי, כולל באזורים שאינם ניתנים לכיסוי על ידי תחנות בסיס סלולריות
• קיבול גדול בהרבה מהמערכות הקיימות
• עלויות הקמה ותפעול נמוכות
• מגוון שירותים מתקדמים כגון שירותי מולטימדיה, שרותי נתונים מהירים וכיוצא באלה.

ה־ITU אפיין מסגרת לתקינת שירותי הדור השלישי שנקראת IMT-2000.

UMTS

ערך מורחב – UMTS

UMTS, ראשי תיבות של מערכת טלפוניה ניידת עולמית, היא אחד התקנים הבולטים בדור השלישי. התקן מנוהל על ידי הארגון 3GPP.‏ UMTS היא מערכת דור המשך ל־GSM שנועדה לשפר את ביצועי GSM-Packet Data (הנחשב לעיתים דור 2.5). מערכת ה־UMTS מושתתת על טכנולוגיית W-CDMA (5MHZ). יש לה שני יתרונות בולטים על־פני GSM-Packet Data. הראשון הוא היכולת להעביר פסקול בקטעי מולטימדיה שונים כגון וידאו. השני הוא שהשרות הוא כלל עולמי. קצב העברת המידע, כמקובל בדור השלישי, הוא 384Kbps בתנועה ו־2Mbps במנוחה, כשהמשתמש מחובר באופן רציף לרשת. ספקיות דור שלישי עיקריות בסוף 2004 הן דוקומו, שהחלה לשתף פעולה עם חברות סלולר מחוץ ליפן, האצ'יסון וודפון.

רשת CDMA 2000

זהו תקן נוסף בדור השלישי וחשוב לשים לב לא לבלבל בינו לבין שיטת CDMA. התקן מהווה התפתחות של תקן הדור השני IS-95. התקן מנוהל על ידי הארגון 3GPP2. בין המערכות הנשענות על תקן זה נמצאות 1xRTT, 1xEV-DO, 1xEV-DV. הקצבים המתקבלים במערכות אלה נעים בתחום שבין 144Kbps ל־3Mbps.ברשת זו רוחב הסרט הוא 3.75MHZ, פי 3 מהרוחב הרגיל ועל כן קצב העברת הנתונים גדול יותר והרשת מהירה יותר.

TD-SCDMA

זהו תקן פחות מוכר המפותח בסין על ידי החברות דטנג, סימנס והאקדמיה הסינית לטכנולוגיות תקשורת (CATT).

UMTS-TDD

תקן נוסף המוכר גם בשמות (TDD (Time Division Duplexing ו־TD-CDMA. אחד היתרונות ששיטה זו מקנה היא אסימטריה משתנה של יחסי העלאה־הורדה.

דור 4️⃣ – מערכות מבוססות IP

ערך מורחב – LTE

במערכות דור 4️⃣ כלל התקשורת מבוצעת באמצעות פרוטוקול IP, ובקצבים מהירים יותר. בעוד מערכות מדורות קודמים הכילו גם הן תקשורת IP, החידוש בדור 4️⃣ הוא בהכפפת שיחות הטלפון לפרוטוקול ה־IP, וביטול ההפרדה שהתקיימה מאחורי הקלעים בין שיחות הטלפון לבין תעבורת הנתונים. LTE הוא תקן לתקשורת אלחוטית מהירה של מכשירים ניידים כדוגמת טלפון סלולרי. התקן נוסח על ידי השותפים בקבוצת 3GPP החל משנת 2008, וב־2010 אישר איגוד הטלקומוניקציה הבינלאומי (ITU) את סיווגו כדור רביעי (4️⃣G). רשת ה־LTE הראשונה נפרשה בשנת 2009 באוסלו וסטוקהולם

ה-LTE מאפשר תקשורת Full Duplex ללא הפרעה בין UL ל DL ע״י הפרדה בתחום הזמן - TDD (Time Division Duplex ) וגם הפרדה בתחום התדר - FDD (Frequency Division Duplex)

כלומר, ב FDD, התקשורת UL/DL נעשית במקביל ע״י שימוש בתדר שונה. ואילו ב TDD שימוש בסלוט זמן שונה.

ה-VoLTE (Voice Over LTE) אפשר לראשונה בתקן שיחות טלפון שאינן circuit switch, אלא Packet Switch. פיצ׳ר זה דרש התמודדות חדשה בגזרת עיבוד הקול האנושי, כיוון שהפקטות הגיעו בצורה מפוזרת ולא הובטח זמן ההגעה. על כן, היה צורך בשימוש בJitter Buffer, ובשיטות עיבוד לכיווץ והרחבת הפריימים של האודיו.

דור 5

ערך מורחב – 5G

מערכות דור 5 צפויות לשפר את מהירויות התגובה של הרשתות הסלולריות, לאו דווקא מהירות גלישה. כמו כן דור 5 צפוי לאפשר תווך תקשורתי עבור מיליארדי יחידות IoT.

טווח הקליטה/שידור של הדור ה-5 קטן לעומת הדור ה-4 ולכן דרש פריסה צפופה יותר של תאים סלולרים. יחד עם זאת הדור החמישי מסוגל להתמודד עם עומס מכשירים גדול יותר בכל תא לעומת הדור ה-4.

במרץ 2017 הודיעה חברת פלאפון כי בניסוי מעבדה ראשון שלה לדור החמישי הושגה מהירות של 1 ג'יגה לשנייה.

בנובמבר 2017 השיקה אינטל את סדרת MMX 8000, מודמים לדור החמישי, כאשר הראשון שהוכרז במשפחה, MMX 8060, מתוכנן להגיע למכשירים בשוק באמצע 2019.

במרץ 2023, הכריזה אינטל כי בכוונתה להפסיק את ייצור המודמים הסלולרים שלה לדור 4 ו-5 עד שנת 2025. [1]

דור 6

ערך מורחב – 6G

מערכות דור 6 נמצאות בפיתוח וצפויות להיכנס לשימוש לקראת שנת 2030.

שירותי ערך מוסף

שירותי ערך מוסף הם שירותים שמספקת רשת סלולרית מלבד השירות הבסיסי של שיחות טלפון. באמצעות שירותי הערך המוסף חברות הסלולר מגדילות את הכנסותיהן מחד (באמצעות דמי מנוי לשירותים אלו, או כחלק ממהלך שיווקי המציג את שירותי הערך המוסף כיתרונות של החברה אל מול מתחרותיה), ומגדילות את השימוש של הלקוחות ברשת. לדוגמה, הוספת תא קולי מאפשרת למנויים להתקשר אל התיבה כדי להאזין להודעות, ובזכות ההודעה אפשרי שהמנוי יבצע שיחה נוספת אל משאיר ההודעה – בכך התקיימו 2 שיחות טלפון נוספות, שלא היו מתקיימות בהיעדר התא הקולי. בעקבות שירותי ערך מוסף מוצלחים נדרשות חברות הסלולר לעיבוי ותגבור קיבולת הרשתות, טיוב הכיסוי והקניית 'חכמה' וגמישות מרבית לרשתות על מנת לאפשר השקה מהירה של שירותים חדשים, יכולות פרסונליזציה (אריזת השירותים) למשתמש הבודד ויצירת בידול מובחן בין המפעילים המתחרים ראש בראש. כל זאת, כמובן, לצד דרישה בלתי מתפשרת להוזלת עלויות מימון ותפעול רשת, שילוב טכנולוגיות חדשניות כמו שירותי ענן, קישוריות אדירה בין מכונות – M2M, ומתן גמישות תפעולית למפעילים.

תיבות קוליות

הרעיון בתיבה קולית הוא שלכל מנוי יש הגדרות מגוונות ברשת הסלולרית. הגדרות אלו כוללות גם הפניות שיחה, כלומר לאן המנוי מעוניין להפנות את השיחה אם הוא אינו עונה, אינו זמין, תפוס וכו' (נקרא גם עקוב אחרי). אם למנוי יש הגדרת העברה לתא קולי והוא לא עונה, או אינו זמין, הרי שהרשת הסלולרית תנסה לאפשר למנוי לענות. אם לא ענה אחרי זמן מסוים שהוגדר מראש (יכול להיות על ידי המנוי או על ידי הרשת, תלוי בטכנולוגיה) תעביר הרשת הסלולרית את השיחה למכונת התאים הקוליים. מכונת התאים הקוליים היא סדרה של מחשבים, שמשמשים לאגירת ההודעות, ו"מעליהם" מכונה שיודעת להפוך את השיחה הקולית לקובץ. גודל הקבצים הוא מצומצם מאוד על מנת לאפשר למנויים קיבולת גדולה ככל האפשר, או לחלופין לאפשר למפעיל הסלולרי מספר מנויים גדול יותר על אותה מכונת תאים קוליים. מכונת תאים קוליים אחת תכלול בדרך כלל בין 10 ל־20 מחשבים שונים. חלקם הגדול ישמש לאגירת הודעות, ואילו השאר משמשים כמקשרים שונים לתכונות שונות (תרגום הודעה לקובץ, שליחת SMS אם התקבלה הודעה וכו'). חברת קומברס הישראלית היא הספקית המובילה בשוק התאים הקוליים.

מסרון (SMS)

ערך מורחב – מסרון

אחד השירותים החדשניים שהוכנסו לתקן ה־GSM היה שרות ה־SMS (מסרון בעברית) – שירות הודעות קצרות – Short Message Service. מערכת ה־SMS תוכננה להעביר הודעות טקסט קצרות (עד 160 תווים בשפה האנגלית ועד 70 תווים בשפה העברית) בין טלפונים סלולריים. כדי להעביר SMS יש צורך בהתקנת SMSC – מרכז מסרים שהוא שרת המאפשר שיגור הודעות בשיטת Store and Forward על גבי ערוץ האיתותים. ה־SMS כלל לא תוכנן כשירות צרכני מאחר שכתיבת הודעה באמצעות לוח המקשים המוגבל של טלפון סלולרי היא עניין מסובך יחסית, גודל ההודעה קצר ביותר ושילוב סימנים כגון סימן שאלה, נקודה או פסיק הוא מורכב למדי. בתכנון, ה־SMS נתפס יותר כאמצעי להעברת הודעות בקרה.

באופן בלתי צפוי לחלוטין הפך ה־SMS להצלחה אדירה מבחינת שיעורי החדירה והשימוש ומאוחר יותר גם כמקור הכנסה לא מבוטל למפעילים הסלולריים. גידול תעבורת ה־SMS החל משנת 1999 היה מסחרר והסתכם במאות אחוזים בשנה. כיום מסתכמת תעבורת ה־SMS בעשרות מיליארדי הודעות בחודש.

אינטרנט סלולרי (WAP)

ערך מורחב – Wireless Application Protocol

WAP היא טכנולוגיה שמאפשרת גלישה באתרי אינטרנט מיוחדים מתוך טלפון סלולרי. השם המוכר בקרב המשתמשים הוא אינטרנט סלולרי. WAP הוא אחד הפיתוחים הטכניים שהוצגו בסוף שנות ה־90 כפריצת דרך משמעותית שתביא לשימוש נרחב בנתונים סלולריים. WAP הוא ראשי תיבות של Wireless Application Protocol.

הודעות תמונה ומולטימדיה (MMS)

ערך מורחב – MMS

MMS – Multimedia Messaging System – היא טכנולוגיה להעברת הודעות הכוללות תוכן בעל מדיה עשירה ברשתות של טלפונים סלולריים. ההודעות הללו כוללות בדרך כלל תמונות, וידאו, הקלטות קול ושילוב ביניהם. ה־MMS אמור להחליף את טכנולוגיית ה־SMS שמוגבלת להעברת הודעות טקסט קצרות.

שיחות חרום eCall

היא טכנולוגיה המאפשרת למודם הסלולרי ברכב להעביר מידע על הרכב (מיקום, זווית הטיה, טמפרטורה, וכו׳) באופן אוטומטי במקרה של תאונה. המודם הסלולרי ברכב (IVS) יוזם שיחת טלפון סלולרית אל מרכז בקרה (PSAP). אוסף את נתוני הרכב ושולח אותם על ערוץ הקול בשיחה הסלולרית (בדומה לפקס) ובכך מאפשר למרכז הבקרה לדעת על התאונה ומצב הרכב ולשלוח כוחות הצלה בהתאם. לאחר מכן ממשיכה שיחה רגילה בין הבקר לבין הניצולים ברכב. שירות זה הוא חובה באירופה. בישראל קיימת חברה המספקת שרות דומה. ברוסיה ישנו תקן מקביל המעביר את המידע למרכז הבקרה גם בהודעת סמס. הבחירה בערוץ הקול לתעבורת המידע נעשתה משיקולים רובסטים ומכך שברוב המקומות בזמן כתיבת התקן הובטח שירות GSM.

תקשורת סלולרית בישראל

ערך מורחב – תקשורת סלולרית בישראל

אחוז החדירה (יחס המכשירים לאוכלוסייה) של הטלפונים הסלולריים בישראל הוא מהגבוהים בעולם: בשנת 2012 היחס היה 130 אחוז, כלומר יותר מכשירים מתושבים.

במדינת ישראל פועלות החברות הסלולריות הבאות:

• פלאפון תקשורת – משנת 1986, בבעלות חברת בזק. מפעילה כיום רשת /UMTS/LTE/5G, עד שנת 98 רשת AMPS/NAMPS. כ־2 מיליון מנויים נכון ל־2005.
• סלקום – משנת 1994, בעבר בשליטת חברת בל־סאות' וקבוצת ספרא, כיום בשליטת דיסקונט השקעות. מפעילה רשת UMTS/GSM/LTE/5G ובשנת 2005 החזיקה כ־2.5 מיליון מנויים. בעבר הפעילה רשת TDMA.
• פרטנר תקשורת (אורנג' ישראל לשעבר) – משנת 1999, בשליטת חברת האצ'יסון ומפואה. מפעילה רשת UMTS/GSM/LTE/5G, עם כ־2.5 מיליון מנויים נכון ל־2005. בסוף שנת 2009 נמכרה השליטה בחברה לידי אילן בן דב, וב־2013 הוא מכר אותה לחברה בבעלות חיים סבן. מפעילה רשת משותפת עם הוט מובייל.
• הוט מובייל (מירס לשעבר) – משנת 2001 ועד 2009, בשליטת חברת מוטורולה תקשורת. כיום שייכת לקבוצת הוט. הפעילה רשת IDEN עד 2019 והחל ממאי 2012 מפעילה גם רשת UMTS,מפעילה רשת משותפת עם פרטנר.
• גולן טלקום – החלה לפעול במאי 2012, מפעילה תשתית GSM/UMTS, נמכרה לסלקום באוגוסט 2020 והחלה להשתמש בתשתיות שלה
• רמי לוי תקשורת – התחילה את פעילותה בדצמבר 2011, מפעילת סלולר וירטואלית המתארחת על גבי התשתית של חברת פלאפון.
• אלון סלולר – התחילה את פעילותה במאי 2012 חברת אלון סלולר פועלת באמצעות המותג YouPhone, נגזר המותג YOU ששייך לחברה, מפעילת סלולר וירטואלית המתארחת על גבי התשתית של חברת פרטנר. ההצטרפות והשירות לחברה ניתן בשלב זה בתחנות הדלק דור־אלון וכן בסניפי מגה. חברת YouPhone נמכרה לחברת פלאפון ומוזגה לתוכה.
• הום סלולר – התחילה את פעילותה באפריל 2012, החברה נמצאת בבעלות חברת הום סנטר, מפעילת סלולר וירטואלית המתארחת על גבי התשתית חברת סלקום. חברת הום סלולר פעלה בסניפי הום סנטר בלבד. הום סלולר נמכרה לסלקום ומוזגה לתוכה.
• 012mobile – מפעילת סלולר וירטואלית הנמצאת בבעלות פרטנר תקשורת ופועלת על התשתית שלה.
• אקספון – באמצעות we4g מספקת שירותי UMTS/LTE,פועלת על תשתיות סלקום החלה את פעילותה באפריל 2018, ב-2022 שינתה את שם המותג ל־wecom

ראו גם

• השפעות בריאותיות של קרינת טלפון סלולרי

קישורים חיצוניים

• אבני דרך, עשר ההמצאות הטכנולוגיות הגדולות, באתר ifeel
• רן לוי, המהפכה הסלולרית, באתר "עושים היסטוריה" (שידור של הפודקאסט וטקסט מלא שלו)
• רן לוי, כאן נולד הסבא רבא של הסמארטפון, באתר ynet, 31 באוקטובר 2014
• TheMarker, דברי ימי הסלולר: ממייבשי הביצות ועד ל-CDMA, באתר TheMarker‏, 14 במרץ 2001
• דוד גורביץ' ודן ערב, הערך "סלולר, תקשורת סלולרית", באתר אנציקלופדיה של הרעיונות
• מערכות טלפון סלולריות, דף שער בספרייה הלאומית

ועדות תקינה

• ארגון ה־ITU – גוף התקשורת שפועל מטעם האו"ם
• OMA התאגדות הניידת הפתוחה – ארגון העוסק באפיון של שירותים חדישים על גבי טלפונים סלולריים.
• 3GPP – הארגון המתקנן את הטלפונים הסלולריים בשיטת GSM ו UMTS
• 3GPP2 – הארגון המתקנן את הטלפונים הסלולריים בשיטת cdma2000

ארגוני מפעילים

• ארגון ה־GSM – ארגון המאגד בתוכו את המפעילים בשיטת GSM ו UMTS
• ארגון הפיתוח של CDMA – ארגון המאגד בתוכו את מפעילי הרשתות בשיטת CDMA, ואת היצרנים הראשיים.