История развития мобильной связи. Часть 1 – появление радио
Сотовая связь.
Также по теме:
ТЕЛЕФОН
Самым распространенным на сегодня видом мобильной связи является сотовая связь. Услуги сотовой связи предоставляются абонентам компаниями-операторами.
Беспроводную связь сотовому телефону предоставляет сеть базовых станций.
Также по теме:
ИНТЕРНЕТ
Каждая станция обеспечивает доступ к сети на ограниченной территории, площадь и конфигурация которой зависит от рельефа местности и других параметров. Перекрывающиеся зоны покрытия создают структуру, похожую на пчелиные соты; от этого образа и происходит термин «сотовая связь». При перемещении абонента его телефон обслуживается то одной, то другой базовой станцией, причем переключение (смена соты) происходит в автоматическом режиме, совершенно незаметно для абонента, и никак не влияет на качество связи. Такой подход позволяет, используя радиосигналы малой мощности покрывать сетью мобильной связи большие территории, что обеспечивает этому виду коммуникаций, помимо эффективности, еще и высокий уровень экологичности.
Также по теме:
ЭЛЕКТРОННАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Компания-оператор не только технически обеспечивает мобильную связь, но и вступает в экономические взаимоотношения с абонентами, которые приобретают у нее некоторый набор основных и дополнительных услуг. Так как видов сервисов достаточно много, расценки на них объединяют в комплекты, именуемые тарифными планами. Вычислением стоимости оказанных каждому абоненту услуг занимается билинговая система (программно-аппаратная система, ведущая учет предоставленных абоненту услуг и сервисов).
Билинговая система оператора взаимодействует с аналогичными системами других компаний, например, предоставляющих абоненту услуги роуминга (возможность пользоваться мобильной связью в других городах и странах). Все взаиморасчеты за мобильную связь, в том числе и в роуминге, абонент производит со своим оператором, который является для него единым расчетным центром.
Роуминг – доступ к сервисам мобильной связи за пределами зоны покрытия сети «домашнего» оператора, с которым у абонента заключен контракт.
Находясь в роуминге, абонент обычно сохраняет свой телефонный номер, продолжает пользоваться своим сотовым телефоном, совершая и принимая звонки точно так же, как и в домашней сети. Все необходимые для этого действия, включая межоператорский обмен трафиком и привлечение по мере необходимости ресурсов других коммуникационных компаний (например, обеспечивающих трансконтинентальную связь), производятся автоматически и не требуют от абонента дополнительных действий. Если домашняя и гостевая сети предоставляют услуги связи в разных стандартах, роуминг все равно возможен: абоненту на время поездки могут выдать другой аппарат, при этом сохраняя его телефонный номер и автоматически маршрутизируя звонки.
Первая мобильная связь в России
Историю российской мобильной связи следует начать со звонка из 1991 года, о котором было немного сказано ранее. 9 сентября мэр Санкт-Петербурга Анатолия Собчак позвонил главе Сиэтла Норману Райсу. В руках у нашего политика был Nokia Mobira MD59-NB2, весивший 3 килограмма.
Вызов осуществлялся при помощи стандарта связи NMT-450. Услуги в этом направлении предоставлял единственный оператор в стране – Дельта Телеком. Позднее он перейдет в распоряжение Теле2, а в начале 90-х Дельта была первооткрывателем беспроводной связи в России.
Диапазон частот оператора был крайне узкий. Лишь 453-468 МГц. Конечно, пользоваться связью могли только избранные люди, находящиеся в правительстве. Ведь для того, чтобы подключиться к сети, нужно было заплатить баснословные 5000$. Тариф был един для всех 1 минута – 1$. Легко прикинуть, во сколько советских, а затем российских рублей обходился звонок.
На смену NMT-450 пришла американская технология AMPS. Событие произошло в 1994 году, хотя первый стандарт продолжал использоваться в отдаленных регионах страны вплоть до 2009 года. Диапазон частот AMPS был шире, чем у предшественника, но все равно находился в скромных рамках 825–890 МГц. Главным преимуществом нового вида связи была внушительная емкость сетей. Пользоваться мобильными телефонами могло большое количество людей. Разумеется, если бы у них хватило денег.
Первый телефон, работавший в сети AMPS, весил всего 220 граммов. Даже по сегодняшним меркам это вполне адекватная масса для мобильного устройства.
AMPS просуществовала вплоть до 2010 года. В труднодоступных местах по ней очень долго работал Билайн. Но второе поколение, получившее название D-AMPS, появилось еще в 90-х. Его можно назвать первым цифровым стандартом, хотя отправка СМС-сообщений до сих пор оставалась недоступной.
По-настоящему массовое распространение мобильные сети в России получили в 1999 году, когда значительно снизилась стоимость звонков. Если то этого за минуту разговора приходилось платить 0,5$, то к 99-му – всего 15 центов. По сегодняшним меркам это все равно высокая стоимость, но для тех лет резкое снижение стало настоящим прорывом в индустрии.
История сотовой связи.
Работы по созданию гражданских систем мобильной связи начались в 1970-х. К этому моменту развитие обычных телефонных сетей в европейских странах достигло такого уровня, что следующим шагом в эволюции коммуникаций могла стать только доступность телефонной связи везде и всюду.
Сети на первом гражданском стандарте сотовой связи – NMT-450 – появились в 1981. Хотя наименование стандарта представляет собой сокращение слов Nordic Mobile Telephony («мобильная телефония северных стран»), первая на планете сотовая сеть была развернута в Саудовской Аравии. В Швеции, Норвегии, Финляндии (и других странах Северной Европы) сети NMT заработали на несколько месяцев позднее.
Через два года – в 1983 – на территории США была запущена первая сеть стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service), созданного в исследовательском центре Bell Laboratories.
Стандарты NMT и AMPS, которые принято относить к первому поколению систем сотовой связи, предусматривали передачу данных в аналоговой форме, что не позволяло обеспечить должный уровень помехоустойчивости и защиты от несанкционированных подключений. Впоследствии у них появились усовершенствованные за счет использования цифровых технологий модификации, например, DAMPS (первая буква аббревиатуры своим появлением обязана слову Digital – «цифровой»).
Стандарты второго поколения (так называемого 2G) – GSM, IS-95, IMT-MC-450 и др., изначально созданные на основе цифровых технологий, превосходили стандарты первого поколения по качеству звука и защищенности, а также, как выяснилось впоследствии, по заложенному в стандарт потенциалу развития.
Уже в 1982 Европейская Конференция Администраций Почт и Электросвязи (CEPT) создала группу для разработки единого стандарта цифровой сотовой связи. Детищем этой группы стал GSM (Global System for Mobile Communications).
Первая сеть GSM была запущена в эксплуатацию в Германии в 1992. Сегодня GSM является господствующим стандартом сотовой связи как в России, так и во всем мире. В 2004 в нашей стране GSM-сети обслуживали свыше 90% абонентов сотовой связи; в мире GSM использовало 72% абонентов.
Для работы оборудования стандарта GSM выделено несколько диапазонов частот – на них указывают числа в названиях. В европейском регионе в основном используются GSM 900 и GSM 1800, в Америке – GSM 950 и GSM 1900 (на момент утверждения стандарта в США «европейские» частоты там оказались заняты другими службами).
Популярность стандарту GSM обеспечили его значимые для абонентов особенности:
– высокое качество передачи голоса;
– защищенность от помех, перехвата и «двойников»;
– наличие большого числа дополнительных сервисов;
– возможность при наличии «надстроек» (таких, как GPRS, EDGE и др.) обеспечивать передачу данных с высокими скоростями;
– присутствие на рынке большого количества телефонных аппаратов, работающих в сетях стандарта GSM;
– простота процедуры смены одного аппарата на другой.
В процессе развития сотовые сети стандарта GSM приобрели возможности расширения за счет некоторых «надстроек» над действующей инфраструктурой, обеспечивающих скоростную передачу данных. GSM-сети с поддержкой GPRS (General Packet Radio Service) получили название 2,5G, а GSM-сети с поддержкой стандарта EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) иногда называют сетями 2,75G.
В конце 1990-х в Японии и Южной Корее появились сети третьего поколения (3G). Основное отличие стандартов, на которых построены сети 3G, от предшественников – расширенные возможности скоростной передачи данных, что позволяет реализовывать в таких сетях новые сервисы, в частности, видеотелефонию. В 2002–2003 первые коммерческие сети 3G начали работать и в некоторых странах Западной Европы.
Хотя в настоящее время сети 3G существуют лишь в ряде регионов мира, в инженерно-технических лабораториях крупнейших компаний уже ведутся работы по созданию стандартов сотовой связи четвертого поколения. Во главу угла при этом ставится не только дальнейшее увеличение скорости передачи данных, но и повышение эффективности использования пропускной способности частотных диапазонов, выделенных для мобильной связи, чтобы получать доступ к сервисам могло большое количество абонентов, находящихся на ограниченной территории (что особенно актуально для мегаполисов).
СССР – родина мобильной связи
© ucrazy.ru
Мы издавна привыкли, что все передовые технологии приходят к нам с Запада. Это стало настолько общим местом в отечественном сознании, что доводило до абсурдных ситуаций: на словах превознося достижения отечественной науки и технологий, советские власти при первой же возможности старались заимствовать тамошние разработки. Это могло бы быть совсем не так уж и плохо, а иногда получалось очень даже хорошо, если бы не одно печальное следствие. Слишком тупая ориентация на заимствование приводила к удушению тех ростков нового, которые все-таки пытались пробиться на отечественной почве. Перечисление того, что «мы могли бы…», может занять не одну страницу.
И среди этого «могли бы» есть и мобильная телефония: мы в самом деле не просто «могли», а какое-то время реально были мировым лидером в технологиях автоматической телефонной связи, «которая всегда с тобой». Советской системе мобильной телефонии под названием «Алтай» в текущем году как раз исполняется полвека. Вот только рядовым гражданам нашей страны так и не удалось с ней познакомиться.
Почему мобильную связь изобретали так долго
Идея радиотелефона – из тех, что, как говорится, витает в воздухе. Кажется, что от мобильной рации типа уоки-токи, которые компания Galvin Manufacturing будущего основателя Motorola Пола Галвина начала выпускать еще в 1943 году для американской армии, до переносного телефона меньше чем один шаг. Но первая сеть мобильной телефонии, запущенная в 1946 году в Сент-Луисе совместными усилиями AT&T и Bell Labs, так и не смогла стать сколько-нибудь популярной.
Проблем было множество. Из-за недостаточного количества каналов в диапазоне связь работала не дальше 100 км, свободного канала связи нужно было ждать (возникали очереди), а порой абоненты просто вклинивались в чужой разговор. Владельцам телефонов приходилось, как в рациях, вручную переключаться с приема на передачу. Клиент самостоятельно искал незанятый канал, устанавливая связь с оператором, а тот руками соединял его с нужным абонентом. В общем, система, как говорится, была абсолютно «неюзабельной».
В США лишь к концу 1960-х начали появляться приемлемые модели мобильной телефонии на основе идеи сот, выдвинутой сотрудником Bell Labs Дугласом Рингом. Это позволяло справиться с проблемой ограниченной емкости диапазона. 3 апреля 1973 года Мартин Купер, глава подразделения мобильной связи Motorola, совершил свой исторический звонок, с чего и принято отсчитывать начало сотовой телефонии. Но коммерческая сеть, основанная на этих принципах, была запущена лишь в 1983 году.
К этому времени в СССР вовсю работал «Алтай-3M» – уже третье поколение системы, разработка которой была начата одновременно с американцами.
На подступах к «Алтаю»
В 1946 году два советских инженера, Г. Шапиро и И. Захарченко, выдвинули красивую и детально проработанную идею мобильного телефона, простую в реализации и не требовавшую ручных соединений. Они предложили поставить на крышах городских телефонных станций радиоприемную аппаратуру, а каждый аппарат снабдить индивидуальными позывными.
Изобретатели надеялись, что их технологию будут использовать в автомобилях милиции, пожарных, «скорой помощи» и других экстренных служб. Но не пошло – службы эти не хотели быть привязанными к далеко не повсеместной тогда городской телефонной сети.
В апреле 1957 года инженер Леонид Иванович Куприянович из Московского государственного специализированного проектного института (там проектировалось отечественное телевидение) продемонстрировал прототип мобильного телефона ЛК-1; он весил около 3 кг. Во главу угла опять-таки был поставлен вопрос о беспроблемном сопряжении с обычной телефонной сетью: оно проводилось через Автоматическую телефонную радиостанцию (АТР). В 1958 году Куприяновичу удалось довести вес телефона до 500 г, а в 1959 году он предложил установить АТР на высотных зданиях – фактически прототип современных базовых станций.
Но в таком виде идея для массового использования еще не годилась. В 1958 году в Воронежском НИИ связи началась разработка системы мобильной связи «Алтай» по прямому заказу высшего руководства страны. Скорее всего, изобретение Куприяновича, которое стало широко известно (о нем писала очень популярная тогда «Наука и жизнь»), послужило начальным толчком к этому.
На Западе о таком только слышали
Запуск опытной зоны системы «Алтай» состоялся в 1963 году, причем разработку не секретили от мировой общественности: она даже получила диплом на промышленной выставке в Брюсселе в том же году. В 1965 году «Алтай» был введен, как бы мы сейчас сказали, в коммерческую эксплуатацию.
Первоначально соединение устанавливали все-таки вручную («Алло, барышня, Смольный!»), но уже к концу шестидесятых полностью перешли на автоматику. От позднейших сотовых систем «Алтай» отличался тем, что каждую зону охвата обслуживала одна базовая станция. Однако в общем и целом разработчики справились с задачей сделать радиотелефонную связь по качеству не хуже проводной.
Партийное руководство приняло новинку с восторгом: уже ко второй половине 1960-х правительственные «Чайки» и ЗИЛы поголовно были снабжены радиотелефонами «Алтай». В фильме «Укрощение огня» 1972 года про Королева есть эпизод, когда Кирилл Лавров, играющий главного героя, звонит по такому телефону из машины домой. К середине семидесятых система функционировала аж в 114 городах СССР! К началу восьмидесятых абонентов было уже 25 тысяч – вся верхушка страны, вплоть до главных инженеров крупных предприятий, и многие специальные службы.
В «Алтае» было реализовано множество продвинутых функций, которые в западных системах появились намного позже – например, возможность конференц-связи, вызов по сокращенной нумерации, вызов одновременно нескольких абонентов и т.п. В системе можно было установить, кто в какой очередности пользуется освобождающимся каналом: ведь негоже первому секретарю обкома ждать, пока его подчиненные наговорятся!
Наивысшим триумфом «Алтая» можно считать Московскую Олимпиаду-80, где удивленным иностранным корреспондентам раздавали мобильные телефоны для установки в машины: у себя «там» они о такой услуге еще только слышали из третьих уст.
Практически все репортажи с соревнований проходили через «Алтай», а разработчики системы получили Государственную премию СССР.
Конфликт идеологии и технологии
Главным недостатком «Алтая» было ограниченное число абонентов – до 250–300 на одну сеть. Чтобы распространить услугу на широкие массы, четыре связных КБ (Воронеж, Ленинград, Молодечно, Тернополь) в начале восьмидесятых годов объединили усилия и выдали улучшенную версию системы, названную по городам основных разработчиков «Волемот».
Новая система позволяла подключать дополнительные станции, если абонентов становилось больше. Главным принципиальным отличием «Волемота» от поздних западных систем было то, что он идеально вписывался в отечественные условия: большие расстояния, относительно редкое население, недостаточный уровень охвата традиционной телефонии. Одни, правда, говорят, что в плотной городской застройке эта система проиграла бы обычной сотовой связи, но другие утверждают, что она никогда не ляжет, даже если все абоненты одновременно захотят поздравить родственников с Новым годом.
К концу восьмидесятых «Волемот» даже развернули в 17 городах СССР, но, кажется, на одном энтузиазме снизу: в течение нескольких лет финансирование разработок было вообще прекращено.
Власти были не очень заинтересованы в том, чтобы население получило доступ к плохо контролируемой и удобной системе связи.
Напомним, что радиостанции типа уоки-токи были в Советском Союзе напрочь исключены из гражданского оборота. Использование частотного спектра строго контролировалось. Именно с тех времен две трети частотного ресурса в России жестко закреплены за военными и спецслужбами, а еще процентов 30 находятся в неопределенном «совместном использовании» – так что каждый раз надо испрашивать милостивого разрешения от ФАПСИ, Минобороны и прочая…
Как «Алтай» сдал рынок
И «Алтай», в середине девяностых модернизированный до цифровой системы Actionet от Nokia, и «Волемот» дожили до наших дней. В 1994 году 53% всех пользователей российской мобильной связи составляли именно клиенты «Алтая» (не забудьте только принять во внимание, что весь этот рынок тогда измерялся считаными тысячами абонентов и по понятным причинам был в значительной степени корпоративным). Операторами «Алтая» стали частные компании – например, в Москве это были ОАО «АСВТ» и ЗАО «АМТ». Возможность подключения DECT-трубок также приблизило эти системы к современным.
Но старые особенности, дававшие «Алтаю» некоторое преимущество перед рядовым GSM (групповой вызов, селекторные совещания, «просьба позвонить», переадресация, закрытая корпоративная сеть), сейчас доступны и в более прогрессивной форме. Так что когда число абонентов сети снизилось до десятков, ничего не оставалось, как ее прикрыть.
К демонтажу «Алтая» окончательно приступили и на его родине в Воронеже, и в Питере в 2011 году. Хотя кое-где (скажем, в Москве и Новосибирске), кажется, он, как и «Волемот» в некоторых областных центрах, до сих пор функционирует. И каждый раз, когда в деревне в Тверской области, где я живу летом, мне приходится бегать по участку в поисках стабильной связи, я с сожалением вспоминаю, что в Бологом на каждом шагу можно встретить рекламу «большой тройки» и «Теле-2», но вот «Алтая» там нет и никогда уже не будет.
Как развивались технологии мобильной связи в СССР
Другие системы мобильной связи.
Кроме сотовой связи, сегодня существуют и другие гражданские коммуникационные системы, также обеспечивающие мобильную связь по радиоканалам, но построенные на иных технических принципах и ориентированные на другие абонентские терминалы. Они менее распространены, чем сотовая связь, но находят применение, когда использование сотовых телефонов затруднено, невозможно или экономически невыгодно.
Становится все популярнее стандарт микросотовой связи DECT, который используется для коммуникаций на ограниченной территории. Базовая станция стандарта DECT способна обеспечивать трубкам (их может обслуживаться до 8 одновременно) связь между собой, переадресацию вызовов, а также выход в телефонную сеть общего пользования. Потенциал стандарта DECT позволяет обеспечивать мобильную связь в пределах городских микрорайонов, отдельных компаний или квартир. Они оказываются оптимальными в регионах с малоэтажной застройкой, абоненты которых нуждаются только в голосовой связи и могут обходиться без мобильной передачи данных и других дополнительных сервисов.
В спутниковой телефонии базовые станции располагают на спутниках, находящихся на околоземных орбитах. Спутники обеспечивают связь там, где развертывание обычной сотовой сети невозможно или нерентабельно (в море, на обширных малонаселенных территориях тундры, пустынь и т.д.).
Транкинговые сети, обеспечивающие абонентским терминалам (их принято называть не телефонами, а радиостанциями) связь в пределах определенной территории, представляют собой системы базовых станций (ретрансляторов), которые осуществляют передачу радиосигнала от одного терминала к другому при их значительном удалении друг от друга. Поскольку транкинговые сети обычно обеспечивают связь сотрудникам ведомств (МВД, МЧС, «Скорая помощь» и т.д.) или на технологических площадках большого размера (вдоль автотрасс, на стройке, на территории заводов и т.д.), то транкинговые терминалы не имеют развлекательных возможностей и дизайнерских изысков в оформлении.
Носимые радиостанции устанавливают связь друг с другом напрямую, без промежуточных коммуникационных систем. Мобильную связь такого типа предпочитают как государственные (милиция, пожарная охрана и т.д.) и ведомственные структуры (для коммуникаций в пределах складского комплекса, паркинга или стройки), так и частные лица (грибники, охотники-рыболовы или туристы), в ситуациях, когда проще и дешевле использовать для связи между собой карманные радиостанции, чем сотовые телефоны (например, в отдаленных районах, где отсутствует покрытие сотовых сетей).
Пейджинговая связь обеспечивает получение коротких сообщений на абонентские терминалы – пейджеры. В настоящее время пейджинговые коммуникации в гражданской связи практически не используются, из-за своих ограничений они вытеснены в область узкоспециализированных решений (например, служат для оповещения персонала в крупных медицинских учреждениях, передачи данных на информационные электронные табло и т.д.).
С 2004 все более широкое распространение получает новый подвид мобильной связи, предоставляющий возможность высокоскоростной передачи данных по радиоканалу (в большинстве случаев для этого используется протокол Wi-Fi). Зоны с Wi-Fi-покрытием, доступным для публичного использования (платного или бесплатного), называются хот-спотами. Абонентскими терминалами в этом случае являются компьютеры – как ноутбуки, так и КПК. Они могут обеспечивать и двустороннюю голосовую связь через Интернет, но эта возможность используется крайне редко, в основном соединение применяется для доступа к наиболее распространенным интернет-сервисам – электронной почте, веб-сайтам, системам мгновенного обмена сообщениями (например, ICQ) и т.д.
Развитие сетей 4G в России
Наиболее актуальной и распространенной связью на территории России является 4G. Появление LTE-сетей в 2011 году позволило достичь показателя скорости интернета в 100 Мб/с. Это вполне сопоставимо с доступом к сети, который предоставляется дома при помощи оптоволокна.
В большинстве крупных городов стандарт 4G появился только к 2014 году, а некоторые населенные пункты только в последние пару лет ощутили высокую скорость мобильного интернета. Но изначально LTE не позволял совершать голосовые звонки. Таким образом, при вызове абонента сеть автоматически опускалась до уровня 3,5G. К счастью, появился стандарт VoLTE, исправивший эту проблему.
На сегодняшний день развитие сотовой связи России находится на самом пике. На каждого человека приходится по 2 SIM-карты, а средняя стоимость минуты разговора составляет всего 0,01$.
Не за горами большое и светлое будущее мобильных сетей, которое должно наступить совсем скоро. На нашей интерактивной карте можно отследить зону охвата от 2G до 4G операторов «большой четверки».
Куда движется мобильная связь.
В развитых регионах основным направлением развития мобильной связи на ближайшее будущее является конвергенция: обеспечение абонентским терминалам автоматического переключения с одной сети на другую с целью наиболее эффективного использования возможностей всех коммуникационных систем. Экономить средства абонентов и улучшать качество связи позволит автоматическое переключение, например, с GSM на DECT (и обратно), со спутниковой связи на «наземную», а при обеспечении беспроводной передачи данных – между GPRS, EDGE, Wi-Fi и другими стандартами, многие из которых (например, WiMAX) только ожидают своего часа.
Принцип работы мобильной коммуникации
Каждый мобильный телефон использует отдельный временный радиоканал для связи с сотовым сайтом. Данный сайт поддерживает коммуникацию со многими телефонами одновременно, используя один канал на один телефон. Каналы используют пару частот сотовой связи:
Радиоэнергия рассеивается на расстоянии, поэтому мобильные телефоны должны оставаться рядом с базовой станцией, чтобы поддерживать связь. Базовая структура мобильных сетей включает в себя телефонные системы и службы радиосвязи.
Место мобильной связи в мировой экономике.
Коммуникации являются наиболее динамично развивающейся отраслью мировой экономики. Но мобильные коммуникации даже по сравнению с другими направлениями «телекома» развиваются опережающими темпами.
Еще в 2003 общее число мобильных телефонов на планете превысило количество стационарных аппаратов, подключенных к проводным сетям общего пользования. В некоторых странах количество абонентов мобильной связи уже в 2004 было больше числа жителей. Это означает, что некоторые люди использовали более одного «мобильного» – например, два сотовых телефона, обслуживаемых у разных операторов, или телефон для голосовой связи и беспроводной модем для мобильного доступа в Интернет. Кроме того, все больше модулей беспроводной связи требовалось для обеспечения технологических коммуникаций (в этих случаях абонентами являются не люди, а специализированные компьютеры).
В настоящее время операторы сотовой связи обеспечивают полное покрытие территории всех экономически развитых регионов планеты, однако экстенсивное развитие сетей продолжается. Новые базовые станции устанавливаются для улучшения приема в тех местах, где имеющаяся сеть по каким-либо причинам устойчивый прием обеспечить не может (например, в длинных тоннелях, на территории метрополитена и т.д.). Кроме того, сотовые сети постепенно проникают в регионы с низким уровнем доходов населения. Развитие технологий мобильной связи, сопровождающееся резким удешевлением оборудования и услуг, делает сотовые сервисы доступными все большему числу людей на планете.
Производство сотовых телефонов является одним из наиболее динамично развивающихся направлений индустрии высоких технологий.
Быстро растет и индустрия обслуживания мобильных телефонов, предлагающая аксессуары для персонификации аппаратов: от оригинальных звонков (рингтонов) до брелоков, графических заставок, наклеек на корпус, сменных панелей, чехлов и шнурков для ношения аппарата.
Когда появился первый мобильный телефон
Мало кто знает, но первый опытный образец мобильного телефона появился именно в нашей стране, когда на дворе шел 1957 год. Разумеется, устройство под названием ЛК-1 не вышло на массовый рынок, но оно стало огромным толчком к развитию беспроводных технологий связи.
Разработчиком первого мобильного телефона стал Леонид Иванович Куприянович, советский ученый, долгие годы занимавшийся радиотехникой.
Первым подобным гаджетов, вышедшим на широкий рынок, стала известная Motorola DynaTAC 8000X 1983 года. Именно устройства с таким внешним видом всплывают в голове у современных людей, когда они вспоминают об эпохе 80-х и 90-х. Моторола была настоящим «кирпичом», которым не удобно пользоваться. Тем не менее, телефон являлся знаком большого достатка человека, держащего его в руках.
К сожалению, «железный занавес» не позволил устройству появиться на территории СССР. Советские жители долгое время жили одними мечтами о мобильной связи. Но последний председатель КПСС Леонид Горбачев, по словам его соратников, использовал телефон Nokia Mobira Cityman 900. Его можно заметить в репортажах, посвященных звонку советского лидера в Хельсинки.
Официально первым телефоном, протестированным в России, стал Nokia Mobira MD 59 NB2. В 1991 году с этого аппарата состоялся первый звонок из РФ в США. Сейчас в это сложно поверить, но данный гаджет весил невероятные 3 килограмма. Шутки о Nokia 3310 по сравнению с ним стоят очень далеко.
Появление «сотиков» среди обычного населения страны тесно связано с развитием мобильной сети. Только с интеграцией GSM местные жители смогли задуматься о покупке беспроводного телефона. Произошло это в 1994 году. Правда позволить себе мобильный аппарат могло ограниченное количество людей из-за сложной финансовой и политической ситуации в стране. Повсеместное распространение сотовые получили в нашей стране лишь в XXI веке.
На сегодняшний день самыми популярными устройствами в мире являются смартфоны Samsung. За южнокорейской компанией в рейтинге идет Huawei, а тройку замыкает самая богатая корпорация Apple.
Виды телефонов.
Сотовый (мобильный) телефон – абонентский терминал, работающий в сотовой сети. По сути, каждый сотовый телефон является специализированным компьютером, который ориентирован, в первую очередь, на обеспечение (в зоне покрытия домашней или гостевой сети) голосового общения абонентов, но также поддерживает обмен текстовыми и мультимедийными сообщениями, снабжен модемом и упрощенным интерфейсом. Передачу голоса и данных современные мобильные телефоны обеспечивают в цифровой форме.
Раннее существовавшее разделение аппаратов на «недорогие», «функциональные», «бизнес-» и «имиджевые» модели все больше теряет смысл – бизнес-аппараты приобретают черты имиджевых моделей и развлекательные функции, в результате использования аксессуаров недорогие телефоны становятся имиджевыми, а у имиджевых быстро растет функциональность.
Миниатюризация трубок, пик которой пришелся на 1999–2000, завершилась по вполне объективным причинам: аппараты достигли оптимального размера, дальнейшее их уменьшение делает неудобным нажатие кнопок, чтение текста на экране и т.д. Зато сотовый телефон стал настоящим предметом искусства: к разработке внешнего вида аппаратов привлекают ведущих дизайнеров, а владельцам предоставляются широкие возможности персонифицировать свои аппараты самостоятельно.
В настоящее время производители уделяют особое внимание функциональности мобильных телефонов, причем как основным (увеличивается время автономной работы, улучшаются экраны и т.д.), так и дополнительным их возможностям (в аппараты встраивают цифровые фотокамеры, диктофоны, МР3-плееры и прочие «сопутствующие» устройства).
Практически все современные аппараты, за исключением некоторых моделей нижнего ценового диапазона, позволяют загружать программы. Большинство аппаратов может исполнять Java-приложения, увеличивается количество телефонов, использующих операционные системы, унаследованные от КПК или портированные с них: Symbian, Windows Mobile for Smartphones и т.д. Телефоны со встроенными операционными системами называют смартфонами (от комбинации английских слов «smart» и «phone» – «умный телефон»).
В качестве абонентских терминалов сегодня могут использоваться также коммуникаторы – карманные компьютеры, снабженные модулем с поддержкой GSM/GPRS, а иногда EDGE и стандартов третьего поколения.
эволюция телефона: от александра Белла до наших дней
Опрошенные ТАСС эксперты утверждают, что в ближайшие годы смартфоны вряд ли изменят свой внешний вид, но имеют все шансы выдавить с рынка ноутбуки и фотоаппараты.
Ведущий аналитик Mobile Research Group Эльдар Муртазин считает: телефоны превратятся в полноценные портативные компьютеры, к которым можно будет подключать внешний монитор, клавиатуру и мышь. У них будет большой объем оперативной памяти (уже сейчас есть восьмиядерные процессоры с RAM более 4 Гб). С появлением стандарта 5G (передача данных со скоростью до 7 Гб/сек) люди начнут отказываться от Wi-Fi.
Муртазин считает, что усилится и «зависимость» людей от телефонов. Уйдут в прошлое банковские карты и магнитные пропуска: они будут установлены прямо в телефон (такие технологии уже есть). Возможно, повторится эксперимент YotaPhone с двумя экранами: «Все остальное, например гибкие дисплеи, — это экзотика, и вряд ли они будут массово на рынке».
Останется прежним и количество датчиков. «Современный смартфон — это полноценная измерительная станция, о которой в шестидесятых ученые не могли и мечтать. Поэтому будет улучшаться точность сенсоров, но не их количество», — говорит Муртазин. Он же прогнозирует дальнейшее развитие приложений вроде Google Now: «За счет данных, которые будут передавать смартфоны, появится возможность предсказывать землетрясения или, например, поведение людей».
Эксперт по мобильным устройствам Wylsacom Media Александр Побыванец, в свою очередь, полагает, что развитие гибких дисплеев вернет нестандартные форм-факторы: «Это будут неординарные, имиджевые устройства». С другой стороны, управление останется таким же, как и сейчас, — сенсорным, а размеры экрана увеличатся. Минимальной будет диагональ в 5,5 дюйма.
Еще одной актуальной проблемой, от которой смогут избавиться смартфоны будущего, — быстрый разряд и долгий заряд батареи. «Уже есть технологии быстрого заряда. Ожидаю, что в ближайшем будущем телефон будет полностью заряжаться за 20–30 минут», — предсказывает эксперт. Лучше станут и камеры — сейчас телефоны незначительно проигрывают «зеркалкам» и почти убили компактные фотоаппараты. Тренд сохранится.
А вот футуристических концептов на рынке ждать, по мнению эксперта, пока не стоит: «Давно есть концепты, например, телефон-браслет, который проецирует экран и клавиатуру на любую поверхность и считывает движения пальцев. Но в серию пока это не пошло и в обозримом будущем не пойдет».
Неголосовые сервисы сотовых сетей.
Абонентам сотовых сетей доступен целый ряд неголосовых сервисов, «ассортимент» которых зависит от возможностей конкретного телефона и от спектра предложений компании-оператора. Перечень сервисов в домашней сети может отличаться от списка услуг, доступных в роуминге.
Сервисы могут быть коммуникационными (обеспечивающими различные формы связи с другими людьми), информационными (например, сообщающими о прогнозе погоды или рыночных котировках), обеспечивающими доступ в Интернет, коммерческими (для оплаты с телефонов различных товаров и услуг), развлекательными (мобильные игры, викторины, казино и лотереи) и другими (сюда относится, например, мобильное позиционирование). Сегодня появляется все больше сервисов, находящихся «на стыке», например, большинство игр и лотерей являются платными, появляются игры, использующие технологии мобильного позиционирования, и т.д.
Практически всеми операторами и большинством современных аппаратов поддерживаются следующие сервисы:
– SMS – Short Message Service – передача коротких текстовых сообщений;
– MMS – Multimedia Messaging Service – передача мультимедиа-сообщений: фотографий, видеороликов и т.п.;
– автоматический роуминг;
– определение номера звонящего абонента;
– голосовая почта – сохранение голосовых и текстовых сообщений, переданных в то время, когда абонент находился вне зоны доступа;
– заказ и получение различных средств персонификации непосредственно по каналам сотовой связи;
– выход в Интернет и просмотр специализированных (WAP) сайтов;
– закачка рингтонов, картинок, информационных материалов со специализированных ресурсов;
– передача данных с помощью встроенного модема (она может осуществляться по различным протоколам в зависимости от того, какие технологии поддерживает конкретный аппарат).
Базовые станции. Общие сведения
Так выглядят антенны сотовой связи, установленные на крышах зданий. Эти антенны являются элементом базовой станции (БС), а конкретно – устройством для приема и передачи радиосигнала от одного абонента к другому, и далее через усилитель к контроллеру базовой станции и другим устройствам. Являясь наиболее заметной частью БС, они устанавливаются на антенных мачтах, крышах жилых и производственных зданий и даже дымовых трубах. Сегодня можно встретить и более экзотические варианты их установки, в России их уже устанавливают на столбах освещения, а в Египте их даже «маскируют» под пальмы.
Подключение базовой станции к сети оператора связи может производиться по радиорелейной связи, поэтому рядом с «прямоугольными» антеннами блоками БС можно увидеть радиорелейную тарелку:
С переходом на более современные стандарты четвертого и пятого поколений, для удовлетворения их требований подключать станции нужно будет исключительно по волоконной оптике. В современных конструкциях БС оптоволокно становится неотъемлемой средой передачи информации даже между узлами и блоками самой БС. К примеру, на рисунке ниже показано устройство современной базовой станции, где оптоволоконный кабель используется для передачи данных от RRU (выносные управляемые модули) антенны до самой базовой станции (показано оранжевой линией).
Оборудование базовой станции располагается в нежилых помещениях здания, либо устанавливается в специализированные контейнеры (закрепленные на стенах или столбах), ведь современное оборудования выполняется довольно компактно и может запросто поместиться в системный блок серверного компьютера. Часто радиомодуль устанавливают рядом с антенным блоком, это позволяет уменьшить потери и рассеивание передаваемой в антенну мощности. Так выглядят три установленных радиомодуля оборудования базовой станции Flexi Multiradio, закрепленные прямо на мачте:
Компоненты сотовой системы
Сотовая система предлагает мобильным и портативным телефонным станциям ту же услугу, что и фиксированные станции по обычным проводным шлейфам. Она способна обслуживать десятки тысяч абонентов в крупном мегаполисе. Система сотовой связи состоит из следующих четырех основных компонентов, которые работают совместно для предоставления абонентам услуг мобильной связи:
PSTN состоит из локальных сетей, сетей зоны обмена и сети дальней связи, которые соединяют телефоны и другие устройства связи по всему миру.
МТСО является центральным офисом мобильной связи. В нем размещаются центр коммутации связи (MSC), полевые контрольные и ретрансляционные станции для переключения вызовов с сотовых станций на центральные офисы проводной связи (PSTN).
Термин «сотовый сайт» используется для обозначения физического местоположения радиооборудования, которое обеспечивает покрытие в ячейке. Список аппаратного обеспечения, расположенного на сотовой станции, включает источники питания, интерфейсное оборудование, радиочастотные передатчики и приемники и антенные системы.
Мобильный абонентский блок состоит из блока управления и приемопередатчика, который передает и принимает радиопередачи в и из сотового узла. Доступны три типа MSU:
- Мобильный телефон (типичная мощность передачи 4,0 Вт).
- Портативный (типичная мощность передачи 0,6 Вт).
- Транспортабельный (типичная мощность передачи составляет 1,6 Вт).
Соединение с абонентом осуществляется средствами коммутатора
Когда вы нажимаете кнопку вызова, ваше мобильное устройство тут же связывается с ближайшей базовой станцией, которая должна выделить ему свободный голосовой канал. Она отправляет его сначала на контроллер, а потом на коммутатор, который пытается найти необходимого абонента в домашней сети или за её пределами. В последнем случае подключаются компании-партнёры, которые таким же образом ищут необходимого пользователя внутри своей сети. Это звучит сложно, но на деле проще простого.
После этого с помощью коммутатора идёт соединение с конкретным абонентом, с которым вы можете поговорить через голосовую связь. Если не возникло никаких проблем, вам это должно выйти сделать вполне успешно.
Винтажный коммутатор. Источник: rusdoc.ru
Говорят, что эхо в трубке — верный признал прослушки. Данный миф настолько стар, что пришёл ещё от наших бабушек. Это неправда. Если вы слышите эхо во время разговора по телефону, это может обозначать что угодно, но не то, что кто-то вас прослушивает. Одна из причин возникновения эха — использование громкой связи одним из абонентов. В этом случае звук из телефона может отражаться от стен и возвращаться обратно. Также эхо может говорить о проблемах в работе системы шумоподавления.
Да, кстати и молнии мобильники не притягивают. Национальное управление океанических и атмосферных исследований США доказало, что сотовые телефоны, также как и мелкие металлические предметы или ювелирные изделия, не могут привлекать молнии — всё же, они предпочитают бить в высокие объекты. Человек может оказаться в опасности, не потому что говорит по телефону, а потому что делает это в неподходящем месте — например, в поле, где является самым высоким объектом.
Кстати, сегодня работа мобильного интернета не так сильно отличается от голосовых вызовов. Вместо другого абонента ваш смартфон просто запрашивает у базовой станции доступ к всемирной паутине, и она ему его предоставляет.
Принцип работы сотовой связи (для чайников)
Процесс начинается с активации чипа при введении ПИН-кода вставляемой SIM-карты. Затем осуществляется передача сигнала сотовой связи по управляющим каналам. Ответ вызываемого номера передается по свободному каналу управления на антенну базовой станции, откуда идет передача в центр коммутации подвижной связи.
Центр коммутации ищет базовую станцию с максимальным уровнем сигнала сотового телефона абонента сотовой связи и переключает разговор на нее.
Препятствия в развитии сотовой связи
К сожалению, экономические соображения сделали нецелесообразной концепцию создания полных систем со многими небольшими участками. Чтобы преодолеть эту трудность, системные операторы разработали идею расщепления клеток. Когда зона обслуживания становится заполненной пользователями, этот подход используется для разделения одной зоны на более мелкие. Таким образом, городские центры могут быть разбиты на столько областей, сколько необходимо для обеспечения приемлемого уровня обслуживания в регионах с интенсивным движением, в то время как более крупные и менее дорогие ячейки могут использоваться для покрытия отдаленных сельских районов.
Последнее препятствие в развитии сотовой сети связано с проблемой, возникшей, когда абонент сотовой связи во время вызова перемещался из одной ячейки в другую. Поскольку соседние зоны не используют одни и те же радиоканалы, вызов должен быть либо отброшен, либо переведен с одного радиоканала на другой, когда пользователь пересекает линию между соседними ячейками.
Поскольку сбрасывание вызова недопустимо, был создан процесс передачи обслуживания. Передача обслуживания происходит, когда сеть мобильной телефонной связи автоматически переводит вызов в другой радиоканал, когда мобильное устройство пересекает соседние ячейки.
Во время разговора две стороны находятся на одном голосовом канале. Когда мобильное устройство выходит из зоны покрытия данного сотового узла, прием становится слабым. На этом этапе используемый сотовый сайт запрашивает передачу обслуживания. Система переключает вызов на более высокочастотный канал на новом сайте, не прерывая вызов и не предупреждая пользователя. Вызов продолжается до тех пор, пока пользователь разговаривает, и абонент не замечает передачи обслуживания.