сотовая связь история создания кратко
История развития сотовой связи: начало пути
Официальным днем рождения сотовой телефонной связи считается 3 апреля 1973 года, когда Мартин Купер, глава подразделения мобильной связи американской компании Motorola, совершил первый в мире звонок по мобильному телефону. Однако это событие было кульминацией весьма длительного процесса, начавшегося еще в 19 веке.
Первой важной датой в истории создания мобильной связи можно считать 7 мая 1895 года, когда известный русский ученый Александр Степанович Попов на заседании Русского Физико-Химического Общества продемонстрировал прибор, предназначенный для регистрации электромагнитных волн. Физической основой представленного Поповым устройства стали исследования Генриха Герца в области электромагнитных волн и способов их обнаружения, обнародованные в 1888 году. Также свой огромный вклад в создание радиосвязи внесли исследования Фарадея (явление электромагнитной индукции), Дж. Максвелла (теория электромагнитного поля), Э. Бранли и О. Лоджа (индикатор электромагнитных волн), а также Н.Тесла (огромный объем исследований, в том числе им предложена конструкция антенн).
Назначением устройства Попова была регистрация молний, что нашло отражение и в его названии – «грозоотметчик». Однако, по своей сути, грозоотметчик Попова стал первым в мире радиоприемником, настроенным на обнаружение и регистрацию радиоволн (если говорить техническим языком, электромагнитных колебаний) возникающих при грозовых разрядах. Созданный Поповым прибор обладал неплохой чувствительностью – он был способен регистрировать вспышки молний в радиусе нескольких десятков километров. В продолжение своих экспериментов, в сентябре 1895 года, Попов отказался от метрологического регистратора, заменив его телеграфным аппаратом Морзе, что окончательно превратило грозоотметчик в первый в мире аппарат для беспроводной телеграфии.
Следующим шагом развития беспроводной связи стала демонстрация беспроводной передачи информации осуществленная в 1896 году Гульельмо Маркони, который с помощью азбуки Морзе передал сигнал с крыши лондонского почтамта в другое здание, удаленное от него на 1,5 км. Эта демонстрация заинтересовала другого крупного ученого – физика В.Г. Приса, который в том время был директором британской почты и телеграфа. Под руководством Приса, Маркони продолжил свои исследования, и в июне 1896 года подал патентную заявку «усовершенствования в передаче электрических импульсов и сигналов и в аппаратуре для этого», а в сентябре того же года продемонстрировал передачу радиограммы на расстояние 3 км. Технические средства, примененные Маркони, включали в себя передатчик, построенный на модифированном генераторе Герца, и приемник, созданный по образу и подобию грозоотметчика Попова, но с рядом технических новшеств.
Дальнейшие исследования, проведенные Поповым, Маркони, а также другими учеными и инженерами работавшими над разработкой устройств, позволяющих использовать радиоволны для передачи информации, произвели настоящую революцию в системах связи того времени. Постепенно росли и расстояния, на которые передавался радоисигнал. Если в середине 1897 года Маркони проводились эксперименты по передаче сигналов на сравнительно небольшие расстояния (14 и 21 км.), то в 1901 году он передал первый сигнал через Атлантику, а в конце 1902 года – наладил регулярную радиосвязь между Старым и Новым светом.
Буквально за несколько лет, акционерное общество «Маркони К°», созданное им в середине 1897 года, превратилось в крупнейшую компанию и лидера в сфере создания средств беспроводной связи. Кстати, активное продвижение радиотелеграфа в России, начавшееся в 1912 году, также осуществлялось при поддержке «Маркони К°», которая взяла на себя обязательство устанавливать мощные ретрансляторные вышки на всей территории России.
Важным шагом, в переходе беспроводной связи к современному виду, стала модернизация «грозоотметчика», выполненная Поповым в 1899 году – в усовершенствованном аппарате прием сигналов (пока еще азбукой Морзе) осуществлялся на головные телефоны (наушники) оператора. Однако исследователи хотели большего – передавать без проводов не абстрактные точки-тире, а человеческий голос, со всем множеством его интонаций.
Было проведено множество исследований, получены десятки патентов. Изначально, для передачи голоса, пытались использовать направленный луч света модулированный голосом, т.е. данный луч мерцал в соответствии речью человека, которая регистрировалась посредством угольного микрофона. На принимающей стороне использовалась капсула со светочувствительным элементом, генерируемый которым ток позволял воспроизвести в наушниках речь говорящего. Подобные аппараты имели множество недостатков, основным из которых были маленькое расстояние между источником и приемником сигнала и сильнейшая зависимость от погоды. Также были попытки использовать для передачи речи проводящие свойства почвы и воды.
Первым, кто передал человеческую речь с помощью радиоволн, стал Реджинальд Фессенден, впервые осуществивший это в 1900 году. Спустя 3 года, им был представлен усовершенствованный детектор, благодаря которому стало возможным воспроизводить с приемлемым качеством человеческий голос, переданный по радиосвязи, с приемлемым качеством. Также к заслугам Фессендена относятся первая двухсторонняя трансатлантическая радиосвязь (1906) и первая информационно-развлекательная радиопередача (1906).
До начала 20 века передатчики и приемники радиосигналов обычно устанавливали либо на зданиях и сооружениях, либо на морских судах. Однако в 1901 году Гульельмо Маркони установил приемо-передающее устройство на паровой автомобиль марки «Торникрофт», тем самым, положив начало развития подвижной наземной радиосвязи. Конечно, сконструированный Маркони аппарат, умел работать только с азбукой Морзе, да только во время остановки, так как при движении приходилось опускать в горизонтальное положение используемую устройством цилиндрическую антенну, но все равно этой был первый маленький шажок к настоящей мобильности.
Следующее знаковое событие в развитии мобильной связи произошло в 1921 году, когда была в американском Детройте создана первая диспетчерская система телеграфной подвижной связи. Как вы уже догадались, основой этой системы была азбука Морзе, причем связь была односторонней – полицейские диспетчеры вызывали автомобиль по радиосвязи, а полицейские связывались с участком по обычному проводному телефону. Рабочей частотой системы были 2 МГц. Фактически, диспетчерская система телеграфной подвижной связи это ничто иное, как прообраз пейджинговой связи.
Двухсторонняя радиосвязь между диспетчерами и полицейскими автомобилями появилась спустя 12 лет, в 1933 году в Нью-Йорке. Средства подвижной радиосвязи тех лет относились к системам PTT (Push-To-Talk – нажми, чтобы говорить). Данный принцип, до сих пор используется в рациях, а несколько лет назад он пережил второе рождение в средствах мобильной связи – благодаря функции PTT современных мобильных телефонов. Однако, в современном варианте PTT, передача информации осуществляется через Интернет за счет использования пакетной передачи данных. Если говорить техническим языком, устройства PTT работают в полудуплексном режиме, поэтому для переключения между режимами приема и передачи голоса пользователю необходимо нажимать кнопку на соответствующем абонентском устройстве.
Не менее важным событием стало создание при американском Конгрессе в 1934 году Федеральной Комиссии по Коммуникациям (FCC), основной функцией которой было распределение радиочастот на территории США. Приоритетом при получении частотного ресурса пользовались спасательные службы, государственные агентства и общественные компании. Далее следовали фирмы, работающие в сфере грузовых и пассажирских перевозок. Изначально, возможность выделения радиочастот частным лицам и компаниям предусмотрена не была, причем это ограничение действовало до окончания Второй Мировой Войны, что стало одной из причин задержки в развитии частной мобильной связи.
Первая сеть подвижной радиосвязи, рассчитанная на частных клиентов, была запущена 17-го июня 1946 г. в американском Сент-Луисе (штат Миссури) совместными усилиями Службы Мобильной Телефонии (МТС) AT&T и Bell Telephone Laboratories. В качестве рабочей частоты данной системы было выбран диапазон в районе 150 МГц, при этом использовалось 6 каналов, но позднее число каналов было сокращено до 3, из-за помех, вызываемых наложением радиоволн.
Соединение с вызываемым абонентом осуществлялось в два этапа – вначале производилось соединение с оператором, который устанавливал соединение с нужным абонентом. Выбор свободного частотного канала осуществлялся абонентом вручную. Созданная в Сент-Луисе система относилась к стандарту MTS (Mobile Telephone System), который считается одним из самых первых стандартов мобильной связи. Кстати, в измененном виде MTS до сих пор используется в ряде развивающихся стран.
Принцип технической реализации сети MTS отличался от традиционной сотовой сети. В ней использовались 1 достаточно мощный передатчик, служивший каналом передачи сигнала к абоненту, и сеть приемников, фиксирующих сигнал, исходящий от мобильного абонента. Выбор используемого приемника осуществлялся по соотношению сигнал/шум. Далее, все сигналы, зарегистрированные сетью приемников, передавались в центральный диспетчерский пункт, где находились операторы, осуществлявшие телефонные соединения.
Рассматриваемая система работала в полудуплексным режиме, т.е. использовался описанный выше принцип Push-To-Talk, что позволяло решить проблему эха, но при этом частоты, на которых работали приемник и передатчик отличались. В 1955 году, число каналов данной сети было расширено до 11, а в 1964 году появились полнодуплексный режим и возможность автоматического выбора канала, что сделало мобильную телефонию похожей на проводную.
Однако, к 1955 году, в техническом плане сеть AT&T и Bell Telephone Laboratories уже не была технически самой совершенной – первая полностью автоматическая система подвижной радиотелефонии была запущена в 1948 году Радиотелефонной Компанией Ричмонда, в городе Ричмонд штата Индиана. Данная система превосходила детище Bell Telephone Laboratories тем, что большинство вызовов осуществлялись полностью в автоматическом режиме, без помощи оператора.
Бурное развитие первых систем подвижной связи выявило их основной недостаток – ограниченность частотного ресурса – аппараты, работающие в одном частотном диапазоне, но в разных сетях создавали взаимные помехи, что делало невозможным покрытие единой сетью мобильной связи больших территорий – минимальное расстояние между двумя радиосистемами должно было составлять не менее 100 км. Решение этой проблемы было предложено в 1947 году сотрудником Bell Laboratories Д. Рингом, который разработал сотовый принцип организации сети мобильной связи, что позволило решить проблему взаимных помех, и обеспечило повторное использование частотных каналов. Еще одним знаковым событием 1947-1948 годов стало изобретение транзистора, что позволило уменьшить размеры и вес радиоаппаратуры.
Первая система сотовой связи, построенная по принципу, предложенному Рингом, увидела свет в 1969 году, в виде системы таксофонной связи (телефоны-автоматы, общего пользования) установленной компанией Bell в поездах Metroliner, курсировавших между Нью-Йорком и Вашингтоном. Маршрут поезда (255 миль) был разделен на девять зон, в каждой из которых было доступно 6 каналов на частоте 450 МГц. Центр, управляющей всей системой находился в Филадельфии.
Несмотря на огромный вклад американских компаний, сотовая связь развивалась не только в США. В Европе законодателями технологий мобильной связи были «Эрикссон» и «Маркони». Как и в США, мобильной связью преимущественно оснащались автомобили, причем сам радиотелефон устанавливался в багажник, а салоне находились трубка и традиционный номеронабиратель. Появление первых систем мобильной связи в Европе принято датировать 1951 годом, когда С. Лауреном из Администрации Шведской Сети Связи разработал и испытал автоматическую мобильную телефонную систему.
В Японии первые испытания мобильной системы телефонной связи были проведены в 1967 году, однако появление японской сотовой связи принято датировать 1975 годом, когда были начаты системные испытания сети, построенной в одном из районов Токио. Кстати, именно японцами было установлено, что для мобильной связи в городских условиях наиболее целесообразно использовать частоты в районах 400 и 900 МГц.
Советский Союз также не остался в стороне от разработок систем мобильной телефонной связи. Конечно, в нашей стране и речи идти не могло о предоставлении мобильной связи рядовым гражданам страны, но для государственных нужд и партийной элиты была создана полностью автоматическая дуплексная система профессиональной мобильной радиосвязи с подвижными объектами «Алтай». Запуск данной системы в эксплуатации состоялся в конце 50-х годов прошлого века и, на долгие годы, она стала единственной системой подвижной радиосвязи Советского Союза.
Наверняка вы уже обратили внимание, что при разработке технологий подвижной радиосвязи их создатели делали упор на оснащение радиосвязью автомобилей и других транспортных средств. Это не удивительно, ведь радиотелефоны тех лет были тяжелыми (по 30-40 кг) и весьма громоздкими (устройство могло занять весь багажник автомобиля).
В 1954 году произошло событие, формально не связанное с разработкой средств мобильной связи, но позднее сыгравшее решающую роль – в компанию Motorola на должность инженера был принят Мартин Купер, который через несколько лет стал главой подразделения по разработке мобильных устройств. В 1967 году под его руководством были созданы одни из первых портативных раций, что дало импульс для создания мобильного телефона, который можно было носить с собой.
В деле создания мобильных устройств Motorola и Bell Laboratories были заядлыми конкурентами, однако у них было одно принципиальное отличие – в Motorola делали ставку на портативное оборудование, а в Bell Laboratories – на автомобильную радиотелефонию. Убежденность Купера в перспективности сотовой телефонии убедила Федеральную Комиссию по Коммуникациям в необходимости выделения Motorola частот для реализации их проекта. Весной 1973 года на крыше одного из небоскребов Нью-Йорка была смонтирована первая базовая станция новой сети, которая могла одновременно обслуживать 30 абонентов и предоставлять им доступ к городской телефонной сети.
История, длившаяся почти 80 лет, начала подходить к своему апогею. Наконец, все подготовительные работы были закончены и 3 апреля 1973 года, Мартин Купер, лично руководивший всем процессом, прогуливаясь по Манхеттену достал из кармана предмет, походивший на кирпич с антенной. Под недоумевающие взгляды прохожих, с помощью клавиатуры свого «кирпича», по имени Dyna-TAC, он набрал номер Джоэля Энгеля, начальника исследовательского отдела AT&T Bell Laboratories и поднес аппарат к уху.
История развития сотовой связи
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.
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.
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.