История сотовой связи и сотовых телефонов. Связь нового поколения

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.

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.

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.

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:

– 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).

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.

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.

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.

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.

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;

– 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).

Мобильная связь в России.

В СССР гражданских систем мобильной связи не было. С некоторой натяжкой «гражданской» можно назвать систему мобильной телефонии «Алтай», построенную на базе стандарта МРТ-1327, которая на рубеже 1970–80-х создавалась для обеспечения связью представителей партийного, государственного и хозяйственного руководства. «Алтай» успешно эксплуатируется и поныне. Разумеется, он не может конкурировать с сотовыми сетями, но находит применение для решения некоторых узкоспециализированных задач: обеспечения связью мобильных подразделений городских аварийных служб, телефонизации летних кафе и т.д.

Первые коммерческие сотовые сети, построенные по стандарту NMT, были созданы в России осенью 1991. Пионерами мобильной телефонии в нашей стране были компании «Дельта Телеком» (Санкт-Петербург) и «Московская сотовая связь». Первый звонок по сотовому телефону был сделан 9 сентября 1991 в Санкт-Петербурге: Анатолий Собчак, занимавший тогда пост мэра города, звонил своему коллеге – мэру Нью-Йорка.

В июле 1992 первые звонки были совершены в AMPS-сети «БиЛайн».

Первая российская сеть стандарта GSM, созданная компанией МТС, начала подключение абонентов в июле 1994.

В 2005 в России существуют три федеральных оператора сотовой связи, предоставляющих услуги в стандарте GSM: МТС, «БиЛайн» и «МегаФон». Спектр и качество предлагаемых ими телекоммуникационных услуг, а также расценки на них примерно одинаковы. К 2005 количество базовых станций в сетях ведущих столичных операторов в Москве и ближайшем Подмосковье составило около 3000, а площадь зоны покрытия превысила площади большинства европейских государств. Кроме них, существуют и вполне эффективно работают многочисленные локальные операторы – как дочерние структуры «большой тройки», так и самостоятельные компании.

Операторы активно развивают рынок, увеличивая покрытие своих сетей и популяризируя мобильную связь среди самых разных слоев населения. Если в середине 1990-х сотовый телефон был доступен только представителям самых обеспеченных слоев населения, то сегодня мобильной связью может пользоваться практически каждый. Российские операторы внедряют в своих сетях новейшие сервисы и предлагают построенные на их основе услуги, нередко даже опережая большинство европейских компаний. В настоящее время все три федеральных GSM-оператора ведут подготовительную работу к развертыванию коммерческих сетей третьего поколения.

Кроме GSM-сетей федеральных и локальных операторов сотовой связи в России продолжают эксплуатироваться сети других стандартов: DAMPS, IS-95, NMT-450, DECT и IMT-MC-450. Последний стандарт имеет статус федерального, и построенные на его базе сети (например, SkyLink) развиваются весьма активно. Однако ни по площади покрытия, ни по количеству обслуживаемых абонентов сети всех стандартов, отличных от GSM, заметную конкуренцию ведущей тройке федеральных операторов создать не могут.

Литература:

Маляревский А., Олевская Н. Ваш мобильный телефон (популярный самоучитель). М, «Питер», 2004
Закиров З.Г., Надеев А.Ф., Файзуллин Р.Р. Сотовая связь стандарта GSM. Современное состояние, переход к сетям третьего поколения («Библиотека МТС»). М., «Эко-Трендз», 2004
Попов В.И. Основы сотовой связи стандарта GSM («Инженерная энциклопедия ТЭК»). М., «Эко-Трендз», 2005

История мобильника в картинках.

Сегодня уже трудно себе представить, как можно было жить без сотовых телефонов. Поневоле вспоминается старая песенка: « Мы оба были, вы у аптеки, а я в кино искала вас…». Сегодня такая песенка появиться бы уже не могла. И тем не менее, всего 10 лет назад мобильник был доступен лишь среднему классу, 15 лет назад это была роскошь, а 20 лет назад их и вовсе не было.

Первые образцы

Первый сотовый телефон.

Идею сотовой связи разработали специалисты американской корпорации AT&T Bell Labs. Первые разговоры на эту тему возникли в 1946 году, идея была обнародована в 1947. С этого момента в разных концах света начались работы по созданию нового устройства.

Надо отметить, что не смотря на все преимущества нового вида связи, от момента возникновения идеи до появления первого коммерческого образца прошло целых 37 лет. Все остальные технические новшества ХХ века внедрялись значительно быстрее.

Первый образчик такой связи 1946 года, представленный фирмой Bell в качестве идеи, был похож на гибрид обычного телефона и радиостанции, размещённой в багажнике машины. Радиостанция в багажнике весила 12 кг, пульт связи был в салоне, антенной приходилось дырявить крышу.

Радиостанция могла передать сигнал на АТС и таким способом дозвониться на обычный телефон. Позвонить на мобильный аппарат было куда сложнее: нужно было звонить на АТС, называть номер станции, чтобы там соединили вручную. Чтобы говорить, нужно было нажать на кнопку, а чтобы услышать ответ – отпустить её. Плюс к тому обилие помех и малый радиус действия.

Работала над мобильной связью и Motorola, конкурировавшая с Bell. Инженер Моторолы Мартин Купер тоже изобрёл аппарат, чей вес был около 1 килограмма, а длина 22 см. Держать такую «трубку» было затруднительно.

Не удивительно, что желающих пользоваться подобной «мобилой» было мало. Правда, в США в нескольких городах пытались наладить сеть радиотелефонов, но лет через пять работы заглохли. До 60-х годов не было желающих заниматься разработкой.

Мобильная связь в социалистическом лагере

Инженер Куприянович.

В Москве первый опытный образец переносного телефона ЛК-1 продемонстрировал инженер Л. И. Куприянович в 1957 году. Этот образец был тоже весьма внушителен: он весил 3 кг. Зато радиус действия достигал 30 км, а время работы станции без смены батарей — 20-30 часов.

Куприянович не остановился на достигнутом: В 1958 году он представил аппарат весом в 500 г, в 1961 году мир увидел аппарат весом всего 70 г. Радиус его действия был 80 км. Работы велись в Воронежском научно-исследовательском институте связи (ВНИИС).

Разработки Куприяновича взяли на вооружение болгары. В результате на московской выставке «Инфорга-65» появился болгарский комплект мобильной связи: базовая станция на 12 номеров и телефон. Размеры телефона примерно соответствовали телефонной трубке. Затем начался выпуск мобильных аппаратов РАТ-05 и АТРТ-05 с базовой станцией РАТЦ-10. Он использовался на стройках и на энергетических объектах.

Но в СССР работа над аппаратом тоже продолжалась в Москве, Молдавии, Белоруссии. Результатом стал «Алтай» — полнофункциональный прибор, предназначенный для автомобилей. В руках носить его было затруднительно из-за базовой станции и аккумуляторов. Однако машины «Скорой помощи», такси, большегрузные автомобили были оснащены этой связью.

Превращение «мобильной» связи в действительно мобильную

Аппарат «Алтай».

Соревнование между Bell и Motorola закончилось победой Моторолы: весной 1973 года злорадствующий Купер позвонил своим конкурентам с улицы по своей новой трубке, которую легко держал в руке. Это был первый звонок с сотового телефона, ознаменовавший начало новой эры. Но исследования и доработки продолжались ещё долгих 15лет.

В СССР в 70-е годы всё ещё использовался «Алтай», зато им было охвачено около 30 городов. 16-канальные аппараты работали в диапазоне 150 МГц. Был предусмотрен режим конференции. Набор номера осуществлялся сначала с помощью вращения диска, но вскоре применили кнопочный набор. Был установлен приоритет пользователей: пользователь с более высоким приоритетом мог прервать своим звонком разговор абонентов с меньшим приоритетом.

Коммерческие аппараты

1992 год. Телефон Motorola 3200.

Коммерческий мобильный телефон появился в США в 1983 году. Первой массовый выпуск освоила Моторола. Успех её аппаратов был ошеломителен, и к 1990-му году количество абонентов достигло 11 млн. К 1995 году их число выросло до 90,7 млн., а к 2003-му – 1,29 млрд.

В России первые сотовые телефоны появились в 1991 году. Трубка с подключением стоила 4000 долларов. Первый оператор со стандартом GSM пришёл к нам в 1994 году. Те телефоны были ещё довольно громоздкими, в карман не положишь. Некоторые состоятельные люди (а только им и были доступны мобильники) зачастую предпочитали держать при себе специального человека, который носил за ними аппарат.

К разработке и выпуску мобильных телефонов подключились многие фирмы. Например, Нокия в 1998 году выпустила трубку с поддержкой WAP Nokia 7110. Тогда же появился двухсимочный телефон и телефон с сенсорным дисплеем.

В настоящее время статистика утверждает, что мобильный телефон имеют 9 человек на Земле из 10.

Современные смартфоны.

Мобильная сотовая связь

Сотовая связь - один из видов мобильной радиосвязи , в основе которого лежит сотовая сеть . Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной (ровной и без застройки) поверхности зона покрытия одной БС представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть имеет вид сот с шестиугольными ячейками (сотами).

Примечательно, что в английском варианте связь называется «ячеистой» или «клеточной» (cellular), что не учитывает шестиугольности сот .

Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого.

История

Первое использование подвижной телефонной радиосвязи в США относится к 1921 г.: полиция Детройта использовала одностороннюю диспетчерскую связь в диапазоне 2 МГц для передачи информации от центрального передатчика к приёмникам, установленным на автомашинах. В 1933 г. полиция Нью-Йорка начала использовать систему двусторонней подвижной телефонной радиосвязи также в диапазоне 2 МГц. В 1934 г. Федеральная комиссия связи США выделила для телефонной радиосвязи 4 канала в диапазоне 30…40 МГц, и в 1940 г. телефонной радиосвязью пользовались уже около 10 тысяч полицейских автомашин. Во всех этих системах использовалась амплитудная модуляция . Частотная модуляция начала применяться с 1940 г. и к 1946 г. полностью вытеснила амплитудную. Первый общественный подвижный радиотелефон появился в 1946 г. (Сент-Луис, США; фирма Bell Telephone Laboratories), в нём использовался диапазон 150 МГц. В 1955 г. начала работать 11-канальная система в диапазоне 150 МГц, а в 1956 г. - 12-канальная система в диапазоне 450 МГц. Обе эти системы были симплексными, и в них использовалась ручная коммутация. Автоматические дуплексные системы начали работать соответственно в 1964 г. (150 МГц) и в 1969 г. (450 МГц).

В СССР В 1957 г. московский инженер Л. И. Куприянович создал опытный образец носимого автоматического дуплексного мобильного радиотелефона ЛК-1 и базовую станцию к нему. Мобильный радиотелефон весил около трех килограммов и имел радиус действия 20-30 км. В 1958 году Куприянович создает усовершенствованные модели аппарата весом 0,5 кг и размером с папиросную коробку. В 60-х гг Христо Бочваров в Болгарии демонстрирует свой опытный образец карманного мобильного радиотелефона. На выставке «Интероргтехника-66» Болгария представляет комплект для организации местной мобильной связи из карманных мобильных телефонов РАТ-0,5 и АТРТ-0,5 и базовой станции РАТЦ-10, обеспечивающей подключение 10 абонентов.

В конце 50-х гг в СССР начинается разработка системы автомобильного радиотелефона «Алтай» , введенная в опытную эксплуатацию в 1963 г. Система «Алтай» первоначально работала на частоте 150 МГц. В 1970 г. система «Алтай» работала в 30 городах СССР и для нее был выделен диапазон 330 МГц.

Аналогичным образом, с естественными отличиями и в меньших масштабах, развивалась ситуация и в других странах. Так, в Норвегии общественная телефонная радиосвязь использовалась в качестве морской мобильной связи с 1931 г.; в 1955 г. в стране было 27 береговых радиостанций. Наземная мобильная связь начала развиваться после второй мировой войны в виде частных сетей с ручной коммутацией. Таким образом, к 1970 г. подвижная телефонная радиосвязь, с одной стороны, уже получила достаточно широкое распространение, но с другой - явно не успевала за быстро растущими потребностями, при ограниченном числе каналов в жёстко определённых полосах частот. Выход был найден в виде системы сотовой связи, что позволило резко увеличить ёмкость за счёт повторного использования частот в системе с ячеистой структурой.

Конечно, как это обычно бывает в жизни, отдельные элементы системы сотовой связи существовали и раньше. В частности, некоторое подобие сотовой системы использовалось в 1949 г. в Детройте (США) диспетчерской службой такси - с повторным использованием частот в разных ячейках при ручном переключении каналов пользователями в оговоренных заранее местах. Однако архитектура той системы, которая сегодня известна как система сотовой связи, была изложена только в техническом докладе компании Bell System, представленном в Федеральную комиссию связи США в декабре 1971 г. И с этого времени начинается развитие собственно сотовой связи, которое стало поистине триумфальным с 1985 г., в последние десять с небольшим лет.

В 1974 г. Федеральная комиссия связи США приняла решение о выделении для сотовой связи полосы частот в 40 МГц в диапазоне 800 МГц; в 1986 г. к ней было добавлено ещё 10 МГц в том же диапазоне. В 1978 г. в Чикаго начались испытания первой опытной системы сотовой связи на 2 тыс. абонентов. Поэтому 1978 год можно считать годом начала практического применения сотовой связи. Первая автоматическая коммерческая система сотовой связи была введена в эксплуатацию также в Чикаго в октябре 1983 г. компанией American Telephone and Telegraph (AT&T). В Канаде сотовая связь используется с 1978 г., в Японии - с 1979 г., в Скандинавских странах (Дания, Норвегия, Швеция, Финляндия) - с 1981 г., в Испании и Англии - с 1982 г. По состоянию на июль 1997 г. сотовая связь работала более чем в 140 странах всех континентов, обслуживая более 150 млн абонентов.

Первой коммерчески успешной сотовой сетью была финская сеть Autoradiopuhelin (ARP). Это название переводится на русский как «Автомобильный радиотелефон». Запущенная в г., она достигла 100%-ного покрытия территории Финляндии в . Размер соты был равен около 30 км , в г. в ней было более 30 тыс. абонентов . Работала она на частоте 150 МГц .

Принцип действия сотовой связи

Основные составляющие сотовой сети - это сотовые телефоны и базовые станции . Базовые станции обычно располагают на крышах зданий и вышках. Будучи включённым, сотовый телефон прослушивает эфир, находя сигнал базовой станции. После этого телефон посылает станции свой уникальный идентификационный код. Телефон и станция поддерживают постоянный радиоконтакт, периодически обмениваясь пакетами. Связь телефона со станцией может идти по аналоговому протоколу (NMT-450) или по цифровому (DAMPS , GSM, англ. handover ).

Сотовые сети могут состоять из базовых станций разного стандарта, что позволяет оптимизировать работу сети и улучшить её покрытие.

Сотовые сети разных операторов соединены друг с другом, а также со стационарной телефонной сетью. Это позволяет абонентам одного оператора делать звонки абонентам другого оператора, с мобильных телефонов на стационарные и со стационарных на мобильные.

Операторы разных стран могут заключать договоры роуминга . Благодаря таким договорам абонент, находясь за границей, может совершать и принимать звонки через сеть другого оператора (правда, по повышенным тарифам).

Сотовая связь в России

В России сотовая связь начала внедряться с 1990 г., коммерческое использование началось с 9 сентября 1991 г., когда в Санкт-Петербурге компанией «Дельта Телеком» была запущена первая в России сотовая сеть (работала в стандарте NMT-450) и был совершён первый символический звонок по сотовой связи мэром Санкт-Петербурга Анатолием Собчаком . К июлю 1997 г. общее число абонентов в России составило около 300 тысяч. На 2007 год основные протоколы сотовой связи, используемые в России - GSM-900 и GSM-1800 . Помимо этого, работают и UMTS. В частности, первый фрагмент сети этого стандарта в России был введён в эксплуатацию 2 октября 2007 года в Санкт-Петербурге компанией «МегаФон ». В Свердловской области продолжает эксплуатироваться сеть сотовой связи стандарта DAMPS , принадлежащей компании Сотовая Связь «МОТИВ» .

В России в декабре 2008 г насчитывалось 187,8 млн пользователей сотовой связи (по числу проданных сим-карт). Уровень проникновения сотовой связи (количество SIM-карт на 100 жителей) на эту дату составил, таким образом, 129,4 %. В регионах, без учёта Москвы, уровень проникновения превысил 119,7 %.

Доля рынка крупнейших сотовых операторов на декабрь 2008 года составила: 34,4 % у МТС , 25,4 % у «Вымпелкома » и 23,0 % у «МегаФона ».

В декабре 2007 года число пользователей сотовой связи в России выросло до 172,87 млн абонентов, в Москве - до 29,9, в Питере - до 9,7 млн. Уровень проникновения в России - до 119,1 %, Москве - 176 %, Санкт-Петербурге - 153 %. Доля рынка крупнейших сотовых операторов на декабрь 2007 года составила: МТС 30,9 %, «ВымпелКом» 29,2 %, «МегаФон» 19,9 %, другие операторы 20 %.

Согласно данным британской исследовательской компании Informa Telecoms & Media за 2006 год, средняя стоимость минуты сотовой связи для потребителя в России составила $0,05 - это самый низкий показатель из стран «большой восьмёрки ».

Компания IDC на основе исследования российского рынка сотовой связи сделала вывод, что в 2005 году общая продолжительность разговоров по сотовому телефону жителей РФ достигла 155 миллиардов минут, а текстовых сообщений было отправлено 15 миллиардов штук.

Согласно исследованию компании J"son & Partners, количество зарегистрированных в России сим-карт по состоянию на конец ноября 2008 года достигло 183,8 млн .

См. также

Источники

Ссылки

• Информационный сайт о поколениях и стандартах сотовой связи .
• Сотовая связь в России 2002-2007, данные официальной статистики

Сложно представить жизнь в 21 веке без сотовой связи. Мы каждый день совершаем десятки звонков, используя свои мобильные телефоны и связываемся с различными людьми, находящимися в самых отдаленных уголках планеты. А ведь за каждым таким звонком стоят годы исследований и научных открытий, позволивших сделать жизнь в будущем гораздо проще.

Как все начиналось

В истории развития сотовой связи существует множество важных событий, без которых сам факт совершения телефонного звонка сейчас мог бы казаться фантастикой. И самое первое из этих событий связано с известным русским ученым Александром Степановичем Поповым. Именно наш соотечественник 7 мая 1895 года показал общественности прибор, по сути являющийся практичным радиоприемником. Названный гениальным физиком как «грозоотметчик», прибор позволял обнаруживать и регистрировать электромагнитные колебания в радиусе нескольких десятков километров. Более чем через год, Попов заменил метрологический регистратор телеграфным аппаратом Морзе и мир увидел первое и единственное пока устройство для беспроводной телеграфии. Параллельно с Поповым, над вопросом беспроводной передачи информации в то же время бились Маркони, которого западные страны и признают создателем радио, и другие известные ученые.

Интересный факт: первая радиограмма, с использованием прибора Попова была переслана еще 24 марта 1896 года. Расстояние передачи тогда составило всего 250 метров, а текст сообщения представлял всего два слова: «Heinrich Herz» («Генрих Герц»). Таким образом, Попов отдал дань Герцу, который в 1888 году доказал сам факт существования электромагнитных волн.

Следующим важным этапом в развитии сотовой связи стал 1901 год, когда Маркони, запатентовавший улучшенную версию прибора Попова, организовал первую в истории радиосвязь через Атлантический океан. В том же году радио было установлено Маркони на паровом автомобиле «Торникрофт», что дало верное направление движения развития мобильной связи.

Интересный факт: впервые через океан Маркони передал лишь одну единственную букву S азбуки Морзе. Подтверждения сторонними источниками этого факта не было.

Двадцать лет спустя, в 1921 году, полиция Детройта впервые начала применять телеграфную подвижную связь. Работающая лишь в одну сторону и использующая частоту 2 МГц, связь позволяла диспетчерам координировать полицейских или вызывать их на телефонный разговор. Доработана технология была уже через 12 лет, когда в полицейском департаменте Нью-Йорка первыми начали использовать двухстороннюю радиосвязь, работающую по принципу Push-To-Talk.

Интересный факт: принцип работы Push-To-Talk дошел и до нашего времени. Он применяется в большинстве голосовых мессенджеров вроде Skype, Mumble, Teamspeak и т.д.

Начало эпохи сотовой связи

Вторая мировая война замедлила развитие радиотелефонии и тем более, частной мобильной связи. Но практически сразу после ее окончания, 17 июня 1946 года, компании AT&T и Bell Telephone Laboratories запустили первую в истории сеть подвижной радиосвязи, пользоваться которой могли частные клиенты. Конечно, все работало не идеально, да и аппаратура, необходимая для связи с прочими абонентами сети была громоздкой. Подумать только, радиотелефон в ту пору весил около 30-40 кг и это без учета источника питания. Устанавливались такие телефоны в помещениях, а чаще всего в автомобилях, где не нужно было заботиться о наличии отдельного источника питания, поскольку аппаратура питалась прямо от бортовой сети машины.

Одной из важнейших дат в развитии сотовой связи считается 1947 год, в котором Дуглас Ринг выдвинул идею сотового принципа организации сетей подвижной связи, по сути предложив миру и своей компании Bell Laboratories создать мобильный телефон. Мало кто мог тогда подумать, что до появления первого прототипа портативного сотового телефона еще 25 лет.

Ответственной за создание первого сотового телефона стала компания Motorola, имеющая в своем штате поистине гениального изобретателя Мартина Купера. Именно он совершил звонок с устройства под названием Motorola DynaTac, который и считается первым звонком по мобильному телефону. Устройство действительно можно было назвать мобильным - DynaTac весил «всего» 1,15 кг и имел «скромные» габариты 22,5×12,5×3,75 см.

Интересный факт: Motorola DynaTac имел 12 функциональных клавиш и аккумулятор, позволяющий работать устройству до 8 часов в режиме ожидания. Заряжать же DynaTac приходилось в течение неполных 11 часов.

После этого триумфального для Motorola момента, настала пора развертывания в различных странах сотовых сетей. К 1983 году сотовые сети были развернуты в США, Японии, Дании, Швеции, Норвегии, Финляндии, Саудовской Аравии и некоторых других странах. И хоть запущенные сети были готовы к эксплуатации, была серьезная проблема - на рынке не было представлено устройств, которыми клиенты AT&T, NTT, Ericsson и других сотовых компаний, могли бы пользоваться.

Годом позже Motorola выпустила новую версию своего мобильного телефона DynaTAC 8000X. Устройство по-настоящему поразило потребителей, ведь гаджет позволял оставаться на связи практически в любой точке крупного города, при этом неудобства в его использовании тогда практически не были заметны. За DynaTAC 8000X выстроились огромные очереди, несмотря на внушительную цену телефона в размере $3995.

Интересный факт: DynaTAC 8000X нашел отражение в нескольких фильмах и компьютерных играх. Так, в культовом сериале «Во все тяжкие» Гектор Саламанка разговаривает, используя DynaTAC 8000X.

Практически одновременно с запуском Motorola «доступного» мобильного телефона, крупнейшие мировые страны начали утверждать национальные стандарты связи. Великобритания приняла в качестве национального стандарта систему ETACS, основанную на технологии AMPS (Усовершенствованная Служба Мобильных Телефонов), а в США приняли стандарт цифровой связи IS-54 (D-AMPS). Что касается СССР, то здесь в 1991 году появился первый оператор сотовой связи «Дельта Телеком», работающий по стандарту NMT-450.

Интересный факт: минута разговора для абонентов «Дельта Телеком» первоначально составляла $1. При условии, что телефон Mobira - MD 59 NB2 стоил немалые $4000, воспользоваться мобильной связью позволяли себе лишь наиболее обеспеченные люди.

Очередным переломным моментом в развитии сотовой связи является начало эпохи GSM. Стандарт GSM начали разрабатывать 26 Европейских национальных телефонных компанией еще в 1982 году, после чего Европейский Телекоммуникационный Институт Стандартов (ETSI) в 1989 году взял на себя ответственность за развитие системы. Опубликована же была спецификация в 1991 году, тогда же коммерческие сети GSM начали действовать в крупнейших европейских странах. США в это же время пошла своим путем, приняв стандарты цифровых технологий TDMA и CDMA.

Массовая популяризация и дальнейшее развитие

Начиная с 1991 года развитие сотовой связи закрутилось бешеными темпами. Новые сотовые операторы стали открываться по всему миру, вкладывая серьезные финансовые средства в разработку новых технологий. Благодаря этому в 1999 году был выпущен стандарт пакетной передачи данных GPRS и миллионы владельцев сотовых телефонов получили доступных к мобильному интернету.

Примерно к этому же времени на рынке появилось множество доступных телефонов. Наиболее преуспевали в насыщении рынка компании Siemens, Ericsson, Sony и Nokia. Большинство из этих компаний сейчас переживают не самые лучшие времена, но тогда им просто не было равных.

Интересный факт: Nokia 8110 (расположенный на изображении ниже) остался в памяти у людей еще и по своей «роли» в популярном фильме «Матрица». В будущем Nokia запустила еще две версии Nokia 8110 с названиями Nokia 8110i и Nokia 8148.

В 2000 году было запущено третье поколение мобильной связи 3G, повсеместно использующееся и сейчас. 3G-связь строится на основе пакетной передачи данных со скоростью до 3,6 Мбит/с. Такая скорость позволяет прямо с мобильных телефонов или планшетов просматривать фильмы, слушать музыку и наслаждаться полноценным доступом к глобальной сети.

Переходным этапом к четвертому поколению мобильной связи, более известным как 4G, стал протокол HSDPA, который начали внедрять в 2006 году. Данный протокол существенно увеличил скорость передачи данных в мобильных сетях, предел которой стал равняться 42 Мбит/с.

Первая в мире коммерческая сеть четвертого поколения стандарта LTE была запущена в 2009 году в Стокгольме и Осло. Работая в 4G-сетях, подвижные абоненты могут осуществлять передачу данных со скоростью свыше 100 Мбит/с, а стационарные абоненты со скоростью 1 Гбит/с. В настоящее время 4G-сети начинают охватывать все большие территории, добираясь до наиболее отдаленных участков земного шара. Внедрение стандарта 5G ожидается не ранее 2020 года.

Советские люди всегда гордились своей страной. Такое понятие, как патриотизм было не пустым словом для них. Но после развала СССР практически любой житель страны был уверен, что мобильная связь и связанные с ней технологии пришли из-за границы: Японии, Европы, США и даже из Китая. Мало кто знал, что именно Россия является первооткрывателем в области мобильной и сотовой связи. В СССР была создана и работала первая в мире автоматическая мобильная связь. И если бы не полная оторванность от нужд народа руководства Советского Союза, то еще бы в советское время граждане страны имели бы мобильные телефоны отечественного производства.

Ранняя мобильная связь развивалась в США и Европе медленно, преодолевая большие технические и финансовые сложности. Первые аппараты мобильной связи, опробованные в конце 40-х годов, были настолько громоздкими, что еле помещались в багажнике автомобиля. Для того, чтобы позвонить посредством такого устройства, требовался свободный радиоканал и оператор, обслуживающий эту сеть.

Компактные радиостанции появились в СССР также в 40-е годы, а за время войны, советские конструкторы значительно улучшили имеющиеся модели, что позволяло без труда размещать оборудование "радиотелефона" в багажниках служебных автомашин правительственных чиновников. Связь обеспечивалась за счет выделенной радиочастоты и работой диспетчерских пультов. Вести разговор по такому телефону было достаточно сложно: разговор мог вести один из абонентов, другой только слушал. В связи с этим, разговор всегда длился долго и вызывал массу сложностей.

Но, советские конструкторы сумели сделать такой телефон, который был практически аналогом начальственного аппарата на рабочем столе. Подобных конструкций за рубежом еще не было.

Самый первый мобильный телефон был создан в НИИ Связи города Воронежа в 1958 году. Работе было присвоено кодовое название "Алтай". Воронежские конструкторы создали абонентские (телефоны) и базовые станции (оборудование, обеспечивающее устойчивую связь между абонентами). Антенные системы для мобильной связи разрабатывались в московском НИИ, над другими составляющими системы трудились ленинградские, белорусские и молдавские специалисты. В результате был создан уникальный инновационный продукт - автоматическая мобильная связь "Алтай". Это была полноценная телефонная связь, работающая как обычный телефон. Новшеством было то, что система сама находила свободный радиоканал, устанавливала связь, передавала набираемый телефонный номер и гарантированно связывала абонентов. Даже внешний дизайн телефона в автомобиле был изменен - вместо наборного диска были кнопки. Чиновная аристократия была в восторге от автомобильных телефонов.

Но все-же "Алтай" не был полноценной сотовой системой: одна базовая станция была в состоянии обслуживать один город с пригородами и имела только 16 радиоканалов. Антенна, установленная на самой высокой точке местности, могла обеспечивать связь только на десятки километров вокруг.

Американский опытный образец подобного мобильного телефона был запущен через год после ввода в эксплуатацию советской мобильной системы. А его коммерческая эксплуатация началась в 1969 году.

В России система "Алтай" к 1970 году функционировала в тридцати городах! Советские партийные и хозяйственные руководители использовали в своей работе телефоны, размещенные прямо в служебных автомобилях. Обоснованно можно считать, что в это время СССР был лидером в разработке мобильной связи. Но советские конструкторы не "почивали на лаврах" - они продолжали усовершенствовать систему "Алтай". Выделялись новые радиоканалы в большем диапазоне, что позволяло обслуживать большое количество абонентов. За счет применения микросхем, абонентские станции становились меньше в размере - их можно было переносить в небольшом чемодане. Московская базовая станция системы "Алтай", размещенная в помещениях останкинской телебашни, показала себя с лучшей стороны при обслуживании Олимпиады-80.

Но в процессе эксплуатации выявились и недостатки системы. Например, качество связи очень зависело от места размещения автомобиля с аппаратом мобильной связи. Поэтому конструкторы разработали схему размещения базовых станций с учетом перекрытия соседних территорий. И хотя советские инженеры были готовы выполнить разработанный проект, но приказа о выполнении от руководства страны не поступило.

Система "Алтай" хорошо соответствовала существующей начальственной иерархии: руководитель имел возможность одновременно говорить с несколькими подчиненными (сейчас этот способ называют конференцсвязью). У каждого начальника были свои права и возможности работы, как абонента мобильной сети. Одни могли позвонить в любую точку мира, другие только на телефоны конкретного города, определенной организации или конкретному абоненту. Но большинству граждан страны не доступно было пользоваться мобильной связью. Руководство страны не спешило делиться с народом таким предметом роскоши, как мобильный телефон.

Конструкторы и инженеры были готовы к работе над оборудованием системы связи нового поколения. Они даже дали название этой системе "Волемот" (сокращенное название городов, где были коллективы разработчиков - Воронеж, Ленинград, Молодечно, Тернополь). Новая система предусматривала размещение большого количества базовых станций. Переключение с одной станции на другую проходило во время движения мгновенно и незаметно для абонента. Эта функция позволяла считать "Волемот" уже полновесной системой сотовой связи.

Но руководство страны посчитало, что доступ народа к сотовой связи создает угрозу "государственной безопасности" (хотя без шифрования сигнала его можно было легко прослушать). Финансирование проекта было приостановлено на неопределенный срок. На Западе в это время сотовая связь получила популярность. К 1980 году лидерство СССР в разработке нового поколения мобильной связи было безвозвратно утеряно.

В 1991-1992 годах в Ленинграде и Москве появились первые операторы сотовой связи стандарта NMT-450. Цены на эту услугу были очень высокими, а зона покрытия ограниченной. И хотя многим гражданам было не по карману оплатить мобильную связь, доступ к этому виду связи был открыт для всех.

Нашлось место и для систем "Алтай" и "Волемот". Их использовали, когда нужна была надежная и недорогая мобильная связь с большой зоной покрытия. Эти системы допускали возможность подключения специального устройства, которое шифровало разговор и его, практически, нельзя было прослушать. До сих пор сети "Алтай" и "Волемот" используются во многих городах и населенных пунктах России. Обычно их называют "транковые". Они достойно несут службу в различных профессиональных направлениях: от такси до экстренной медицинской помощи.

К концу 90-х годов обычные мобильники (стандарта GSM) стали более надежными, а главное миниатюрными. И это оказалось решающим фактором, приведшим к отказу пользователей от "Волемотов" и "Алтаев" в пользу маленьких трубок. Несмотря на это, в некоторых отдаленных районах России можно подключиться к сети "Алтай" или "Волемот", которые работают достаточно стабильно.

Использованы материалы:
http://maxpark.com/community/4057/content/1809324
http://www.izmerov.narod.ru/okno/index.html
http://www.livejournal.ru/themes/id/13773