Принципы построения сотовых систем связи. Как зарождалась связь Критерии отнесения устройств к мобильным телефонам

Мобильная связь, функционирующая сегодня по всему миру, традиционно считается относительно новым изобретением. Однако, первые концепции организации инфраструктуры мобильных коммуникаций появились еще в начале 20 века. На вопрос, в какой стране появились первые мобильные телефоны и когда, однозначно ответить сложно. Но если попытаться это сделать — какие факты о развитии телефонной связи с применением радиооборудования стоит изучить прежде всего? Исходя из каких критериев те или иные устройства следует относить к мобильным телефонам?

История мобильных телефонов: основные факты

Ответить на вопрос — кто изобрел первый мобильный телефон в мире, мы сможем, прежде всего, ознакомившись с историей создания соответствующих коммуникационных девайсов.

Концепции и прототипы устройств связи, с функциональной точки зрения близких мобильным телефонам, начали обсуждаться в различных сообществах (научных, инженерных) еще в начале 20 века. Но собственно сотовый телефон как абонентское средство связи предложила в конце 70-х годов разработать лаборатория Bell Laboratories, которая принадлежала одной из крупнейших американских корпораций — AT&T. В числе первых государств, успешно внедривших коммерческие системы мобильной связи — Финляндия. Системы мобильной связи активно развивались и в СССР.

Но какое государство опередило остальные в части внедрения мобильных телефонов?

Полезно будет остановиться подробнее на советских изобретениях — ознакомление с фактами о них поможет нам понять, когда появился первый мобильный телефон в мире и в какой стране.

Во время Великой Отечественной войны идею о создании особого устройства, монофона, предложил советский ученый Георгий Ильич Бабат. Данный аппарат должен был представлять собой переносной телефон, функционирующий в автоматическом режиме. При этом предполагалось, что он будет работать в диапазоне 1-2 ГГц. Принципиальной особенностью аппарата, предложенного Г.И. Бабатом, являлось обеспечение передачи голоса посредством разветвленной сети специальных волноводов.

В 1946 году Г. Шапиро и И. Захарченко предложили организовать систему радиотелефонной связи, в рамках которой устройства для приема и передачи голоса должны были размещаться в автомобилях. В соответствии с данной концепцией, основой инфраструктуры мобильной связи должны были быть действующие городские станции, дополненные специальным радиооборудованием. В качестве идентификатора абонента предполагалось использовать специальные позывные.

В апреле 1957 года советский инженер Леонид Иванович Куприянович создал опытный образец коммуникационного устройства — радиотелефона ЛК-1. Данный прибор обладал радиусом действия порядка 30 км и имел значительный вес — порядка 3 кг. Он мог обеспечивать связь за счет взаимодействия со специальной АТС, которая могла подключаться к городским телефонным линиям. Впоследствии телефон был усовершенствован. Так, Л.И. Куприянович значительно уменьшил вес и габариты устройства. В обновленной версии размер аппарата был примерно равен величине 2 папиросных коробок, сложенных друг на друга. Вес радиотелефона составлял порядка 500 граммов вместе с аккумулятором. Рассчитывалось, что советский мобильный телефон найдет широкое применение в народном хозяйстве, в быту и станет предметом личного пользования граждан.

Радиотелефон Л.И. Куприяновича позволял не только осуществлять звонки, но и принимать их - при условии присвоения персонального номера, а также задействовании инфраструктуры, позволяющей передавать сигналы с АТС на автоматические телефонные радиостанции, а с них — уже на абонентские устройства.

Исследования в области мобильной связи проводились и в других социалистических странах. Например, в 1959 году болгарский ученый Христо Бачваров разработал мобильное устройство, схожее по основным принципом с телефоном Л.И. Куприяновича, и запатентовал его.

Можно ли сказать, что первый в мире мобильный телефон был изобретен, таким образом, в СССР или в других соцстранах?

Критерии отнесения устройств к мобильным телефонам

Прежде всего, стоит определиться с тем, что считать, собственно, мобильным телефоном. В соответствии с распространенным определением, под таковым следует считать устройство, которое:

Компактно (человек может носить его с собой);

Работает с использованием каналов радиосвязи;

Позволяет одному абоненту вызвать другого с использованием уникального номера;

Определенным образом интегрировано с проводными телефонными сетями;

Общедоступно (возможность подключения не требует получения разрешения от тех или иных компетентных органов и ограничивается финансовыми и инфраструктурными ресурсами абонентов).

С этой точки зрения полноценного мобильного телефона в все же изобретено не было. Но, безусловно, приведенные выше критерии определения мобильного телефона нельзя считать универсальными. И если из них убрать, в частности, общедоступность и компактность, то остальным вполне может соответствовать советская система «Алтай». Рассмотрим ее особенности подробнее.

Советский опыт развития мобильной связи: система «Алтай»

Изучая вопрос о том, какой самый первый мобильный телефон в мире, полезно ознакомиться с основными фактами о соответствующей системе связи. У аппаратов, подключенных к ней, имелись, в принципе, все признаки мобильного телефона, кроме общедоступности. Данная система, таким образом:

Позволяла одним абонентам вызывать других по номерам;

Была определенным образом интегрирована с городскими сетями.

Но общедоступной она не была: списки абонентов утверждались на ведомственном уровне. Система «Алтай» была запущена в 60-х годах в Москве, а в 70-х была развернута еще более чем в 100 городах СССР. Активно использовалась в период проведения Олимпиады 1980 года.

Имелись в СССР планы по созданию системы мобильной связи, к которой могли бы подключаться все желающие. Но в связи с экономическими и политическими сложностями середины-конца 80-х работы над развитием данной концепции были свернуты.

В постсоветской России были внедрены западные стандарты сотовой связи. К тому моменту они уже довольно долго обеспечивали коммуникации между устройствами, которые можно было называть полноценными мобильными телефонами. Изучим то, каким образом развивались соответствующие стандарты на Западе. Это, опять же, поможет нам ответить на вопрос, где и когда появился первый в мире мобильный телефон.

История мобильной связи в США

Как мы отметили в начале статьи, прототипы мобильных телефонов на Западе начали появляться еще в начале 20 века. В 30-40-х годах начали внедряться реальные разработки. В 1933 году между автомобилями Нью-Йоркской полиции могла осуществляться связь с использованием полудуплексных радиопередатчиков. В 1946 году в была развернута мобильная сеть, в которой частные абоненты могли осуществлять связь друг с другом с использованием радиооборудования при посредничестве оператора. В 1948-м в была запущена инфраструктура, позволяющая одному абоненту вызывать другого уже в автоматическом режиме.

Можно ли сказать о том, что именно в США, таким образом, был изобретен первый в мире мобильный телефон? Если рассматривать указанные выше критерии отнесения радиотелефона к устройству соответствующего типа — да, можно так сказать, но применительно к более поздним американским разработкам. Дело в том, что принципы ее функционирования американских сотовых сетей 40-х годов были очень далеки от тех, что характеризуют современные

Системы, подобные тем, что были развернуты в штатах Миссури и Индиана в 40-х годах, имели существенные ограничения по частотам и каналам. Это не позволяло подключать к мобильным сетям достаточно большое количество абонентов одновременно. Решение данной проблемы было предложено специалистом компании Bell Д. Рингом, который предложил разделить территорию распространения радиосигнала на ячейки или соты, которые бы образовывались специальными базовыми станциями, функционирующими на разных частотах. Данный принцип, в целом, реализуется и современными сотовыми операторами. Реализация концепции Д. Ринга на практике была осуществлена в 1969 году.

История мобильной связи в Европе и Японии

В Западной Европе первые системы телефонной связи с использованием радиооборудования были испытаны в 1951 году. В 60-х годах работы в данном направлении активно велись в Японии. Примечательно, что именно японские разработчики установили, что оптимальная частота для развертывания инфраструктуры мобильной связи — 400 и 900 МГц. Сегодня данные частоты — в числе основных, что применяются сотовыми операторами.

Одной из передовых стран в части внедрения наработок в области организации функционирования полноценной сотовых сетей стала Финляндия. В 1971 году финны начали развертывать коммерческую сотовую сеть, территория покрытия которой к 1978 году достигла размеров всей страны. Означает ли это, что самый первый мобильный телефон в мире, функционирующий по современным принципам, появился в Финляндии? Есть определенные аргументы в пользу данного тезиса: в частности, установлен факт разворачивания финскими телекоммуникационными корпорациями соответствующей инфраструктурыв масштабах страны.Но в соответствии с традиционной точкой зрения, подобный девайс появился все же в США. Главную роль в этом, опять же, если рассматривать популярную версию, сыграла компания Motorola.

Концепции сотовой связи от Motorola

В начале 70-х годов в США развернулась весьма жесткая конкуренция между поставщиками услуг и оборудования в перспективном сегменте рынка — в сфере сотовой связи. Главными соперниками здесь стали корпорации AT&T и Motorola. При этом, первая компания делала акцент на развертывании автомобильных систем связи — к слову,как и телекоммуникационные корпорации Финляндии, вторая — на внедрении компактных девайсов, которые любой желающий абонент мог носить с собой.

Победила вторая концепция, и на ее основе корпорация Motorola начала развертывание, фактически, полноценной в современном понимании сотовой сети с использованием компактных девайсов.Первый в мире мобильный телефон в рамках инфраструктуры Motorola, опять же, в соответствии с традиционным подходом, был задействован как абонентское устройство в 1973 году. Через 10 лет в США была запущена полноценная коммерческая сеть, к которой могли подключаться рядовые американцы.

Рассмотрим, что представлял собой первый в мире мобильный телефон, изобретенный, в соответствии с популярной точкой зрения, инженерами американской компании Motorola.

Первый сотовый телефон: характеристики

Речь идет о девайсе Motorola DynaTAC. Он весил порядка 1,15 кг. Его размер составлял 22,5 x 12,5 x 3,75 см. На нем были расположены цифровые клавиши для набора номера, а также две специальные кнопки для отправки вызова, а также прекращения разговора. Девайс имел аккумулятор, благодаря которому мог функционировать в режиме ожидания вызова порядка 8 часов, а в режиме разговора — примерно 1 час. Заряжать аккумулятор первого сотового телефона нужно было более 10 часов.

Как выглядит первый в мире мобильный телефон? Фото устройства — ниже.

Впоследствии фирма Motorola выпустила ряд модернизированных версий девайса. Если говорить о коммерческой сети Motorola — первый мобильный телефон в мире был сделан для соответствующей инфраструктуры в 1983 году.

Речь идет об устройстве Motorola DynaTAC 8000X. Весил данный аппарат порядка 800 граммов, его размеры были сопоставимы с первой версией устройства. Примечательно, что в его памяти могло храниться 30 абонентских номеров.

Кто же изобрел первый мобильный телефон?

Итак, постараемся ответить на наш главный вопрос — кто изобрел первый в мире мобильный телефон. История развития телефонной связи с использованием радиооборудования говорит о том, что самое первое устройство, которое полноценно соответствовало критериям отнесения к мобильным телефонам, актуальным и сегодня, было изобретено компанией Motorola в США и показано миру в 1973 году.

Однако неверно будет говорить о том, что данная корпорация внедрила принципиально новую разработку. Мобильные телефоны — в том смысле, что они являлись радиооборудованием и обеспечивали связь между абонентами по уникальному номеру - к тому моменту использовались в СССР, Европе, Японии. Если говорить о том, когда был коммерциализирован первый в мире мобильный телефон — фирма, его разработавшая, запустила соответствующий бизнес в 1983 году, позже, чем, в частности, подобные проекты были внедрены в Финляндии.

Таким образом, корпорацию Motorola правомерно считать первой, которая предложила мобильный телефон в современном понимании — в частности, функционирующий по принципу распределения базовых станций по сотам, а также имеющий компактный формат. Таким образом, если говорить о том, где именно был изобретен первый в мире мобильный телефон, в какой стране — как переносной, компактный аппарат, являющийся частью инфраструктуры сотовой связи, то правомерно будет определить, что данным государством стали США.

Вместе с тем, стоит отметить, что советская система «Алтай» функционировала вполне успешно и без внедрения технологий американского образца. Таким образом, инженеры из СССР принципиально доказали возможность развертывания инфраструктуры мобильной связи в национальном, фактически, масштабе, без использования принципов распределения базовых станций по сотам.

Не исключено, что без экономических и политических проблем 80-х СССР внедрил бы собственные мобильные сети, функционирующие на основе концепций, альтернативных американским, и они бы работали не хуже. Однако, факт — сегодня в России используются стандарты сотовой связи, разработанные в западном, предложившем и коммерциализировавшем первые мобильные телефоны, мире.

Стоит отметить, что система «Алтай» фактически работала до 2011 года. Таким образом, советские инженерные наработки долгое время сохраняли актуальность, и это может свидетельствовать о том, что они, возможно, при необходимой доработке, могли бы составить достойную конкуренцию зарубежным концепциям выстраивания инфраструктуры сотовой связи.

Резюме

Итак, кто изобрел первый в мире мобильный телефон? Кратко ответить на этот вопрос сложно. Если под мобильным телефоном понимать компактное абонентское радиооборудование, интегрированное с городскими сетями, функционирующее по сотовому принципу и доступное для всех желающих, то, вероятно, впервые данная инфраструктура была внедрена американской компанией Motorola.

Если говорить о первых коммерческих сотовых сетях — то таковые, вероятно, в масштабе всего государства были внедрены в Финляндии, однако с применением устройств, ориентированных на размещение в автомобилях. Некоммерческие закрытые мобильные сети успешно разворачивались также, фактически, в национальном масштабе, в СССР.

Немного грустно, что подавляющее большинство людей на вопрос: «Как работает сотовая связь?», отвечают «по воздуху» или вообще - «не знаю».

В продолжение этой темы, у меня вышел один забавный разговор с другом на тему работы мобильной связи. Случилось это аккурат за пару дней до отмечаемого всеми связистами и телекомщиками праздника «Дня радио». Так уж сложилось, что в силу своей ярой жизненной позиции, мой друг считал, что мобильная связь работает вообще без проводов через спутник . Исключительно за счет радиоволн. Сначала у меня не получалось переубедить его. Но после непродолжительной беседы все встало на свои места.

После этой дружеской «лекции» появилась идея написать простым языком о том, как работает сотовая связь. Все как есть.

Когда вы набираете номер и начинаете звонить, ну, или вам кто-нибудь звонит, то ваш мобильный телефон по радиоканалу связывается с одной из антенн ближайшей базовой станции. Где же находятся эти базовые станции, спросите вы?

Обратите внимание на промышленные здания, городские высотки и специальные вышки . На них и располагаются большие серые прямоугольные блоки с торчащими антеннами разных форм. Но антенны эти не телевизионные и не спутниковые, а приемо-передающие операторов сотовой связи. Они направлены в разные стороны, чтобы обеспечить связью абонентов со всех сторон. Ведь мы же не знаем, откуда будет поступать сигнал и куда занесет «горе-абонента» с телефонной трубкой? На профессиональном жаргоне антенны также называют «секторами». Как правило, они устанавливаются от одной до двенадцати.

От антенны сигнал по кабелю передается непосредственно в управляющий блок станции . Вместе они и образуют базовую станцию [антенны и управляющий блок]. Несколько базовых станций, чьи антенны обслуживают отдельную территорию, например, район города или небольшой населенный пункт, подсоединены к специальному блоку - контроллеру . К одному контроллеру обычно подключается до 15 базовых станций.

В свою очередь, контроллеры, которых также может быть несколько, кабелями подключены к «мозговому центру» - коммутатору . Коммутатор обеспечивает выход и вход сигналов на городские телефонные линии, на других операторов сотовой связи, а также операторов междугородней и международной связи.

В небольших сетях используется только один коммутатор, в более крупных, обслуживающих сразу более миллиона абонентов, могут использоваться два, три и более коммутаторов , объединенных между собой опять-таки проводами.

Зачем же такая сложность? Спросят читатели. Казалось бы, можно антенны просто подключить к коммутатору и все будет работать . А тут базовые станции, коммутаторы, куча кабелей… Но, не все так просто.

Когда человек передвигается по улице пешком или идет на автомобиле, поезде и т.д. и при этом еще и разговаривает по телефону, важно обеспечить непрерывность связи. Связисты процесс эстафетной передачи обслуживания в мобильных сетях называют термином «handover». Необходимо вовремя переключать телефон абонента из одной базовой станции на другую, от одного контроллера к другому и так далее.

Если бы базовые станции были напрямую подключены к коммутатору, то всеми этими переключениями пришлось бы управлять коммутатору . А ему «бедному» и так есть, чем заняться. Многоуровневая схема сети дает возможность равномерно распределить нагрузку на технические средства . Это снижает вероятность отказа оборудования и, как следствие, потери связи. Ведь все мы заинтересованы в бесперебойной связи, не так ли?

Итак, достигнув коммутатора, наш звонок переводится д алее - на сеть другого оператора мобильной, городской междугородной и международной связи. Конечно же, это происходит по высокоскоростным кабельным каналам связи. Звонок поступает на коммутатор другого оператора. При этом последний «знает», на какой территории [в области действия, какого контроллера] сейчас находится нужный абонент. Коммутатор передает телефонный вызов конкретному контроллеру, в котором содержится информация, в зоне действия какой базовой станции находится адресат звонка. Контроллер посылает сигнал этой единственной базовой станции, а она в свою очередь «опрашивает», то есть вызывает мобильный телефон. Трубка начинает причудливо звонить.

Весь этот длинный и сложный процесс в реальности занимает 2-3 секунды !

Точно также происходят телефонные звонки в разные города России, Европы и мира. Для связи коммутаторов различных операторов связи используются высокоскоростные оптоволоконные каналы связи . Благодаря им сотни тысяч километров телефонный сигнал преодолевает за считанные секунды.

Спасибо великому Александру Попову за то, что он дал миру радио! Если бы не он, возможно, мы бы сейчас были лишены многих благ цивилизации.

Сегодня мобильный интернет стал привычным для пользователей сотовой связи. Такие возможности появились благодаря её прогрессу, который в хронологическом порядке можно представить так:

1984 – 1G – аналоговый стандарт, обеспечивающий только голосовую связь при скорости передачи данных – 1,9 кбит/с;
1991 – 2G – это уже стандарты цифровые, обеспечивают скоростью 9,6 кбит/с, возможен обмен SMS сообщениями (самые распространённые – CDMA, GSM);
1999 – стандарт GPRS, промежуточный, является продолжение GSM , реализована пакетная передача цифровой информации, и позволяет использовать интернет с теоретической скоростью более 100 кбит/с, реально – в 2–3 раза медленнее из-за загруженности сети;
2003 – усовершенствованная технология EDGE для сетей GSM и TDMA со скоростью до 384 кбит/с;
2002 – 3G, представлена стандартами – UMTS, продолжением GSM, и CDMA2000, благодаря скорости до 2 Мбит/с обеспечивает видеосвязь и просмотр видео;
2008–2010 – появление технологии 4G, ориентированной именно на передачу мегаобъёмов данных на скорости до 1Гит/с, её наиболее распространённые стандарты WiMAX и LTE сегодня обеспечивают 100–300 Мбит/с на приём.

Какие технологии используют российские операторы мобильной связи

В настоящее время в России лучше всего развиты сети поколения 2G, использующие EDGE и GPRS. Они обеспечивают практически полное покрытие территории РФ, и предоставляют интернет-доступ, возможность голосовой связи и обмена СМС. Из работающих в 2G крупнейших провайдеров большинство использует стандарт GSM, а СКАЙЛИНК – CDMA.

Сети 3G работают по технологии WCDMA, обеспечивая скорость порядка 10 Мбит/сек, достаточную для видеозвонков. Такую услугу предоставляют многие крупные операторы, обеспечивая покрытие в больших городах.

Сеть 4G первой появилась в Новосибирске. Сегодня сети 4G работают в 79 регионах РФ. Данную услугу предоставляют операторы Yota Freshtel, МТС, Билайн, МегаФон. Технология LTE в России используется только для выходя в интернет, не для голосовой связи. При этом нужна специальная SIM карта и мобильное устройство нового поколения.

При выборе смартфона учитывают, в каком стандарте работает оператор, услугой которого вы пользуетесь. Обычно для разговора дешевле обходятся тарифы сетей 2G, но для интернета они слишком медленные. Поэтому выгодно использовать поддерживающий нужные стандарты смартфон на 2 SIM карты: одна – для разговора, вторая – для интернета.

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

Сотовая связь с недавних пор так прочно вошла в нашу повседневную жизнь, что трудно представить современное общество без нее. Как и многие другие великие изобретения мобильный телефон сильно повлиял на нашу жизнь, и на многие ее сферы. Трудно сказать каким было бы будущее, если бы не этот удобный вид связи. Наверняка таким же, как и в фильме "Назад в Будущее-2", где есть летающие авто, ховерборды, и многое другое, но нет сотовой связи!

Но сегодня в специальном репортаже для будет рассказ не о будущем, а о том, как устроена и работает современная сотовая связь.

Для того, чтобы узнать о работе современной сотовой связи в формате 3G/4G, я напросился в гости к новому федеральному оператору Tele2 и провел целый день с их инженерами, которые объяснили мне все тонкости передач данных через наши мобильные телефоны.

Но расскажу вначале немного об истории возникновения сотовой связи.

Принципы работы беспрводной связи были опробованы почти 70 лет назад - первый общественный подвижный радиотелефон появился в 1946 г. в Сент-Луисе, США. В Советском союзе опытный образец мобильного радиотелефона был создан в 1957 году, потом ученые других стран создавали подобные устройства с различными характеристиками, и только в 70-х годах прошлого века в Америке были определены современные принципы работы сотовой связи, после чего и началось ее развитие.

Мартин Купер - изобретатель прототипа портативного сотового телефона Motorola DynaTAC весом в 1,15 кг и размерами 22,5х12,5х3,75 см

Если в западных странах к середине 90-х годов прошлого века сотовая связь была распространена повсеместно и ей пользовалась большая часть населения, то в России она только начала появляться, и стала доступной для всех чуть более 10 лет назад.

Громоздкие кирпичеобразные мобильники работавшие в форматах первого и второго поколений ушли в историю, уступив место смартфонам с 3G и 4G, лучшей голосовой связью и высокой скоростью интернета.

Почему связь называется сотовой? Потому что территория, на которой обеспечивается связь, разбивается на отдельные ячейки или соты, в центре которых располагаются базовые станции (БС). В каждой "соте" абонент получает одинаковый набор услуг в определенных территориальных границах. Это означает, что перемещаясь от одной "соты" к другой, абонент не чувствует территориальной привязанности и может свободно пользоваться услугами связи.

Очень важно, чтобы была непрерывность соединения при перемещении. Это обеспечивается благодаря так называемому хэндовер (Handover), при котором соединение установленное абонентом как бы подхватывается соседними сотами по эстафете, а абонент продолжает разговаривать или копаться в соцсетях.

Вся сеть делится на две подсистемы: подсистема базовых станций и подсистема коммутации. Схематически это выглядит так:

В середине "соты", как было сказано выше находится базовая станция, которая обычно обслуживает три "соты". Радиосигнал от базовой станции излучается через 3 секторные антенны, каждая из которых направлена на свою "соту". Бывает так, что на одну "соту" направлены сразу несколько антенн одной базовой станции. Это связано с тем, что сеть сотовой связи работает в нескольких диапазонах (900 и 1800 МГц). Кроме того, на данной базовой станции может присутствовать оборудование сразу нескольких поколений связи (2G и 3G).

Но на вышках БС Tele2 стоит оборудование только третьего и четвертого поколения - 3G/4G, так как компания решила отказаться от старых форматов в пользу новых, которые помогают избегать обрывов голосовой связи и обеспечивают более стабильный интернет. Завсегдатаи соцсетей поддержат меня в том, что в наше время скорость интернета очень важна, 100-200 кб/с уже не достаточно, как это было пару-тройку лет назад.

Наболее привычным местом размещения БС является башня или мачта, построенная специально для нее. Наверняка вы могли видеть красно-белые вышки БС где-то в отдаленности от жилых домов (в поле, на холме), или там, где поблизости нет высоких зданий. Как вот эта, которая видна из моего окна.

Однако, в условиях городской местности трудно найти место под размещение массивного сооружения. Поэтому в крупных городах базовые станции размещаются на зданиях. Каждая станция ловит сигнал от мобильных телефонов на удалении до 35 км.

Это антенны, само оборудование БС находится на чердаке, или в контейнере на крыше, которое представляет из себя пару железных шкафов.

Некоторые базовые станции расположены там, где вы даже не догадаетесь. Как например на крыше этой парковки.

Антенна БС состоит из нескольких секторов, каждый из которых принимает/отправляет сигнал в свою сторону. Если вертикальная антенна осуществляет связь с телефонами, то круглая соединяет БС с контроллером.

В зависимости от характеристик, каждый сектор может обслуживать до 72 звонков одновременно. БС может состоять из 6 секторов, и обслуживать до 432 звонков, однако обычно на станциях устанавливают меньше передатчиков и секторов. Сотовые операторы, такие как Tele2, предпочитают ставить больше БС для улучшения качества связи. Как мне сказали, здесь используется самое современное оборудование: базовые станции Ericsson, транспортная сеть - Alcatel Lucent.

От подсистемы базовых станций сигнал передается в сторону подсистемы коммутации, где и происходит установление соединения с нужным абоненту направлением. В подсистеме коммутации есть ряд баз данных, в которых хранятся сведения об абонентах. Кроме того эта подсистема отвечает за безопасность. Если сказать проще, то коммутатор выполняет те же функции, что и девушки операторы, которые раньше руками соединяли вас с абонентом, только сейчас все это происходит автоматически.

Оборудование для этой базовой станции спрятано в этом железном шкафу.

Кроме обычных вышек есть также и мобильные варианты базовых станций, размещенные на грузовиках. Их очень удобно использовать во время стихийных бедствий или в местах массового скопления людей (футбольные стадионы, центральные площади) на время праздников, концертов и различных мероприятий. Но, к сожалению, из-за проблем в законодательстве широкого применения они пока не нашли.

Для обеспечения оптимального покрытия радиосигналом на уровне земли, базовые станции проектируются специальным образом, потому несмотря на дальность в 35 км. сигнал не распространяется на высоту полета самолетов. Однако некоторые авиакомпании уже начали устанавливать на своих бортах небольшие базовые станции, обеспечивающие сотовую связь внутри самолета. Такая БС соединяется с наземной сотовой сетью с помощью спутникового канала. Система дополняется панелью управления, которая позволяет экипажу включать и выключать систему, а также отдельные типы услуг, например, выключать голос на ночных рейсах.

Также я заглянул в офис Tele2, чтобы увидеть как специалисты контролируют качество сотовой связи. Если несколько лет назад такая комната была бы увешана до потолка мониторами показывающими данные сети (загруженность, аварии сети, и т.п.) то со временем надобность в таком количестве мониторов отпала.

Технологии со временем сильно развились и достаточно вот такой небольшой комнаты с несколькими специалистами, чтобы наблюдать за работой всей сети в Москве.

Немного видов из офиса Tele2.

На совещании сотрудников компании обсуждаются планы по захвату столицы) С начала стройки до сегодняшнего дня Tele2 успел покрыть своей сетью всю Москву, и постепенно завоевывает Подмосковье, запуская более 100 базовых станций еженедельно. Так как я живу теперь в области, мне очень важно. чтобы эта сеть как можно быстрее пришла в мой городок.

В планах компании на 2016 г. обеспечение высокоскоростной связи в метро на всех станциях, на начало 2016 связь Tele2 присутствует на 11 станциях: связь стандарта 3G/4G на метро «Борисово», «Деловой центр», «Котельники», «Лермонтовский проспект», «Тропарево», «Шипиловская», «Зябликово», 3G: «Белорусская» (Кольцевая), «Спартак», «Пятницкое шоссе», «Жулебино».

Как я говорил выше, Tele2 отказалась от формата GSM в пользу стандартов третьего и четвертого поколения - 3G/4G. Это позволяет устанавливать базовые станции 3G/4G с большей частотой (например, внутри МКАД БС стоят на расстоянии около 500 метров друг от друга), чтобы обеспечивать более стабильную связь и высокую скорость мобильного интернета, чего не было в сетях предыдущих форматов.

Из офиса компании я в компании инженеров Никифора и Владимира отправляюсь на одну из точек, где им нужно замерить скорость связи. Никифор стоит напротив одной из мачт, на которой установлено оборудование для обеспечения связи. Если приглядитесь, то заметите чуть далее слева еще одну такую мачту, с оборудованием других сотовых операторов.

Как это ни странно, но сотовые операторы часто разрешают своим конкурентам использовать свои башенные сооружения для размещения антенн (естественно на взаимовыгодных условиях). Это вызвано тем, что строительство башни или мачты - дорогое удовольствие, и такой обмен позволяет сэкономить немало средств!

Пока мы замеряли скорость связи, Никифора несколько раз прохожие бабушки и дядьки спросили не шпион ли он)) "Да, глушим радио "Свобода"!).

Оборудование на самом деле выглядит необычно, по его виду можно предположить все что угодно.

У специалистов компании немало работы, если учесть, что в Москве и области у компании более 7тыс. базовых станций: из них порядка 5тыс. 3G и около 2тыс. базовых станций LTE, а за последнее время количество БС увеличилось еще примерно на тысячу.
Всего за три месяца в Подмосковье было выведено в эфир 55% от общего количества новых базовых станций оператора в регионе. В настоящий момент компания обеспечивает качественное покрытие территории, на которой проживает более 90% населения Москвы и Московской области.
Кстати, в декабре сеть 3G Tele2 была признана лучшей по качеству среди всех столичных операторов.

Но я решил лично проверить насколько хороша связь у Tele2, потому приобрел симку в ближайшем ко мне торговом центре на м.Войковская, с самым простым тарифом "Очень черный" за 299 р (400 смс/минут и 4 ГБ). Кстати, у меня был подобный билайновский тариф, который на 100 рублей дороже.

Проверил скорость не отходя далеко от кассы. Прием - 6.13 Mbps, передача - 2.57 Mbps. Учитывая, что я стою в центре торгового центра это неплохой результат, связь Tele2 хорошо проникает сквозь стены большого ТЦ.

На м.Третьяковская. Прием сигнала - 5.82 Mbps, передача - 3.22 Mbps.

И на м.Красногвардейская. Прием - 6.22 Mbps, передача - 3.77 Mbps. Замерил у выхода из метро. Если принять во внимание, что это окраина Москвы, очень даже прилично. Считаю, что вполне приемлемая связь, уверенно можно сказать, что стабильная, если учитывать, что Tele2 появилась в Москве всего пару месяцев назад.

В столице стабильная связь Tele2 есть, это хорошо. Очень надеюсь, что они побыстрее придут в область и я смогу в полной мере пользоваться их связью.

Теперь и вы знаете как работает сотовая связь!

Если у вас есть производство или сервис, о котором вы хотите рассказать нашим читателям, пишите пишите мне - Аслан ([email protected] ) и мы сделаем самый лучший репортаж, который увидят не только читатели сообщества, но и сайта http://ikaketosdelano.ru

Подписывайтесь также на наши группы в фейсбуке, вконтакте, одноклассниках и в гугл+плюс , где будут выкладываться самое интересное из сообщества, плюс материалы, которых нет здесь и видео о том, как устроены вещи в нашем мире.

Жми на иконку и подписывайся!