thumb|Wieża telekomunikacyjna w Zieleńcu thumb|Stacja bazowa w Starej Morawie mały|Ewolucja standardów telefonii komórkowej
Telefonia komórkowa – rodzaj telekomunikacji bezprzewodowej, w której obszar działania sieci jest podzielony na komórki obsługiwane przez stacje bazowe. Rozwiązanie to umożliwia urządzeniom mobilnym, m.in. telefonom komórkowym, komunikowanie się podczas przemieszczania pomiędzy obszarami obsługiwanymi przez różne stacje bazowe.
Sieć komórkowa umożliwia m.in. realizację połączeń głosowych, transmisję wiadomości oraz transmisję danych. Współczesne sieci komórkowe wykorzystywane są również do komunikacji urządzeń Internetu rzeczy, dostępu do Internetu, usług multimedialnych oraz komunikacji maszyna–maszyna.
Kolejne etapy rozwoju technologii komórkowych określane są umownie jako generacje: 1G, 2G, 3G, 4G i 5G. Następna generacja systemów komunikacji mobilnej jest rozwijana pod nazwą IMT-2030 i jest powszechnie określana jako 6G.
Zasada działania
Podstawowym elementem sieci komórkowej jest podział obsługiwanego obszaru na mniejsze obszary nazywane komórkami. Każda z nich jest obsługiwana przez jedną lub więcej stacji bazowych wyposażonych w systemy antenowe i urządzenia radiowe.
Terminal mobilny komunikuje się ze stacją bazową za pomocą fal radiowych. Sieć zarządza m.in. przydziałem zasobów radiowych, uwierzytelnianiem użytkownika, zestawianiem połączeń oraz przekazywaniem transmisji pomiędzy stacjami bazowymi.
Podczas przemieszczania się użytkownika połączenie może zostać przekazane z jednej komórki do kolejnej. Proces ten określa się jako handover. Pozwala on utrzymać połączenie lub sesję transmisji danych podczas ruchu użytkownika.
Współczesna infrastruktura sieci komórkowej obejmuje m.in.: stacje bazowe i ich systemy antenowe, sieć radiową, sieć szkieletową, systemy transmisyjne łączące elementy infrastruktury, systemy zarządzania siecią, bazy danych i systemy uwierzytelniania abonentów.
Generacje telefonii komórkowej
Pierwsza generacja – 1G
Pierwsza generacja telefonii komórkowej obejmowała analogowe systemy komunikacji mobilnej rozwijane i wdrażane głównie w latach 80. XX wieku.
Do najważniejszych standardów należały: NMT (Nordic Mobile Telephone), AMPS (Advanced Mobile Phone System), TACS (Total Access Communication System).
Pierwsza komercyjna sieć NMT została uruchomiona w 1981 roku w krajach nordyckich. System NMT był następnie wdrażany w wielu krajach Europy i poza nią. AMPS był wykorzystywany przede wszystkim w Ameryce Północnej, natomiast TACS stanowił system wywodzący się z AMPS i stosowany m.in. w Wielkiej Brytanii.
Sieci 1G służyły przede wszystkim do analogowej transmisji głosu. W porównaniu z późniejszymi systemami cyfrowymi charakteryzowały się mniejszą pojemnością, ograniczonymi możliwościami transmisji danych oraz niższym poziomem zabezpieczeń.
Druga generacja – 2G Druga generacja telefonii komórkowej wprowadziła cyfrową transmisję sygnału radiowego. Jej rozwój rozpoczął się w latach 80., a pierwsze komercyjne sieci uruchamiano na początku lat 90.
Jednym z najważniejszych standardów 2G został GSM (Global System for Mobile Communications), którego specyfikacje rozwijano początkowo w Europie, a następnie w ramach ETSI i 3GPP. Inną rodzinę systemów cyfrowych stanowił cdmaOne, oparty na standardzie IS-95.
W porównaniu z systemami pierwszej generacji sieci 2G umożliwiły m.in. efektywniejsze wykorzystanie pasma radiowego, cyfrową transmisję głosu, szyfrowanie transmisji oraz rozwój dodatkowych usług.
W sieciach GSM rozpowszechniła się usługa SMS, a późniejsze rozszerzenia umożliwiły pakietową transmisję danych. Należały do nich: GPRS, EDGE.
Sieci 2G przez wiele lat stanowiły podstawę globalnej telefonii komórkowej. W XXI wieku ich znaczenie zaczęło maleć wraz z rozwojem kolejnych generacji. W części państw i sieci 2G jest wyłączane w celu przeznaczenia wykorzystywanych częstotliwości dla nowszych technologii, natomiast w innych pozostaje używane m.in. przez starsze terminale oraz urządzenia komunikacji maszyna–maszyna.
Trzecia generacja – 3G
Prace nad globalnymi wymaganiami dla trzeciej generacji sieci komórkowych prowadził Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny w ramach rodziny standardów IMT-2000.
Do szeroko stosowanych technologii 3G należały przede wszystkim: UMTS, systemy z rodziny CDMA2000.
Sieci 3G umożliwiły znaczne zwiększenie szybkości transmisji danych w porównaniu z 2G i przyczyniły się do rozpowszechnienia mobilnego dostępu do Internetu.
Rozwój UMTS obejmował później technologie HSPA i HSPA+, które zwiększały osiągalną przepływność transmisji danych.
Wraz z rozwojem LTE i 5G operatorzy w wielu państwach rozpoczęli wyłączanie sieci 3G i ponowne wykorzystywanie ich pasma częstotliwości dla nowszych technologii. Proces ten przebiega w różnym tempie zależnie od państwa i operatora.
Czwarta generacja – 4G
Czwarta generacja telefonii komórkowej związana jest przede wszystkim z rozwojem szerokopasmowych, pakietowych sieci transmisji danych.
Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny określił wymagania dotyczące systemów czwartej generacji w ramach IMT-Advanced. Do technologii spełniających wymagania IMT-Advanced zaliczono m.in. rozwinięte wersje LTE oraz WiMAX.
Pierwsze wersje LTE były powszechnie określane przez operatorów jako „4G”, mimo że pełne wymagania IMT-Advanced zostały osiągnięte dopiero przez rozwinięcia technologii, m.in. LTE Advanced.
LTE wykorzystuje architekturę opartą na transmisji pakietowej. Usługi głosowe mogą być w niej realizowane m.in. za pomocą VoLTE.
Rozwój LTE obejmował m.in.: agregację pasm częstotliwości, technikę MIMO, rozszerzanie szerokości dostępnego pasma, zwiększanie efektywności widmowej, rozwój LTE-Advanced i LTE-Advanced Pro.
LTE pozostaje jedną z podstawowych technologii mobilnego dostępu do Internetu. Według danych ITU w 2025 roku sieci 4G były dostępne dla około 93% ludności świata.
Piąta generacja – 5G
Piąta generacja sieci komórkowych jest rozwijana w ramach rodziny technologii określanych przez ITU jako IMT-2020. Specyfikacje wykorzystywane w komercyjnych sieciach 5G rozwija 3GPP.
Podstawową technologią dostępu radiowego 5G jest New Radio (NR). Pierwsze specyfikacje 5G zostały zawarte w 3GPP Release 15.
Sieci 5G mogą funkcjonować w dwóch podstawowych architekturach: 5G NSA (Non-Standalone) – wykorzystującej elementy infrastruktury sieci LTE, 5G SA (Standalone) – wykorzystującej rdzeń sieci 5G (5G Core).
5G opracowano z myślą nie tylko o zwiększeniu szybkości transmisji danych, lecz także o obsłudze dużej liczby urządzeń, komunikacji o małych opóźnieniach i zastosowaniach przemysłowych.
ITU wyróżniało w ramach wizji IMT-2020 trzy główne grupy zastosowań: eMBB (enhanced Mobile Broadband) – szerokopasmowy dostęp mobilny, URLLC (Ultra-Reliable and Low-Latency Communications) – komunikacja wymagająca dużej niezawodności i małych opóźnień, mMTC (massive Machine Type Communications) – komunikacja dużej liczby urządzeń.
W 2025 roku sieci 5G obejmowały około 55% ludności świata. ITU szacowało liczbę subskrypcji szerokopasmowej telefonii mobilnej korzystających z 5G na około 3 miliardy, czyli około jedną trzecią wszystkich mobilnych subskrypcji szerokopasmowych.
Dostępność 5G była przy tym silnie zróżnicowana regionalnie. Według ITU w 2025 roku zasięgiem 5G objętych było około 84% mieszkańców państw o wysokich dochodach i około 4% mieszkańców państw o niskich dochodach.
Szósta generacja – 6G
6G jest potocznym określeniem następnej generacji systemów komunikacji mobilnej rozwijanej w ramach programu IMT-2030.
W listopadzie 2023 roku ITU opublikował rekomendację ITU-R M.2160 określającą ramy i ogólne cele rozwoju IMT-2030.
Wśród przewidywanych kategorii zastosowań wymieniono m.in. dalszy rozwój komunikacji szerokopasmowej i komunikacji o wysokiej niezawodności, powszechną łączność, integrację komunikacji z systemami sztucznej inteligencji oraz zintegrowane funkcje komunikacji i wykrywania otoczenia.
W 2026 roku trwały prace standaryzacyjne dotyczące 6G prowadzone m.in. w ITU oraz 3GPP. W systemie specyfikacji 3GPP prace dotyczące technologii 6G są rozwijane w kolejnych wydaniach specyfikacji organizacji.
Do września 2026 roku nie istniały komercyjne sieci mobilne spełniające ukończony standard IMT-2030, ponieważ proces definiowania i standaryzacji technologii nadal trwał.
Współczesny stan sieci komórkowych
Rozwój kolejnych generacji telefonii komórkowej nie powodował jednoczesnego zastępowania starszych technologii na całym świecie. Przez wiele lat sieci różnych generacji funkcjonowały równolegle, a tempo ich wyłączania zależało m.in. od dostępności częstotliwości, używanych terminali, kosztów modernizacji i lokalnych uwarunkowań rynku.
Według danych ITU w 2025 roku: około 96% ludności świata znajdowało się w zasięgu sieci co najmniej 3G, około 93% znajdowało się w zasięgu 4G, około 55% znajdowało się w zasięgu 5G.
Oznacza to, że 4G pozostawało w 2025 roku najpowszechniej dostępną technologią szerokopasmowej sieci mobilnej, podczas gdy udział 5G szybko wzrastał.
Wyłączanie starszych sieci określane jest czasem jako network sunset. Pozwala ono operatorom ponownie wykorzystać częstotliwości wcześniej przeznaczone dla 2G lub 3G w sieciach LTE i 5G. Proces ten wymaga jednak uwzględnienia urządzeń zależnych od starszych standardów, np. niektórych systemów alarmowych, terminali płatniczych, urządzeń telemetrycznych i rozwiązań IoT.
Telefonia komórkowa a mobilny dostęp do Internetu
Pierwsze generacje sieci komórkowych były projektowane przede wszystkim z myślą o połączeniach głosowych. W kolejnych generacjach rosło znaczenie transmisji danych.
W sieciach 2G transmisję pakietową wprowadzono m.in. poprzez GPRS i EDGE. Systemy 3G były od początku rozwijane z myślą o mobilnej transmisji danych, natomiast LTE oparto na architekturze pakietowej.
W sieciach LTE i 5G również rozmowa głosowa może być przesyłana jako usługa oparta na protokole IP. Przykładem jest VoLTE, a w sieciach 5G – VoNR.
Rozwój sieci komórkowych doprowadził w efekcie do stopniowego zacierania się technicznej granicy pomiędzy tradycyjną telefonią a mobilnymi usługami transmisji danych.
Bezpieczeństwo
Sieci komórkowe wykorzystują mechanizmy uwierzytelniania abonenta i ochrony transmisji radiowej. Współczesne systemy stosują m.in. kryptograficzne mechanizmy uwierzytelniania urządzenia i sieci oraz szyfrowanie transmisji.
Poziom zabezpieczeń zmieniał się wraz z kolejnymi generacjami. Wczesne systemy analogowe 1G nie zapewniały ochrony porównywalnej z późniejszymi systemami cyfrowymi. GSM wprowadził cyfrowe mechanizmy uwierzytelniania i szyfrowania, które w następnych generacjach były dalej rozwijane.
Bezpieczeństwo sieci obejmuje również ochronę infrastruktury, sieci szkieletowej, systemów sygnalizacyjnych, baz danych abonentów oraz usług świadczonych przez operatora.
Zobacz też telefon komórkowy stacja bazowa komórka (telekomunikacja) GSM UMTS LTE 5G 6G Wi-Fi Internet rzeczy Voice over LTE handover
Przypisy
Linki zewnętrzne BTSearch – mapa stacji bazowych sieci komórkowych w Polsce Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny 3rd Generation Partnership Project