Когда появилась сотовая связь в мире
Перейти к содержимому

Когда появилась сотовая связь в мире

  • автор:

Когда появилась сотовая связь в мире

30 лет по дороге мобилизации: исторический очерк

Содержание:

В прошлом году мобильная сотовая связь отметила свое тридцатилетие. Считается, что первый звонок по мобильному портативному сотовому телефону был совершен 3 апреля 1973 года Мартином Купером (Martin Cooper), генеральным менеджером отдела коммуникационных систем компании Motorola. Нынешний президент, CEO и один из основателей фирмы ArrayComm Inc. позвонил 1 с одной из улиц Нью-Йорка в конкурирующую компанию Bell Labs, принадлежащую AT&T, тем самым, открыв новую эру персональных беспроводных коммуникаций.

Тогда в телефонной связи, по сути дела, произошел фундаментальный технологический и экономический прорыв — человек перестал быть «привязан» к телефону в офисе, дома и в автомобиле (на тот момент в машинах стояло 14-килограммовое телефонное оборудование).

У истоков мобильной связи

Идея первого мобильного телефона возникла еще раньше — вскоре после окончания второй мировой войны. По замыслу разработчиков из исследовательской лаборатории Bell Laboratories компании AT&T располагаться такой аппарат должен был в автомобиле. Здесь нет ничего удивительного — вряд ли нашлось бы много желающих таскать двухпудовое устройство на себе.

Согласно некоторым источникам, первый сеанс мобильной радиотелефонной связи состоялся более полувека назад — 3 декабря 1950 года в шведском городе Лидинге. Именно тогда инженер-изобретатель Стюре Лаурен (Sture Lauhren) поднял трубку телефона, базовая часть которого располагалась на двух задних сиденьях автомобиля.

Первая в мире коммерческая мобильная радиотелефонная система была запущена шведской компанией Televerket в 1956 г. Известная как МТА (MobilTelefonsystem А — система мобильной телефонии А), она была первой автоматической системой, которая обеспечивала радиосвязь в транспортном средстве без помощи человека-оператора. (Напомним, что в то время в мире существовало довольно много неавтоматических систем мобильной телефонии, которые стали развиваться примерно с середины 1940-х годов).

В планах Televerket было создание единой национальной системы мобильной радиотелефонной связи, однако этот проект требовал очень серьезных инвестиций. Поэтому было решено ограничиться разработкой систем, располагаемых только в автомобилях и на других транспортных средствах. Однако покрытие всех автомагистралей казалось нереальным.

В первую очередь, предлагалось устанавливать базовые станции там, где был очевиден спрос на услуги мобильной телефонии — в крупных городах и вдоль основных транспортных артерий.

В 1950-х габариты и вес систем мобильной связи не позволяли им
В 1950-х габариты и вес систем мобильной связи не позволяли им «выйти» из автомобиля

Рост рынка мобильной телефонии сдерживали сложность и дороговизна оборудования. Оно «тянуло» на половину стоимости хорошего автомобиля. Большие габариты и вес — комплект радиосвязи вместе с передатчиком весил около 40 кг., — высокая потребляемая мощность и другие факторы «по умолчанию» делали такой сервис элитным.

Усовершенствованная система связи MTB, пришедшая в 1965 году на смену МТА, была создана на основе транзисторов, а не радиоламп. Это позволило снизить вес радиоустройств почти до 10 кг. Однако и это не решало главной проблемы. Мобильная беспроводная связь была доступна лишь на транспорте.

О «массовости» тогдашней радиосвязи от Televerket говорить не приходится — к тому времени (1967-68 гг.) в Стокгольме, Гетеборге и Мальме, где были расположены базовые станции, насчитывалось всего порядка 500 абонентов. В то время затраты каждого подписчика на услуги мобильной связи составляли около $5 тысяч в год. К тому же связь была рассчитана не более чем на 6 одновременных соединений.

Выходя из автомобиля

Дальнейшая миниатюризация «переносных» телефонов позволила существенно снизить их вес и размеры, но все еще не позволяла «выйти» из автомобиля.

Первые трубки стандарта NMT-450 (Nordisk MobilTelefon — скандинавская мобильная телефония), — предложил одним из отцов мобильной связи. Аппараты выпускника Стокгольмской технической школы Эстен Мякитоло, уже можно назвать мобильными. Однако они не были предназначены для ношения человеком.

Позже (в середине 1980-х) появились телефоны для появившихся сетей NMT-900 (например, Ericsson Hotline, Curt и Mobira Cityman) — они оказались гораздо легче и компактнее трубок стандарта NMT-450.

Успех в этом направлении больше всего сопутствовал американской компании Motorola. Она еще в 1967 году представила первые портативные рации для полиции Чикаго. Но через какое-то время Мартин Купер понял, что может создать относительно небольшой мобильный телефон, и воплотил свое намерение в реальность.

Полевые испытания 30-летней давности окончились успешно — базовая станция, смонтированная на вершине 50-этажного небоскреба Alliance Capital Building в Нью-Йорке (здание Burlington Consolidated Tower), смогла обслуживать до 30 абонентов, соединяя их с наземными линиями связи. Уже начиная с 1974 года Федеральная комиссия США по связи стала выделять частоты для частных компаний.

Первый портативный сотовый телефон по размерам и весу напоминал утюгом (или «кирпич с кнопками»
Первый портативный сотовый телефон по размерам и весу напоминал утюгом (или «кирпич с кнопками»

Тогда, как, впрочем, и сейчас, жителей Нью-Йорка трудно чем-либо удивить. Однако в те годы идущий по улице человек и разговаривающий при этом по телефону, производил на других неизгладимое впечатление.

Для вывода на рынок этого «кирпичеподобного» телефона, который весил более 1 кг, Мартину Куперу понадобилось 10 лет. Столь длительный срок, по-видимому, был вызван отсутствием подходящих микропроцессоров для сотовых телефонов, которые появились лишь в начале 1980-х. За это время масса телефона, который был введен в коммерческую эксплуатацию компанией Motorola в 1983 году, уменьшилась почти вдвое. Стоимость этого одного из первых в мире мобильников DynaTAC без дисплея и каких-либо дополнительных функций составляла $3500. В этом же году в Чикаго, после ряда успешных полевых испытаний была развернута сеть стандарта AMPS. Еще 7 лет понадобилось для того, чтобы число пользователей мобильной связи в США достигло 1 млн.

GSM шагает по Европе

Одновременно с успехами в Америке на другом континенте витала идея общеевропейской сети сотовой связи. В результате — появилось множество местных «стандартов». Скандинавия, страны Бенилюкс и Саудовская Аравия продвигали NMT, в Великобритании работала собственная система TAGS, в ФРГ — C-Netz, во Франции — Radiocom 2000, а в Италии — RTMI/RTMS.

«Разброд и шатания» вокруг единого стандарта начали сходить на нет лишь после организации в 1982 году группы GSM (Groupe Speciale Mobile). В нее вошли представители 24-х западноевропейских стран.

Несколько позднее, в 1986 году был предложен цифровой стандарт GSM (Global System for Mobile Communications). Для его внедрения потребовалось еще несколько лет, и в 1990 году финская Radtolinia запустила первую в мире GSM-сеть. Через год аналогичные сети появились в других скандинавских странах.

С течением времени услуги GSM-операторов и абонентские терминалы постепенно уменьшались в цене. Это привело к расширению абонентской базы и доступности такого рода услуг в целом. Только за первый год существования сетей GSM в Скандинавии к ним подключилось более 1 млн. человек. Телефоны быстро совершенствовались, уменьшались их размеры и вес, а возможности — расширялись.

Теперь, как известно, число подписчиков сотовой связи в мире превышает число линий фиксированной телефонной связи. Сейчас трубки с цветным дисплеем, оснащенные немыслимым в то время набором дополнительных функций, весят менее 100 грамм.

Согласно прогнозам Nokia половина населения Земного шара (около 4 млрд. человек) к 2015 году будет пользоваться услугами операторов мобильной связи. Сейчас абонентами этих сетей являются 1,3 млрд. человек.

Ожидается, что к 2008 году число абонентов мобильной связи достигнет двух миллиардов человек. При этом число пользователей сотовых сетей только стандарта GSM уже превысило отметку 1 млрд. В то же время, на этом стандарте работают более 80% всех мобильных телефонов во всем мире.

Краткая предыстория сотовой связи
на американском континенте

Предпосылки сотовой связи

1921 — Отделение полиции Detroit Michigan (США) приступило к использованию мобильной радиосвязи в автомобилях. Система работала на частоте около 2 МГц. Каналы вскоре стали переполнены.

1940 — Для использования в радиосвязи стали доступны новые частоты между 30 и 40 MГц. Это послужило толчком для активного развертывания систем полицейской радиосвязи. Вскоре после этого обнаружилась потребность с этой форме коммуникаций и у других групп пользователей. Частные лица, компании и госсектор стали покупать и использовать свои собственные мобильные устройства.

1945 — В Сент-Луисе (штат Миссури) была торжественно открыта первая общедоступная радиотелефонная система в США. Федеральная комиссия по связи (FCC) выделила для этой цели 6 каналов, отделенных друг от друга на 60 кГц, в диапазоне 150 MГц. Однако оборудование для мобильной связи было недостаточно совершенным для того, чтобы избежать интерференции радиоволн.

1947 — На автостраде Нью-Йорк — Бостон заработала система мобильной связи в диапазоне 35 — 44 MГц. Связь была низкого качества, а телефоны работали только в режиме «push-to-talk».

1949 — FCC разрешила использовать раздельные радиоканалы частным телефонным компаниям, которые известны как «Radio Common Carriers» (ROC). Эти операторы не предоставляли услуг радиотелефонной связи, а лишь коммутировали радиотелефоны с телефонной сетью общего пользования.

1955 — Число каналов в диапазоне 150 MГц было увеличено до 11 (для этого до 30 кГц был уменьшен межчастотный интервал).

1956 — Было добавлено 12 каналов в диапазоне 450 MГц. Все системы работали в ручном режиме — каждый входящий и исходящий вызов с мобильного устройства совершался при участии человека — телефонного оператора.

1964 — Была разработана новая система (150 MГц) с автоматическим выбором свободного канала для каждого вызова. С этих пор отпала нужда в режиме «push-to-talk», и абонент избавился от необходимости удерживать в момент передачи речи кнопку аппарата. Также стал не нужен и оператор — пользователи получили возможность самостоятельно набирать телефонный номер абонента.

1969 — Технология автоматического выбора канала стал доступна и в диапазоне 450 MГц. Стандартом услуг мобильной телефонной связи в США стал IMTS (Improved Mobile Telephone System).

Продвинутые системы (концепция сотовой связи)

Еще в 1947 году стало ясно, что небольшие соты с многократным использованием частот могут существенно увеличить пропускную способность каналов. Таким образом, была разработана основная концепция сотовой связи. Однако самой технологии еще не существовало.

1953 — AT&T внесла на рассмотрение FCC широкополосную систему мобильной телефонной связи, работающую в диапазоне 800 MГц.

1970 — FCC объявила о предполагаемом выделении участка спектра шириной 75 MГц в диапазоне 800 МГц. Она также призвала производителей коммуникационного оборудования вносить свои предложения, направленные на обеспечение мобильной радиосвязи.

1971 — AT&T ответила на призыв FCC техническим докладом, в котором была показана возможность реализации «сотовой системы». Это была единственная система, утвержденная FCC, из всех заявленных на рассмотрение.

1974 — FCC приняла решение о выделении 40 MГц частотного спектра для оказания услуг мобильной телефонной связи и сопутствующих приложений для реализации возможности развертывания так называемых «сотовых систем». Компании Western Electric было запрещено производить терминальное оборудование для сотовой связи, поскольку уже предлагала сетевое оборудование, а продавать одновременно оба класса систем не могла по причине антимонопольных ограничений регулирующих органов.

1975 — AT&T подала заявку на разрешение к использованию опытной системы сотовой связи в Чикаго.

1977 — AT&T получила эту лицензию в марте. Компания Bell Telephone разработала и ввела в эксплуатацию опытную систему сотовой связи.

1978 — В середине года стартовала фаза тестирования оборудования; в конце года началась фаза тестирования услуг. Для испытаний у трех поставщиков была закуплена 21 тысяча мобильных аппаратов. Система обслуживала порядка 2 тысяч пользователей, участвующих в эксперименте.

1981 — FCC выпустила правила использования стандарта сотовой связи. Компании Western Electric разрешили производить сотовые терминалы и сетевое оборудование.

Составлено по данным ATT Cellular Telephone Equipment Installation Course

Виталий Солонин / CNews.ru

1 Мобильный телефон весил более килограмма, за это его прозвали утюг/кирпич с кнопками.
Принимающая станция находилась на крыше одного из нью-йоркских небоскребов. Она могла поддерживать только 30 каналов связи. К тому же звонить с единственного мобильного телефона можно было только на обычные «стационарные проводные» номера.

История развития сотовой связи: начало пути

Официальным днем рождения сотовой телефонной связи считается 3 апреля 1973 года, когда Мартин Купер, глава подразделения мобильной связи американской компании Motorola, совершил первый в мире звонок по мобильному телефону. Однако это событие было кульминацией весьма длительного процесса, начавшегося еще в 19 веке.

Первой важной датой в истории создания мобильной связи можно считать 7 мая 1895 года, когда известный русский ученый Александр Степанович Попов на заседании Русского Физико-Химического Общества продемонстрировал прибор, предназначенный для регистрации электромагнитных волн. Физической основой представленного Поповым устройства стали исследования Генриха Герца в области электромагнитных волн и способов их обнаружения, обнародованные в 1888 году. Также свой огромный вклад в создание радиосвязи внесли исследования Фарадея (явление электромагнитной индукции), Дж. Максвелла (теория электромагнитного поля), Э. Бранли и О. Лоджа (индикатор электромагнитных волн), а также Н.Тесла (огромный объем исследований, в том числе им предложена конструкция антенн).

Назначением устройства Попова была регистрация молний, что нашло отражение и в его названии – «грозоотметчик». Однако, по своей сути, грозоотметчик Попова стал первым в мире радиоприемником, настроенным на обнаружение и регистрацию радиоволн (если говорить техническим языком, электромагнитных колебаний) возникающих при грозовых разрядах. Созданный Поповым прибор обладал неплохой чувствительностью – он был способен регистрировать вспышки молний в радиусе нескольких десятков километров. В продолжение своих экспериментов, в сентябре 1895 года, Попов отказался от метрологического регистратора, заменив его телеграфным аппаратом Морзе, что окончательно превратило грозоотметчик в первый в мире аппарат для беспроводной телеграфии.

Следующим шагом развития беспроводной связи стала демонстрация беспроводной передачи информации осуществленная в 1896 году Гульельмо Маркони, который с помощью азбуки Морзе передал сигнал с крыши лондонского почтамта в другое здание, удаленное от него на 1,5 км. Эта демонстрация заинтересовала другого крупного ученого – физика В.Г. Приса, который в том время был директором британской почты и телеграфа. Под руководством Приса, Маркони продолжил свои исследования, и в июне 1896 года подал патентную заявку «усовершенствования в передаче электрических импульсов и сигналов и в аппаратуре для этого», а в сентябре того же года продемонстрировал передачу радиограммы на расстояние 3 км. Технические средства, примененные Маркони, включали в себя передатчик, построенный на модифированном генераторе Герца, и приемник, созданный по образу и подобию грозоотметчика Попова, но с рядом технических новшеств.

Дальнейшие исследования, проведенные Поповым, Маркони, а также другими учеными и инженерами работавшими над разработкой устройств, позволяющих использовать радиоволны для передачи информации, произвели настоящую революцию в системах связи того времени. Постепенно росли и расстояния, на которые передавался радоисигнал. Если в середине 1897 года Маркони проводились эксперименты по передаче сигналов на сравнительно небольшие расстояния (14 и 21 км.), то в 1901 году он передал первый сигнал через Атлантику, а в конце 1902 года – наладил регулярную радиосвязь между Старым и Новым светом.

Буквально за несколько лет, акционерное общество «Маркони К°», созданное им в середине 1897 года, превратилось в крупнейшую компанию и лидера в сфере создания средств беспроводной связи. Кстати, активное продвижение радиотелеграфа в России, начавшееся в 1912 году, также осуществлялось при поддержке «Маркони К°», которая взяла на себя обязательство устанавливать мощные ретрансляторные вышки на всей территории России.

Важным шагом, в переходе беспроводной связи к современному виду, стала модернизация «грозоотметчика», выполненная Поповым в 1899 году – в усовершенствованном аппарате прием сигналов (пока еще азбукой Морзе) осуществлялся на головные телефоны (наушники) оператора. Однако исследователи хотели большего – передавать без проводов не абстрактные точки-тире, а человеческий голос, со всем множеством его интонаций.

Было проведено множество исследований, получены десятки патентов. Изначально, для передачи голоса, пытались использовать направленный луч света модулированный голосом, т.е. данный луч мерцал в соответствии речью человека, которая регистрировалась посредством угольного микрофона. На принимающей стороне использовалась капсула со светочувствительным элементом, генерируемый которым ток позволял воспроизвести в наушниках речь говорящего. Подобные аппараты имели множество недостатков, основным из которых были маленькое расстояние между источником и приемником сигнала и сильнейшая зависимость от погоды. Также были попытки использовать для передачи речи проводящие свойства почвы и воды.

Первым, кто передал человеческую речь с помощью радиоволн, стал Реджинальд Фессенден, впервые осуществивший это в 1900 году. Спустя 3 года, им был представлен усовершенствованный детектор, благодаря которому стало возможным воспроизводить с приемлемым качеством человеческий голос, переданный по радиосвязи, с приемлемым качеством. Также к заслугам Фессендена относятся первая двухсторонняя трансатлантическая радиосвязь (1906) и первая информационно-развлекательная радиопередача (1906).

До начала 20 века передатчики и приемники радиосигналов обычно устанавливали либо на зданиях и сооружениях, либо на морских судах. Однако в 1901 году Гульельмо Маркони установил приемо-передающее устройство на паровой автомобиль марки «Торникрофт», тем самым, положив начало развития подвижной наземной радиосвязи. Конечно, сконструированный Маркони аппарат, умел работать только с азбукой Морзе, да только во время остановки, так как при движении приходилось опускать в горизонтальное положение используемую устройством цилиндрическую антенну, но все равно этой был первый маленький шажок к настоящей мобильности.

Следующее знаковое событие в развитии мобильной связи произошло в 1921 году, когда была в американском Детройте создана первая диспетчерская система телеграфной подвижной связи. Как вы уже догадались, основой этой системы была азбука Морзе, причем связь была односторонней – полицейские диспетчеры вызывали автомобиль по радиосвязи, а полицейские связывались с участком по обычному проводному телефону. Рабочей частотой системы были 2 МГц. Фактически, диспетчерская система телеграфной подвижной связи это ничто иное, как прообраз пейджинговой связи.

Двухсторонняя радиосвязь между диспетчерами и полицейскими автомобилями появилась спустя 12 лет, в 1933 году в Нью-Йорке. Средства подвижной радиосвязи тех лет относились к системам PTT (Push-To-Talk – нажми, чтобы говорить). Данный принцип, до сих пор используется в рациях, а несколько лет назад он пережил второе рождение в средствах мобильной связи – благодаря функции PTT современных мобильных телефонов. Однако, в современном варианте PTT, передача информации осуществляется через Интернет за счет использования пакетной передачи данных. Если говорить техническим языком, устройства PTT работают в полудуплексном режиме, поэтому для переключения между режимами приема и передачи голоса пользователю необходимо нажимать кнопку на соответствующем абонентском устройстве.

Не менее важным событием стало создание при американском Конгрессе в 1934 году Федеральной Комиссии по Коммуникациям (FCC), основной функцией которой было распределение радиочастот на территории США. Приоритетом при получении частотного ресурса пользовались спасательные службы, государственные агентства и общественные компании. Далее следовали фирмы, работающие в сфере грузовых и пассажирских перевозок. Изначально, возможность выделения радиочастот частным лицам и компаниям предусмотрена не была, причем это ограничение действовало до окончания Второй Мировой Войны, что стало одной из причин задержки в развитии частной мобильной связи.

Первая сеть подвижной радиосвязи, рассчитанная на частных клиентов, была запущена 17-го июня 1946 г. в американском Сент-Луисе (штат Миссури) совместными усилиями Службы Мобильной Телефонии (МТС) AT&T и Bell Telephone Laboratories. В качестве рабочей частоты данной системы было выбран диапазон в районе 150 МГц, при этом использовалось 6 каналов, но позднее число каналов было сокращено до 3, из-за помех, вызываемых наложением радиоволн.

Соединение с вызываемым абонентом осуществлялось в два этапа – вначале производилось соединение с оператором, который устанавливал соединение с нужным абонентом. Выбор свободного частотного канала осуществлялся абонентом вручную. Созданная в Сент-Луисе система относилась к стандарту MTS (Mobile Telephone System), который считается одним из самых первых стандартов мобильной связи. Кстати, в измененном виде MTS до сих пор используется в ряде развивающихся стран.

Принцип технической реализации сети MTS отличался от традиционной сотовой сети. В ней использовались 1 достаточно мощный передатчик, служивший каналом передачи сигнала к абоненту, и сеть приемников, фиксирующих сигнал, исходящий от мобильного абонента. Выбор используемого приемника осуществлялся по соотношению сигнал/шум. Далее, все сигналы, зарегистрированные сетью приемников, передавались в центральный диспетчерский пункт, где находились операторы, осуществлявшие телефонные соединения.

Рассматриваемая система работала в полудуплексным режиме, т.е. использовался описанный выше принцип Push-To-Talk, что позволяло решить проблему эха, но при этом частоты, на которых работали приемник и передатчик отличались. В 1955 году, число каналов данной сети было расширено до 11, а в 1964 году появились полнодуплексный режим и возможность автоматического выбора канала, что сделало мобильную телефонию похожей на проводную.

Однако, к 1955 году, в техническом плане сеть AT&T и Bell Telephone Laboratories уже не была технически самой совершенной – первая полностью автоматическая система подвижной радиотелефонии была запущена в 1948 году Радиотелефонной Компанией Ричмонда, в городе Ричмонд штата Индиана. Данная система превосходила детище Bell Telephone Laboratories тем, что большинство вызовов осуществлялись полностью в автоматическом режиме, без помощи оператора.

Бурное развитие первых систем подвижной связи выявило их основной недостаток – ограниченность частотного ресурса – аппараты, работающие в одном частотном диапазоне, но в разных сетях создавали взаимные помехи, что делало невозможным покрытие единой сетью мобильной связи больших территорий – минимальное расстояние между двумя радиосистемами должно было составлять не менее 100 км. Решение этой проблемы было предложено в 1947 году сотрудником Bell Laboratories Д. Рингом, который разработал сотовый принцип организации сети мобильной связи, что позволило решить проблему взаимных помех, и обеспечило повторное использование частотных каналов. Еще одним знаковым событием 1947-1948 годов стало изобретение транзистора, что позволило уменьшить размеры и вес радиоаппаратуры.

Первая система сотовой связи, построенная по принципу, предложенному Рингом, увидела свет в 1969 году, в виде системы таксофонной связи (телефоны-автоматы, общего пользования) установленной компанией Bell в поездах Metroliner, курсировавших между Нью-Йорком и Вашингтоном. Маршрут поезда (255 миль) был разделен на девять зон, в каждой из которых было доступно 6 каналов на частоте 450 МГц. Центр, управляющей всей системой находился в Филадельфии.

Несмотря на огромный вклад американских компаний, сотовая связь развивалась не только в США. В Европе законодателями технологий мобильной связи были «Эрикссон» и «Маркони». Как и в США, мобильной связью преимущественно оснащались автомобили, причем сам радиотелефон устанавливался в багажник, а салоне находились трубка и традиционный номеронабиратель. Появление первых систем мобильной связи в Европе принято датировать 1951 годом, когда С. Лауреном из Администрации Шведской Сети Связи разработал и испытал автоматическую мобильную телефонную систему.

В Японии первые испытания мобильной системы телефонной связи были проведены в 1967 году, однако появление японской сотовой связи принято датировать 1975 годом, когда были начаты системные испытания сети, построенной в одном из районов Токио. Кстати, именно японцами было установлено, что для мобильной связи в городских условиях наиболее целесообразно использовать частоты в районах 400 и 900 МГц.

Советский Союз также не остался в стороне от разработок систем мобильной телефонной связи. Конечно, в нашей стране и речи идти не могло о предоставлении мобильной связи рядовым гражданам страны, но для государственных нужд и партийной элиты была создана полностью автоматическая дуплексная система профессиональной мобильной радиосвязи с подвижными объектами «Алтай». Запуск данной системы в эксплуатации состоялся в конце 50-х годов прошлого века и, на долгие годы, она стала единственной системой подвижной радиосвязи Советского Союза.

Наверняка вы уже обратили внимание, что при разработке технологий подвижной радиосвязи их создатели делали упор на оснащение радиосвязью автомобилей и других транспортных средств. Это не удивительно, ведь радиотелефоны тех лет были тяжелыми (по 30-40 кг) и весьма громоздкими (устройство могло занять весь багажник автомобиля).

В 1954 году произошло событие, формально не связанное с разработкой средств мобильной связи, но позднее сыгравшее решающую роль – в компанию Motorola на должность инженера был принят Мартин Купер, который через несколько лет стал главой подразделения по разработке мобильных устройств. В 1967 году под его руководством были созданы одни из первых портативных раций, что дало импульс для создания мобильного телефона, который можно было носить с собой.

В деле создания мобильных устройств Motorola и Bell Laboratories были заядлыми конкурентами, однако у них было одно принципиальное отличие – в Motorola делали ставку на портативное оборудование, а в Bell Laboratories – на автомобильную радиотелефонию. Убежденность Купера в перспективности сотовой телефонии убедила Федеральную Комиссию по Коммуникациям в необходимости выделения Motorola частот для реализации их проекта. Весной 1973 года на крыше одного из небоскребов Нью-Йорка была смонтирована первая базовая станция новой сети, которая могла одновременно обслуживать 30 абонентов и предоставлять им доступ к городской телефонной сети.

История, длившаяся почти 80 лет, начала подходить к своему апогею. Наконец, все подготовительные работы были закончены и 3 апреля 1973 года, Мартин Купер, лично руководивший всем процессом, прогуливаясь по Манхеттену достал из кармана предмет, походивший на кирпич с антенной. Под недоумевающие взгляды прохожих, с помощью клавиатуры свого «кирпича», по имени Dyna-TAC, он набрал номер Джоэля Энгеля, начальника исследовательского отдела AT&T Bell Laboratories и поднес аппарат к уху.

Резюме

До момента коммерческого внедрения предложенной технологии пройдет еще несколько лет, в течение которых будет идти совершенствование аппаратуры, отработка технических нюансов и решение законодательных проблем. Однако начало победному шествию сотовой связи по планете положил всего один телефонный звонок, показавший огромный потенциал предложенной технологии.

Что такое сотовая связь Как работает сотовая связь – устройство и принцип работы

Что такое сотовая связь

И зобретение мобильного телефона стало важной технологической вехой, изменившей способ общения. Хотя у многих людей разработка мобильных телефонов ассоциируется с американскими компаниями, самый первый мобильный телефон был создан в Советском Союзе.

В 1958 году Воронежский научно-исследовательский институт связи (ВНИИС, ныне «Созвездие») разработал систему «Алтай» – первый в мире мобильный телефон. Система состояла из абонентских телефонов, базовых станций и антенных систем, которые обеспечивали устойчивую связь между абонентами. Она представляла собой полноценную телефонную связь, работающую как обычный телефон – сама находила свободный радиоканал, устанавливала соединение, передавала набранный телефонный номер и гарантированно соединяла абонентов.

При разработке системы «Алтай» советские инженеры столкнулись с рядом проблем. Одна базовая станция могла обслуживать только один мегаполис и имела всего 16 радиоканалов. Антенна, установленная на самой высокой точке местности, могла обеспечить связь только на десятки километров вокруг. Несмотря на эти трудности, к 1970 году система «Алтай» работала в тридцати городах Советского Союза, включая Москву и Ленинград.

Системой «Алтай» в основном пользовались советские партийные и хозяйственные руководители, которые использовали телефоны, установленные прямо в их служебных автомобилях. Успех системы заставил советских инженеров продолжать совершенствовать систему, в том числе расширить диапазон радиоканалов, сделать абонентские станции меньше по размеру и развернуть систему к Олимпийским играм 1980 года.

Стоит отметить, что американский прототип такого мобильного телефона был запущен через год после ввода в эксплуатацию советской мобильной системы, а его коммерческая эксплуатация началась в 1969 году. Поэтому можно утверждать, что СССР был лидером в развитии мобильной связи на заре развития этой технологии. Система «Алтай» была выдающимся достижением в истории технологии мобильных телефонов, которое проложило путь для будущих инноваций в мобильной связи.

Первые западные проекты сотовой связи были коммерческими. Одной из самых ранних инициатив была система Advanced Mobile Phone System (AMPS), которая была запущена в 1978 году компанией Bell Labs в США. AMPS была аналоговой системой, которая использовала множественный доступ с частотным разделением (FDMA) для разделения частотного спектра на отдельные каналы для нескольких пользователей. Эта технология позволяла одновременно использовать одну и ту же частоту несколькими пользователями в разных местах, что было большим прорывом для того времени.

В начале 1980-х годов в Скандинавии была разработана система Nordic Mobile Telephone (NMT), которая представляла собой цифровую систему, использующую множественный доступ с временным разделением (TDMA) для разделения частотного спектра на временные интервалы для нескольких пользователей. Это позволило увеличить емкость и улучшить качество звонков по сравнению с AMPS.

В 1983 году первая коммерческая сотовая сеть была запущена в США компанией Ameritech в Чикаго. Эта сеть использовала технологию AMPS и позволяла пользователям совершать телефонные звонки со своих автомобильных телефонов. В течение следующих нескольких лет сотовые сети были запущены в других странах, включая Японию, Великобританию и Германию.

Первая цифровая сотовая сеть была запущена в 1991 году в США компанией Sprint с использованием технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA). CDMA позволила увеличить емкость и улучшить качество звонков по сравнению с AMPS и TDMA.

Принцип работы мобильной связи

Сотовая связь – это сложная система, обеспечивающая беспроводную связь между двумя или более мобильными устройствами на больших расстояниях с помощью радиоволн. Принцип работы сотовой связи — сеть ячеек, каждая из которых обслуживается базовой станцией.

Когда пользователь совершает звонок или отправляет сообщение, мобильное устройство посылает сигнал на ближайшую базовую станцию. Затем базовая станция направляет сигнал через ряд сотовых вышек и центров коммутации, пока он не достигнет места назначения. Сигнал передается в виде радиоволн, которые транслируются в определенном частотном диапазоне.

Сотовая сеть разделена на несколько частотных диапазонов, каждый диапазон также разделен на несколько каналов, каждый из которых способен одновременно передавать несколько вызовов или данных. Когда пользователь совершает звонок или отправляет сообщение, сигнал передается по одному из этих каналов.

Сотовая связь использует две основные технологии: множественный доступ с кодовым разделением (CDMA, считается устаревшей, но еще используется в США) и глобальная система мобильной связи (GSM). CDMA присваивает каждому вызову уникальный код, что позволяет одновременно передавать несколько вызовов по одному и тому же каналу. В GSM используется метод мультиплексирования с разделением времени, который делит каждый канал на несколько временных интервалов, что позволяет передавать несколько вызовов последовательно.

Помимо голосовых вызовов и сообщений, сеть мобильной связи также поддерживает передачу данных, таких как просмотр интернет-страниц, электронная почта и обмен мультимедийными сообщениями. Данные передаются с помощью различных технологий, включая General Packet Radio Service (GPRS), Enhanced Data rates for GSM Evolution (EDGE), Long-Term Evolution (LTE) и 5G.

Сотовая связь опирается на сложную сеть базовых станций, сотовых вышек, коммутационных центров и частотных диапазонов для обеспечения беспроводной связи на больших расстояниях.

Базовые станции

Базовая станция сотовой связи – это ключевой компонент сотовой сети, обеспечивающий беспроводную связь между мобильными устройствами и инфраструктурой. Она играет важнейшую роль в обеспечении беспроводной связи между мобильными устройствами и сотовой сетью.

Базовая станция сотовой связи обычно состоит из следующих компонентов:

· Приемопередатчик: приемопередатчик отвечает за передачу и прием радиосигналов от мобильных устройств. Он состоит из передатчика и приемника, которые способны передавать и принимать сигналы в определенном частотном диапазоне.

· Антенна: антенна используется для передачи и приема радиосигналов между базовой станцией и мобильными устройствами. Обычно она устанавливается на башне или крыше для обеспечения оптимального покрытия.

· Источник питания: для работы базовой станции требуется постоянное электропитание. Обычно она подключается к электросети или резервному источнику питания.

· Блок обработки базовой полосы: блок обработки базовой полосы отвечает за кодирование и декодирование цифровых сигналов, получаемых от мобильных устройств.

· Блок управления: блок управления управляет работой базовой станции и взаимодействует с другими компонентами сотовой сети.

Работа базовой станции сотовой связи включает в себя следующие этапы:

· Сканирование: базовая станция сканирует доступные радиоканалы для установления связи с мобильными устройствами.

· Аутентификация: базовая станция проверяет подлинность мобильных устройств, чтобы убедиться, что они авторизованы для доступа к сотовой сети.

· Передача: когда мобильные устройства переходят из одной соты в другую, базовая станция передает связь в следующую соту для обеспечения непрерывной связи.

· Кодирование и декодирование: базовая станция кодирует и декодирует цифровые сигналы, полученные от мобильных устройств, чтобы обеспечить целостность и безопасность связи.

· Управление сетью: базовая станция взаимодействует с другими компонентами сотовой сети для управления сетевым трафиком и обеспечения оптимальной производительности.

Аппараты сотовой связи

Сотовый телефон, также известный как мобильный телефон, – это сложное устройство, состоящее из нескольких модулей, работающих вместе для обеспечения связи, мультимедийных и интернет-возможностей. Вот основные модули типичного сотового телефона и принцип их работы:

· Процессор: это «мозг» телефона, отвечающий за управление и координацию всех его функций. Современные телефоны оснащены мощными процессорами, которые могут выполнять такие сложные задачи, как игры, редактирование видео и так далее.

· Память: память телефона включает в себя как ОЗУ (память с произвольным доступом), так и накопитель. Оперативная память используется для временного хранения данных и приложений, которые используются в данный момент, а долговременная память используется для хранения файлов, фотографий и приложений, установленных на телефоне.

· Дисплей: дисплейный модуль включает в себя экран, подсветку и сенсорный датчик. Экран обычно представляет собой ЖК- или OLED-панель, на которой отображаются изображения и текст, а сенсорный датчик позволяет пользователям взаимодействовать с телефоном, касаясь, проводя или нажимая на экран.

· Аккумулятор: модуль аккумулятора обеспечивает питание телефона, позволяя ему работать без подключения к сети. В современных телефонах используются литий-ионные аккумуляторы, которые обеспечивают высокую плотность энергии и длительное время автономной работы.

· Камера: большинство телефонов оснащены как минимум одним модулем камеры, который включает в себя объектив, сенсор и процессор изображения. Камера позволяет пользователям снимать фото и видео, а некоторые телефоны высокого класса даже оснащены несколькими камерами для лучшего качества изображения и более творческих возможностей.

· Модуль сотовой связи: модуль сотовой связи отвечает за подключение телефона к сотовой сети, позволяя пользователям совершать звонки и отправлять сообщения. Он включает в себя антенну, радиоприемник и модем, которые преобразуют цифровые данные в радиоволны, передаваемые по сети.

· Модули Wi-Fi и Bluetooth: эти модули позволяют телефону подключаться к другим устройствам и сетям с помощью технологии Wi-Fi или Bluetooth. Wi-Fi используется для высокоскоростной передачи данных и доступа в Интернет, а Bluetooth – для связи на коротких расстояниях с другими устройствами, такими как наушники, динамики и смарт-часы.

· Датчики: многие телефоны имеют несколько встроенных датчиков, включая акселерометр, гироскоп, компас и датчик приближения. Эти датчики предоставляют информацию об ориентации телефона, его движении и окружении, а также используются для включения таких функций, как автоповорот, GPS и фитнес-трекинг.

Поколения сотовой связи

Сотовые сети значительно эволюционировали с момента своего появления, начиная с первого поколения (2G) и заканчивая новейшими сетями пятого поколения (5G). Каждое поколение сотовых сетей приносило значительные улучшения в плане скорости, надежности и пропускной способности передачи данных.

Сотовые сети 2G

Второе поколение (2G) сотовых сетей представило цифровую сотовую связь в 1990-х годах, заменив аналоговую технологию сотовой связи первого поколения. В сетях 2G использовались технологии множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA) и множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA) для передачи голоса и данных. Основным преимуществом сетей 2G было то, что они более эффективно использовали радиочастотный спектр, позволяя большему количеству пользователей использовать один и тот же частотный диапазон.

Сотовые сети 3G

Третье поколение (3G) сотовых сетей появилось в начале 2000-х годов и принесло несколько улучшений по сравнению с сетями 2G. Сети 3G обеспечивали более высокую скорость передачи данных, позволяя предоставлять мультимедийные услуги, такие как видеоконференции, мобильное телевидение и высокоскоростной доступ в Интернет. Основной технологией, используемой в сетях 3G, является широкополосный множественный доступ с кодовым разделением (WCDMA), который обеспечивает более высокую скорость передачи данных, чем сети 2G. Сети 3G также внедрили новые меры безопасности для защиты пользовательских данных и конфиденциальности.

Сотовые сети 4G

Четвертое поколение (4G) сотовых сетей появилось в конце 2000-х годов и принесло значительные улучшения по сравнению с сетями 3G. Сети 4G обеспечили более высокую скорость передачи данных, меньшую задержку и большую пропускную способность по сравнению с сетями 3G, что сделало их подходящими для приложений с высокой пропускной способностью, таких как потоковое видео, онлайн-игры и виртуальная реальность. Основной технологией, используемой в сетях 4G, является Long-Term Evolution (LTE), которая обеспечивает пиковую скорость загрузки до 1 Гбит/с и скорость выгрузки до 500 Мбит/с. В сетях 4G также внедрены такие передовые функции, как передача голоса по технологии LTE (VoLTE) и агрегация несущих для увеличения пропускной способности сети.

Сотовые сети 5G

Пятое поколение (5G) сотовых сетей – это новейшая и самая передовая технология сотовой связи на сегодняшний день. Сети 5G обещают обеспечить чрезвычайно высокую скорость передачи данных, сверхнизкую задержку и огромную емкость, что позволит использовать их в таких новых областях, как самоуправляемые автомобили, удаленная хирургия и «умные» города. Основной технологией, используемой в сетях 5G, является новое радио (NR), которое использует частоты миллиметровых волн и технологию MIMO (множественный вход и множественный выход) для обеспечения пиковых скоростей загрузки до 20 Гбит/с и загрузки до 10 Гбит/с.

Перспективы

Одной из наиболее значимых перспектив для сотовых технологий является продолжающийся рост Интернета вещей (IoT). Под IoT понимается взаимосвязь устройств, объектов и систем, позволяющая им обмениваться данными и общаться друг с другом. Сотовая технология является важным фактором развития IoT, поскольку она обеспечивает надежную, безопасную и высокоскоростную передачу данных.

Еще одной важной перспективой для сотовых технологий является развитие сетей 6G. Хотя 5G все еще находится на стадии развертывания, исследователи и ученые уже работают над созданием следующего поколения сотовых технологий. Ожидается, что сети 6G обеспечат еще более высокую скорость передачи данных, более надежное соединение и меньшую задержку, чем 5G. Кроме того, ожидается, что сети 6G будут поддерживать новые приложения, такие как голографическая связь, виртуальная реальность и дистанционное управление автономными транспортными средствами.

Наконец, ожидается, что сотовые технологии сыграют решающую роль в преодолении цифрового разрыва. Доступ к высокоскоростному соединению данных становится все более важным не только для личного общения и развлечений, но и для доступа к важнейшим услугам, таким как здравоохранение, образование и государственные службы. Благодаря дальнейшему развертыванию сотовых сетей в сельских и малообслуживаемых районах, все больше людей будут иметь доступ к Интернету и преимуществам, которые он предоставляет.

Сегодня — 39 лет мобильной связи

Ровно 39 лет назад, 13 октября 1983 года, в Чикаго произошло довольно любопытное и неординарное событие. Исполнительный директор компании Ameritech Mobile Communications Боб Барнетт, сидя в своем «Крайслере» возле стадиона Солджер Филд, набрал номер внука изобретателя телефонной связи Александра Белла, который находился в тот момент в Германии. Так была запущена первая в мире сеть сотовой связи и появилась на свет технология, без которой сегодня мы буквально не можем обойтись.

Тот исторический звонок был совершен с мобильного телефона Motorola DynaTAC 8000X, который по нынешним временам трудно назвать по-настоящему «мобильным». Трубка весила 0,8 килограмма, а ее внушительные габариты больше напоминали кирпич. Впрочем, американские пользователи так и прозвали этот аппарат – «brick». Полная зарядка устройства занимала 10 часов, маленький светодиодный дисплей показывал только набираемый номер, а память аппарата позволяла сохранить до 30 телефонных номеров. В режиме ожидания такой телефон мог проработать до 8 часов, а разговаривать по нему можно было не более получаса. Но, как шутливо отмечали сами разработчики, время работы от батареи не являлось его слабой стороной, ведь держать столь увесистый аппарат в руке более получаса было просто невозможно.

Motorola DynaTAC 8000X

Разработка Motorola DynaTAC 8000X началась еще задолго до его коммерческой эксплуатации — в 1973 году, а 3 апреля того же года этот телефон совершил свой первый экспериментальный звонок. Сделал его инженер, физик и фактический изобретатель аппарата — Мартин Купер, позвонивший начальнику исследовательского отдела Bell Laboratories Джоэлю Энгелю. Это был первый в истории телефонный звонок по сотовому телефону, причем прототип мобильного аппарата тогда даже не имел дисплея — только клавиши для набора номера и обрезиненную антенну. На отладку технологии, доработку оборудования и устранение возникавших в процессе проблем ушли долгие 10 лет, прежде чем в 1983 году в Чикаго была запущена первая коммерческая сеть сотовой связи.

Мартин Купер с тем самым прототипом Motorola DynaTAC

В 1984 году компания Motorola запустила телефон в массовое производство. Стоил аппарат $3 995 (что в наше время эквивалентно $10 420), однако столь высокая цена не помешала людям выстраиваться в километровые очереди, чтобы заполучить этот уникальный продукт технического прогресса. Абонентскую плату тоже нельзя было назвать низкой – месяц пользования сетью стоил 50 долларов, а минута разговоров в «часы пик» оценивалась в 40 центов. Motorola DynaTAC 8000X стал поистине легендарным аппаратом, и «засветился» в таких известных кинокартинах, как «Уолл-Стрит» и «Американский психопат».

Чуть больше года спустя первый коммерческий звонок также совершил британский оператор Vodafone — это событие было приурочено к новогодним торжествам. За ним последовал израильский Pelephone в 1986 году и австралийский Telecom в 1987-м.

Первая сотовая сеть использовала стандарт AMPS (Advanced Mobile Phone Service) и относилась к сетям первого поколения (1G). Она работала по принципу обычной радиосвязи – частотного разделения каналов, где для каждого соединения выделялась своя частота в 30 кГц. Каждая вышка сотовой связи тогда могла обслуживать около 300 абонентов. Качество связи было далеко не идеальным – диапазон 800 МГц был восприимчив к фоновому шуму и помехам от находящихся поблизости электронных устройств. На пике развития у 1G насчитывалось порядка 2 млн. абонентов.

Спустя два года в США стандарт уже морально устарел, и в 1990 году к нему на замену пришел более совершенный D-AMPS. В России же оборудование AMPS продержалось намного дольше, последним его отключил оператор «Билайн» 31 декабря 2009 года.

Американец Дэвид Конторно вошел в книгу рекордов Гиннесса как человек, дольше всех использующий один номер мобильного телефона. Номер 312-550-0512 принадлежит ему со 2 августа 1985 года. Его первым аппаратом был Ameritech AC140, а оператором с тех самых пор является компания Ameritech Mobile Communications, сегодня известная как ATT Mobility.

Конечно же, Motorola DynaTAC 8000X был далеко не первым мобильным телефоном в истории, хотя многие почему-то считают его таковым. Самый первый переносной телефонный аппарат был изобретен еще в 1947 году исследовательской фирмой Bell Laboratories. Он весил около 40 кг, а «мобильным» назывался лишь потому, что его можно было перевозить в автомобиле, для установки в котором он, собственно, и предназначался. Аппарат подключался к телефонной сети общего пользования через радиоканал с помощью установленного в лаборатории мощного приемника, соединенного с АТС через коммутатор, а в автомобиле был смонтирован ламповый передатчик.

Первый мобильный телефон от Bell Laboratories

В 1950-х мобильные телефоны начали понемногу «худеть» и уже в 1970-х стали весить около 14 кг, но питались они по-прежнему от автомобильных аккумуляторов. Новые по-настоящему портативные устройства придумал как раз упомянутый ранее Мартин Купер из компании Motorola. В 1967 его отдел уже разработал первые портативные рации для чикагской полиции. И вот, спустя почти 20 лет, Мартин Купер понял, что в силах построить относительно компактный сотовый телефон.

Для функционирования сотовой связи требовалось получить свободные частоты, и переговоры с Федеральной Комиссией по коммуникациям на этот счет шли довольно долго. Наконец стороны достигли компромисса – Motorola должна была на деле доказать возможность бесперебойной работы подобных сетей.

Так, 3 апреля 1973 года на крыше небоскреба Alliance Capital Building в Нью-Йорке была установлена первая базовая станция и состоялись полевые испытания. Станция могла обслужить не более 30 абонентов и использовала соединение с городской телефонной сетью через коммутатор. Запуск прошел удачно: стоя на углу улицы Манхэттен Стрит, Мартин Купер совершил свой исторический звонок, что и позволило спустя десятилетие запустить первую в США и в мире сотовую сеть связи в коммерческую эксплуатацию. Уже через год количество абонентов оператора Ameritech Mobile увеличилось до 12 тысяч.

В 1980-х цены на мобильные телефоны понемногу снижались, и они становились доступны все большему количеству людей. Возможность позвонить семье, друзьям или коллегам почти из любой точки мегаполиса начала менять привычки, и обладание телефоном стало признаком некого статуса. Однако о том, что сотовая связь стала жизненно необходимой всем и каждому, говорить было еще рано.

Эта необходимость наступила позже, когда в 1991 году Европейский институт телекоммуникационных стандартов разработал стандарт GSM, который дополняли сервисы, используемые нами и по сей день, включая текстовые и голосовые сообщения. Сети с поддержкой именно этого стандарта совершили настоящую революцию на рынке сотовой связи как в Европе, так и за океаном.

В том же 1991 году появилась первая коммерческая сотовая сеть в России, ее представила компания «Дельта Телеком». Но телефоны тогда были очень дорогими, и популярностью эта услуга не пользовалась: в 1997 году в стране было зарегистрировано всего лишь около 300 тысяч абонентов. И лишь после 1999 года, когда на рынке появилось множество бюджетных устройств, работающих по стандарту GSM, сотовая связь начала свою экспансию на рынок, вытеснив более дешевое средство связи — пейджеры.

А первая в мире компания, предоставлявшая коммерческие услуги сотовой сети — Ameritech Mobile Communications, LLC — позже была переименована в Ameritech Cellular, а затем поглощена корпорацией SBC Communications. Самая первая сотовая сеть в Чикаго, которую запустил в эксплуатацию своим историческим звонком Боб Барнетт, теперь принадлежит телекоммуникационному гиганту Verizon, в то время как компания Ameritech Mobile Communications теперь входит в состав конкурирующего холдинга — AT&T Mobility, и по сей день предоставляет американским абонентам услуги мобильной связи.

  • Блог компании Timeweb Cloud
  • Читальный зал
  • История IT

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *