История возникновения сотовой связи в России. Генрих Герц в 1888 году открыл способ нахождение и обнаружения электромагнитных радиоволн. В 1895 году 25 апреля русский учёный Александр Степанович Попов сделал доклад, посвящённый методу использования излученных электромагнитных волн для беспроводной передачи электрических сигналов, содержащих информацию.
В марте 1896 года А.С. Попов провёл эксперимент, в котором на 250 метров передал радиограмму с двумя словами «Генрих Герц». Через несколько лет, в Кронштадте под руководством учёного был налажен выпуск принимающей и передающей аппаратуры.
Предприимчивый итальянец Гульельмо Макони заинтересовался новым изобретением, подал патент в Англии и создал подобное устройство, чуть усложнив схемы А.С. Попова. Впоследствии, для военных нужд в Англии была организована компания «Макони». История беспроводной связи начинается в далёком 1901 году. В июле того года, английской компании «Макони» удалось передать сигналы из станции Польдю в Англии в станцию Сент-Джонс в Ньюфаунленде.
Сама компания была в начале двадцатого века единственной, кто осуществлял проводную междугороднюю и международную связь. Сигналы ежедневно передавались по кабелям, проложенными между США и Европой. Но, вернёмся в Россию - в 1912 году под опекой правительства было образовано Русско-английское радиотелеграфное общество при сотрудничестве «Макони», которая брала на себя обязательство устанавливать мощные ретрансляторные вышки на территории России.
Через станции, установленные в Москве, Одессе, Петербурге и Варшаве проходило до двадцати тысяч слов в сутки. Первой из самых мощных радиотелеграфных станций в начале прошлого века была точка в Северной Ирландии, её мощность составляла 500 кВт. Следующей стала станция в Кольтано, Италия, обеспечивающая соединения с США, Англией, Испанией и некоторыми колониями в Африке.
Мощность итальянского чуда составляла одну тысячу кВт. Английский магнат связи «Макони» развернулся также в Египте, Южной Африке, Индии, Сингапуре, Испании, Чили, Греции, Дании, Бразилии, Турции и т.д. Беспроводная связь устанавливалась на частные яхты, торговые и военные суда - всего к прообразу сотовой связи было подключено больше четырехсот портов. В Англии весь военный флот был оснащён радиосвязью. Интересно отметить, что в Испании тогдашний король Альфонс лично открыл беспроводную вышку, связавшую полуостров с Болеварскими и Канарскими островами.
Стоимость переговоров между Лондоном и Нью-Йорком составляла 7,5 пенсов за пять минут. Спрос же на радиосвязь рос постоянно. Например, в Канаде и Бразилии, существовали газеты, получавшие информацию (о погоде и др.) целиком и полностью только за счёт беспроводной связи «Макони». С помощью новой связи также стали передавать корреспонденцию, клиентам приходилось платить за каждое отправленное слово. В 1921 году полиция города Детройта, США, получила возможность использовать мобильную связь в автомобилях.
Использовались частоты в диапазоне около 2 МГц, связь была ненадёжной и постоянно возникали помехи. Но, это лишь предпосылки. Настоящая история сотовой связи начинается в 1946 году в городе Сант-Луинс, США. Напомним, что сотовый телефон является дуплексной радиостанцией, ведущей обмен на разных частотах. В наличии принимающая часть и передающая, обеспечивающие связь с базовой станцией (БС) или ретранслятором.
Канал БС-телефон называется downlink, а телефон-БС - uplink. Компания AT&T Bell Laboratories создала радиотелефоны, устанавливающиеся в автомобилях. Стоит ли говорить, что вся аппаратура в начале была громоздкой и тяжёлой. Переключение абонента между каналами связи, в поисках свободного, осуществлялось вручную. Радиопередатчик позволял пассажирам или водителю связаться с АТС и таким образом совершить звонок. Надо упомянуть, что само телефонное общение было сложным - нельзя было и слушать и говорить одновременно.
Так, чтобы донести своё сообщение до собеседника, нужно было нажать и удерживать кнопку телефонной трубки, а чтобы услышать ответ, кнопку надо было отпустить (зато, таким образом можно говорить сколько угодно, и знать, что вас никто не сможет перебить). Чтобы позвонить на радиотелефон, приходилось сначала звонить на телефонную станцию и затем сообщать номер оператору. Всего такая «первобытная» система связи поддерживала 23 пользователя одновременно и предназначалась для бизнесменов, переезжающих из Нью-Йорка в Бостон.
Вес аппарата-первооткрывателя сотовой связи составлял 30 кг и для работы он требовал подключения к электросети, поэтому становится ясно, почему первые в мире «мобильники» устанавливались в машинах. Но, инновационная идея Bell Laboratories с треском провалилась - слишком уж дорого выходило пользование услугами мобильной связи. Впрочем, зерно было посеяно. Для связи обычно выделяется диапазон с фиксированными частотными каналами.
Если в одно время используются близкие по частоте каналы связи, то общаться с помощью телефонов практически невозможно. В это же время компания разработала систему ячеек или сот (cell - откуда и пошло сегодняшнее название сотовых телефонов). Принцип действия сот прост. Ранее для общения выделялось всего несколько каналов, и пользователи могли создавать друг для друга не только помехи, но и прослушивать телефонные разговоры. Теперь же проезжающая машина, попадая в другую соту, могла использовать любую частоту, без опаски наткнуться на занятый эфир. То есть, чем больше ячеек, тем меньше помех и тем больше абонентов могут использовать сотовую связью.
В СССР первая полностью автоматическая дуплексная система профессиональной мобильной радиосвязи с подвижными объектами под названием «Алтай» заработала в конце 1950 годов. В течение долгого времени «Алтай» был единственным средством мобильным связи в стране. Как известно, реальной проблемой в создании мобильных телефонов был их размер - пока не появились дешёвые и доступные микросхемы, создать сотовые было невозможно, ведь вес в один с лишним килограмм мало кого устраивал.
Тоже самое было и в области связи, постепенно появлялась возможность создавать более совершенные передающие устройства. Организация по почте и электросвязи СЕРТ, объединяющая 26 стран, в 1982 году создала исследовательское подразделение Groupe Special Mobile, аббревиатура которого стала названием самого популярного стандарта сегодня. Новый стандарт связи разрабатывался в течение восьми лет, и впервые о нём было заявлено лишь в 1990 году - тогда были предложены спецификации стандарта.
Вскоре, GSM стали расшифровывать как Global System for Mobile Communications. Напомним, что GSM является цифровым стандартом сотовой связи, в нём реализованы временное разделение каналов (TDMA - множественный доступ с разделением по времени, когда для станции выделяются тайм-слоты по 0,577 для передачи 2x57 бит), шифрование сообщений, блочное кодирование, а также модуляция GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying). Поступающий в телефон аналоговый сигнал (речь) кодируется в цифровой и таким образом передаётся, а цифровая связь, как мы знаем, не искажает исходные данные, в отличие от аналоговой.
Временное разделение каналов означает, что 8 абонентов могут использовать одновременно один канал связи. Это достигается за счёт временного разделения каналов, то есть аппараты абонентов по очереди связываются со станцией и обмениваются с ней данными.
Чуть раньше, в 1989 году английский Департамент торговли и промышленности, Department of Trade and Industry, выпустил документ, описывающий состояние радиосетей PCN (Persona! Communication Networks). По прогнозам сотрудников Департамента, к 2000 году до 15 % населения страны использовали бы мобильные телефоны. Похожий документ был опубликован и в США, там государство планировало к 2000 году осчастливить половину своего народа сотовой связью и для этого даже выделило диапазоны с частотами 1,9-2 ГГц и 900 МГц. Стандартов же сотовой связи только прибавлялось, основа сегодняшнего рынка связи закладывалась пятнадцать лет назад.
В 1990 в США был утверждёна спецификация IS-54 на национальном уровне. Это цифровой стандарт, больше известен как D-AMPS или ADC. В то же время начал зарождаться и современный CDMA, спрос на современный вариант которого в нашей стране стал появляться лишь недавно. Созданием CDMA занималась компания Qualcomm. CDMA является следующей ступенью после GSM, предоставляя более быструю и надёжную связь; также использует временное разделение каналов, однако более широкое, нежели GSM. Излучение сотовых с CDMA составляет всего 10 мВт, что сравнимо с обычным FM-радиоприёмником.
DSC-1800 (Digital Cellular System) появился в Европе в 1991 году, также создан на основе GSM, на него сразу же положила глаз Великобритания. DSC-1800 решал проблему переполнения соты, то есть случай, когда на одну базовую станцию приходилось слишком большое число абонентов, увеличивая ёмкость сети. В Японии в тот же год был создан собственный стандарт JDC (Japanese Digital Cellular), чем-то схожий с американским D-AMPS. Он был тут же утверждён к использованию Министерством связи страны.
Впереди всех в 1992 году оказалась Германия, развернув первую систему сотовой связи GSM. То есть, на практике стал применяться стандарт связи второго поколения (2 G). Первый в мире телефон с поддержкой GSM был создан компанией Benefon ESC. В 1993 году в США стал применяться CDMA (или IS-95) в диапазоне частот 800 МГц. В это же время в Англии начала свою работу сеть DCS-1800 One-2-One. Забегая вперёд, скажем, что в 1995 году в Гонконге заработала сеть CDMA. В общем, стандартов связи было множество, и к середине девяностых большинство цивилизованных стран плавно переходили на цифровые спецификации.
В России же, особенно во времена конца перестройки, казалось, что о сотовых телефонах думать не время. Однако в Санкт-Петербурге в 1991 году начала свою работу сотовая компании «Дельта Телеком». ЗАО "Дельта Телеком" являлась первым оператором сотовой связи на российском рынке. В то время пользоваться услугами связи могли себе позволить только состоятельные люди. Сотовый телефон в России стоил 2000$, подключение к сети - также 2000$. Минута эфирного времени обходилась в один доллар.
Компания предлагала модель Mobira - MD 59 NB2 производства Nokia весом 3 кг. Первым воспользовался новой услугой мэр города Анатолий Собчак - он позвонил по сотовому мэру Нью-Йорка. "Дельта Телеком" использовала аналоговый стандарт NMT-450i. На сегодняшний день в России услугами сотовой связи пользуются около 102 440 000 человек.
Развитие новых сетей идёт полным ходом, начинают использоваться и внедряться прогрессивные стандарты и спецификации третьего поколения. Компания NTT DoCoMo в этом году совместно с МТС ввела в нашей стране услугу i-mode, которая позволяет активно пользоваться Интернетом. I-mode очень популярен в Японии.
Не так давно, NTT DoCoMo продемонстрировала работу экспериментальной сети четвёртого поколения, сотовые телефоны будущего смогут передавать данные на скорости до 1 ГБ/c. Самыми популярными операторами связи в РФ являются МТС и Билайн, идущие вровень, следом за ним стоит Мегафон. Количество пользователей МТС составляет 35,7 миллионов, в стройных рядах БиЛайна находятся 35,3 млн а к Мегафону примкнуло 19,1 млн. На мировом уровне сейчас используется около 2 миллиардов единиц мобильных телефонов.
Из них больше двух третей подключены к стандарту GSM. Вторым по популярности идёт CDMA, остальные же представляют специфические стандарты, применяемые в основном в Азии. Сейчас в развитых странах сложилась ситуация «пресыщения», когда спрос перестаёт расти. Поэтому, основные надежды производители сейчас направляют на развивающиеся страны - это Индия, Китай, страны Африки, бывшего СССР и т.д. 2.2 Сотовая связь как основная связь в современном государстве Повсеместная популяризация сотовой связи бьет все рекорды.
А всего лишь 25 лет назад мир даже не знал, что такое «мобильный телефон». На сегодняшний день, только в России насчитывается более 10 миллионов абонентов мобильной связи и число это стремительно растет. Компания Motorola была известна своими переносными радиостанциями и не помышляла о сотовых телефонах. Начало было положено, когда в компанию в 1954 г. пришел новый инженер, Мартин Купер (Martin Cooper). Он был простым служащим и занимался разработкой новых портативных устройств: в 1967 г. его отдел создал первые портативные рации для полиции Чикаго.
Почти через 20 лет после начала своей карьеры в Motorola М.Купер осознал, что может создать относительно небольшой сотовый телефон. В течение года шли работы по созданию первого телефона, одновременно компания убеждала Федеральную Комиссию по коммуникациям (FCC), что частным компаниям будут необходимы свободные частоты для внедрения сотовой связи. Предложение о выделении частот было встречено скептицизмом, ведь специалисты все той же Bell Laboratories (одна из крупнейших и известнейших лабораторий мира) ставили под сомнение возможность создания действительно компактных устройств в ближайшие годы. Все же было принято компромиссное решение: Motorola должна была продемонстрировать саму возможность создания подобных сетей.
В спешном порядке началась подготовка к проведению полевых испытаний, которые были назначены на 3 апреля 1973 г. К этому дню на вершине 50-этажного Alliance Capital Building в Нью-Йорке была смонтирована первая базовая станция.
Первый прототип БС мог обслуживать не более 30 абонентов и соединял их с наземными линиями связи. Сам сотовый телефон назывался Dyna-Tac. Это была трубка весом около 1.15 кг и размерами 22.5х12.5х3.75 см. На передней панели было расположено 12 клавиш, из них 10 цифровых и две для отправки вызова и прекращения разговора. Никакого дисплея, никаких дополнительных функций. Аккумулятор позволял общаться по Dyna-Tac целых 35 минут, но заряжать его приходилось более 10 часов.
Именно этот телефон утром 3 апреля взял в руки М. Купер и набрал номер Джоэля Энгеля (Joel Engel), начальника исследовательского отдела Bell Laboratories. Несомненно, это был триумф - как Купера, так и компании Motorola. Закончив разговор и проведя в этом же здании пресс-конференцию, инженеры и разработчики осознали, что совершили революцию в мире коммуникаций. Признание заслуг со стороны Bell Laboratories было одним из самых весомых подтверждений успеха.
Годы спустя Ричард Френкель (Richard Frenkiel), глава отдела системных разработок Bell Laboratories, сказал о Dyna-Tac: «Это был настоящий триумф. На тот момент мы использовали в машинах 14-килограммовые телефоны. Их способность вместить все необходимое в 1 кг была большим прорывом». Так как эксперимент прошел успешно, Федеральная комиссия выделила частоты для частных компаний уже в начале 1974 г. В течение нескольких лет появились первые коммерческие сети, и в начале 80-х они стали распространяться по всему миру. М. Купер возглавил отдел по разработке сотовых телефонов в своей родной компании, и покинул ее лишь в 1983 г. чтобы основать свое дело. В 1979 году в Японии была запущена едва ли не первая в мире сотовая сеть общего пользования.
В ней был использован стандарт аналоговой связи HCMTS. Предназначалась она для использования в автомобилях. Тогда достижения в миниатюризации электроники ещё не позволяли создавать мобильные аппараты, подобные современным.
В начале 80-х годов сотовые сети первого поколения стали создаваться в Америке и Европе. Строились они на базе аналоговых стандартов: NMT в Скандинавии, AMPS в Америке, TACS (E-TACS) в Европе и J-TACS в Японии. Надо отметить, что все перечисленные стандарты, кроме NMT, являются клонами AMPS и использовали одну и ту же аппаратную платформу. Страны, если не разрабатывали свои стандарты, то попросту адаптировали AMPS к местным требованиям и специфике обслуживания. С увеличением требований к обслуживанию, как количественных, так и качественных, аналоговые стандарты были модернизированы до цифровых.
Так, в середине 80-х годов появилось второе поколение стандартов: D-AMPS в США и JDC в Японии. Можно сказать, что с этого момента рынки сотовой связи этих стран, одни из крупнейших, пошли разными путями. И хотя Япония - небольшая страна, уровень развития производства электронной продукции и конкуренции сетей мобильной связи обеспечивают стремительные темпы вовлечения населения в пользование их услугами.
Европа же, в частности Европейский институт стандартизации электросвязи (ETSI), в это время готовил пришествие GSM, впоследствии завоевавшего наибольшую аудиторию в мире. Однако ставший популярным GSM, в котором стали работать европейские, среднеазиатские, азиатско-тихоокеанские, африканские и, в меньшей степени, американские операторы сотовой связи, не получил в Японии распространения. Страна восходящего солнца сохранила свой статус-кво и по-прежнему стремилась к созданию систем связи, которые признали бы во всем мире. Альтернативу GSM в Японии составил PDC (Packet Data Communications service). Несмотря на то, что сети PDC расположены только в Японии, этот стандарт (по данным на конец 1999 года) уверенно занимал вторую после GSM позицию в рейтинге популярности среди цифровых стандартов по количеству абонентов.
И это неудивительно: в начале 2000 года число абонентов сотовой связи Японии превысило число абонентов стандартной проводной телефонии.
Если же обратиться к производителям техники для сотовой связи, то там не наблюдалось такого разделения: японские и европейские производители мобильных телефонов работают как на местный рынок, так и на весь остальной. В середине 90-х годов весь мир заговорил о третьем поколении сетей сотовой связи. Он подразумевал большее количество абонентов и большее количество предоставляемых услуг, определяющей из которых является скоростной доступ к любым данным. К этому времени на мировом рынке сложилась следующая ситуация: Америка, интенсивно строившая сети AMPS, а потом D-AMPS, не могла на их базе осуществлять переход к следующему поколению.
Похожая ситуация сложилась и в Японии. Легче пришлось тем, кто изначально принял GSM, который активно модернизируется и обогащается новыми услугами, яркий тому пример - это оснащение сетей GSM услугами WAP и GPRS. В такой ситуации двум индустриальным гигантам оставалось только одно: строительство сетей на базе принципиально нового стандарта - CDMA. Японские и американские государственные органы в сотрудничестве с местными операторами связи стандартизировали CDMA и стали выдавать лицензии на его использование. В настоящий момент США отстает от Европы во внедрении GSM, но значительно опережает все страны в развертывании сетей CDMA, что создает определенные технологические предпосылки для перехода к 3-му поколению.
CDMA стал хорошей почвой для последующего развития сетей связи. Северная Америка медленно, но уверенно, переоснащается. В ней уже сложился огромный рынок сотовых услуг - 78 миллионов абонентов.
Важно подчеркнуть, что 25 миллионов из них являются пользователями цифровой связи. Аппараты работающие как в CDMA, так и в AMPS, выпускаются, главным образом, для нее. Небольшая Япония смогла отреагировать быстрее. Два местных оператора IDO (10 млн. абонентов) и DDI (5 млн. абонентов) активно продвигают свои услуги в этом стандарте и составили конкуренцию гиганту японского телекоммуникационного рынка - компании NTT DoCoMo, стоявшей у истоков сотовой связи.
Но и сама NTT DoCoMo оказалась не столь уж неповоротливой: в 1999 году она запустила службу i-Mode, предоставляющую доступ в Интернет, а сейчас внедряет WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - широкополосный CDMA). Эта технология является самой передовой в сотовой связи. Она избрана институтом ETSI для обеспечения широкополосного радиодоступа с целью поддержки услуг третьего поколения. Можно даже сказать, что Япония добилась желаемого, она стала законодателем мод в мобильной связи.
Общепризнанно, что будущее за WCDMA. Но победа японских инженеров не полная: доступ к сайтам Интернет, который в Японии осуществляют с помощью службы i- Mode, существует опять же в только в пределах страны. Немного статистики: уже к марту 2000 года абонентская база i-Mode составила около 4 миллионов абонентов, а к 2003 году уже насчитывала около 30 миллионов абонентов 3G-услуг. Весь остальной мир пользуется технологией WAP. И хотя на первый взгляд i-Mode кажется более привлекательным, по причине лучшего интерфейса и системы оплаты за объем данных, ему не гарантировано общее признание.
Слишком много сделано для WAP, несмотря на обилие критики в его адрес. Тем не менее, NTT DoCoMo ищет пути на американские и европейские рынки и в этом уже есть успехи.