Jak działa smartfon? 4G – telefonia, której nie ma!

To jest szósty artykuł serii zainspirowanej pytaniem mojej małżonki: jak działa smartfon? Niestety, nie da się tego wyjaśnić krótko. Ja do tej pory omówiłem radiotelefony oraz generacje od 0 G do 3 G. W tym artykule powinienem omówić czwartą generację telefonii komórkowej oznaczaną skrótem 4 G.

Dla osoby „nietechnicznej” próba zrozumienia, jak działa smartfon, jak możliwe jest przesyłanie na dowolne odległości rozmów, tekstów, zdjęć i filmów, przypomina próbę wskoczenia do pędzącego ekspresu (fotografia 1). Odpowiedź musi być bardzo obszerna, a osobom „nietechnicznym” nie da się w prosty sposób wyjaśnić wszystkich zadziwiających szczegółów. Jednak można przystępnie wyjaśnić i przybliżyć, pokazać zarys, najważniejsze zasady, a także pewne ciekawostki. Można, tylko w tym celu trzeba wrócić do korzeni i pokazać, jak telefonia powstała i jak się zmieniała.

Z poprzedniego artykułu serii wiemy, że dużo lepszy system UMTS (3G) nie wyparł i nie zastąpił poczciwego GSM (2G). Telefonię 3G po cichu, bez rozgłosu wycofano i zamknięto w prawie wszystkich krajach. Do rozmów telefonicznych nadal wykorzystuje się mocno już dziś archaiczny system GSM, czyli 2G. Historia 3G była dziwna i podobnie jest z telefonią czwartej generacji (4G)! Otóż można powiedzieć, że tak naprawdę nie było jej, nie ma i nie będzie!

Telefonia 2G, 3G i Internet

Telefonię GSM i inne systemy drugiej generacji (2G) opracowywano w latach 80. a wykorzystano w praktyce od lat 90. Co ogromnie ważne, w latach 90. równolegle i zupełnie niezależnie zaczynał rozwijać się Internet, czyli pomalutku zaczęło się wykorzystanie globalnej sieci komputerowej.

Pierwotny standard GSM zapewniał i zapewnia przeprowadzanie rozmów telefonicznych, ale praktycznie nie miał związku z rodzącym się pomału Internetem. Owszem, GSM to system w pełni cyfrowy, czyli w telefonicznym standardzie GSM dźwięk przesyłany jest w formie cyfrowej i pozostaje trochę „zapasu”, żeby obok (albo nawet zamiast) sygnałów dźwiękowych przesłać trochę informacji cyfrowych. Trochę, ale jak na dzisiejsze warunki – żałośnie mało.

W telefonii 2G następuje utworzenie kanału cyfrowego do dwukierunkowego przesyłania „cyferek”, które w pierwszej kolejności mogą przekazywać „informacje głosowe”, ale nie tylko – „cyferki” mogą przekazywać dowolne, jakiekolwiek informacje, na przykład zdjęcia, film, wideorozmowę, dokumenty.

Sieci telefonii komórkowej 2G według założeń miały zapewniać tylko rozmowy telefoniczne i przesyłanie SMS-ów – krótkich wiadomości tekstowych

Potem doszły MMS-y, czyli nie tylko tekst – literki, ale inne multimedia, także obrazki i dźwięk.

To jednak były, powiedzmy, „dodatki do telefonu”. A w tym czasie oddzielnie, niejako obok, intensywnie rozwijał się Internet. Internet, czyli globalna sieć połączonych ze sobą komputerów służąca do wymiany dowolnych informacji cyfrowych.

Internet na początku przewidziany był do przekazywania tekstów, dokumentów, obrazów – ogólnie jakichkolwiek informacji w postaci cyfrowej. Zaczął się w wojsku, następnie sieci internetowe wykorzystano na wyższych uczelniach, a potem dość szybko „trafił pod strzechy”.

Internet był oddzielną inicjatywą, zupełnie niezwiązaną z telefonią, działającą na zupełnie innych zasadach. Tak, pomimo pozornych podobieństw, na zdecydowanie innych zasadach.

W telefonii (telekomunikacji) abonent ma swój numer telefonu. W Internecie użytkownik nie ma numeru telefonu, tylko zupełnie inny numer, tak zwany adres IP (czytaj: adres aj-pi), o którym zresztą większość użytkowników Internetu nic nie wie. Można najogólniej stwierdzić, że adres IP nie jest własnością użytkownika i znajomość samego adresu IP nie pozwala zidentyfikować użytkownika. Dziś zresztą ta sprawa jest niesamowicie poplątana. To oddzielna interesująca historia, tym bardziej, że klasycznych adresów IP jest bardzo mało. A tymczasem i pierwotnie plany dotyczące „adresowania w Internecie” (IPv4), i późniejsze próby wprowadzenia „dokładniejszego adresowania” (IPv6) zakładały, że adres „aj-pi” będzie identyfikował, może nie abonenta, ale konkretny sprzęt, urządzenie. Niestety, zdecydowanie tak nie jest, a zwłaszcza w przypadku „internetu mobilnego”, ale to już oddzielna, długa historia.

Co dla nas teraz jeszcze ważniejsze, nawiązywanie i realizacja połączenia w telefonii i w Internecie realizowane są na zupełnie innych zasadach. Podstawowa, brzemienna w skutki różnica, jest taka, że w telefonii na czas rozmowy zestawiany jest kanał do dwustronnej komunikacji między dwoma abonentami. W telefonii przewodowej jest to oczywiste, ale w telefonii mobilnej jest to poważna wada, bo na czas rozmowy tworzony jest kanał radiowy, zajmowane są „zasoby radiowe” tylko na użytek dwóch rozmówców, którzy możliwości tego kanału wykorzystują tylko częściowo. Choćby tylko dlatego, że podczas rozmowy występują przerwy – okresy ciszy, gdy przez kanał nie są przesyłane sensowne informacje, a „zasoby radiowe” są zajęte i niedostępne dla innych.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w majowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 5/2026). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite, gdzie dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 15 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 5/2026 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

Uwaga! Wskazówki, jak nabyć pełne wersje dowolnych numerów ZE znajdują się na stronie:
https://piotr-gorecki.pl/n11.