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.

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.

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.

Резюме

До момента коммерческого внедрения предложенной технологии пройдет еще несколько лет, в течение которых будет идти совершенствование аппаратуры, отработка технических нюансов и решение законодательных проблем. Однако начало победному шествию сотовой связи по планете положил всего один телефонный звонок, показавший огромный потенциал предложенной технологии.

 



  • На главную