История развития сотовой мобильной связи

Введение.

Сотовая связь - молодой вид связи, заметно моложе спутниковой. Последняя начала использоваться с конца 50-х гг., т. е. ей уже около 50 лет. Концепция же сотовой связи была сформулирована в 1971 г., бо­лее 35 лет тому назад, а коммерческая эксплуатация первых систем началась в 1980-1981 гг., т. е. всего 25 лет назад. Но успех за эти 25 лет поражает любое воображение: сегодня сотовой связью пользуются в мире более 700 миллионов абонентов, и прогнозы на ближайшие го­ды не менее оптимистичны. Этим прогнозам приходится верить, по­скольку до сих пор все самые смелые предсказания реальной жизнью опрокидывались, действительность все прогнозы опережала!

Если обратиться к истории, а это в большинстве случаев и небе­зынтересно, и поучительно, то оказывается, что сотовая связь воз­никла отнюдь не вдруг и не на пустом месте. Ее появление было под­готовлено многолетним развитием техники и обусловлено возникно­вением настоятельной практической потребности в массовой подвиж­ной связи общественного применения. Концепция сотовой связи в ее современном виде, и, надо признать, концепция очень конструктивная и плодотворная, была выдвинута, как мы уже упоминали, в 1971 г. в США. И именно для США довольно подробно прослеживается пре­дыстория сотовой связи, начиная с 1895 г., считающегося годом изо­бретения радио.

Само изобретение радио было связано с его использованием в связи, что вполне естественно. Но в ранних применениях радиосвязь осуществлялась в телеграфном режиме, сообщения передавались азбукой Морзе. Первое упоминание об использовании подвижной ра­диотелефонной связи в США относится к 1921 г.: односторонняя ра­диотелефонная связь в диапазоне 2 МГц использовалась полицией Детройта для передачи диспетчерской информации от центрального передатчика к приемникам, установленным на автомашинах. Следующий шаг-двусторонняя подвижная радиотелефонная связь, так-же в диапазоне 2 МГц (полиция Нью-Йорка, 1933 г.). В 1934 г. Федеральная комиссия связи США выделила для радиотелефонной связи 4 канала в диапазоне 30...40 МГц, и в 1940 г. радиотелефонной связью пользовались уже около 40 тысяч полицейских автомашин. Во всех системах подвижной радиотелефонной связи, существовавших до 1940 г., использовалась амплитудная модуляция. С 1940 г. начала использоваться более помехоустойчивая частотная модуляция, и к 1946 г. она полностью вытеснила амплитудную. В ранних системах мобильной связи встречались и элементы, похожие на сотовую связь; в частности, корни идеи сотовой системы уходят еще в 1947 г. (Bell Laboratories), а в 1949 г. в Детройте диспетчерской службой такси использовалась система с повторением частот в разных ячейках при ручном переключении каналов пользователями в оговоренных заранее местах.

История развития сотовой мобильной связи.

Особенность мобильных радиотелефонных систем, существовавших до 1946 г., состояла в том, что все они были предназначены для специального (ведомственного) применения. Первый подвижный радиотелефон общего пользования, работавший в диапазоне 150 МГц, появился в США в 1946 г. (г. Сент-Луис). За 10 лет общественная радиотелефонная связь получила мощное развитие: в 1955 г. начала работать 11-канальная система в диапазоне 150 МГц, и в 1956 г. -12-канальная система в диапазоне 450 МГц. Однако и эти системы с точки зрения сегодняшнего дня были еще достаточно примитивными: обе они были полудуплексными, т. е. с поочередной передачей информации в одну и в другую сторону, и в них использовалась ручная коммутация. Автоматические дуплексные системы (с одновременной передачей информации в обоих направлениях) появились соответственно в 1964 и 1969 гг. После этого мобильная радиотелефонная связь стала распространяться настолько широко, потребность в ней стала нарастать так быстро, что начала остро ощущаться нехватка выделенных участков электромагнитного спектра. Именно эта теснота в эфире, когда в жестко определенной полосе частот могло разместиться лишь ограниченное число каналов связи, и привело к появлению идеи сотовой связи, в соответствии с которой емкость может наращиваться за счет повторного использования частот в системе с ячеечной структурой.

Архитектура той системы, которая сегодня известна как система сотовой связи, была изложена в техническом докладе компании Bell System представленном в Федеральную комиссию связи США в декабре 1971 г. И с этого времени началось развитие сотовой связи как таковой. Оно также не было быстрым и легким. Лишь после 1985 г. cотовая связь стала получать широкое признание и заметное распространение, результатом чего стал тот триумфальный успех, который мы видим сегодня. А в течение почти 15 лет, с 1971 г. до 1985 г., шли писки технических и организационных решении, борьба за доли рынка совершенствование технологии, и все это сопровождалось ошибками компромиссами, возникновением новых союзов и соглашений, огромным объемом упорного труда. 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 в том же диапазоне еще 10 МГц, и этот частотный ресурс сохраняется за стандартом AMPS/DAMPS по сей день. В 1978 г. в Чикаго начались испытания первой опытной системы сотовой связи на 2 тысячи абонентов. Первая автоматическая коммерческая система сотовой связи стандарта AMPS начала эксплуатироваться также в Чикаго в октябре 1983 г. компанией-оператором American Telephone and Telegraph (AT&T).Хорошо известно, однако, что «изобретение велосипеда» происходит обычно более или менее одновременно в нескольких местах сразу, когда созревают необходимые для этого условия и предпосылки. Именно так обстояло дело с сотовой связью. Практически одновременно с США успешные работы велись в Скандинавии, где была создана система NMT, общая для нескольких стран. Как и в США, появлению сотовой связи в Скандинавии предшествовало развитие других систем мобильной связи. Например, в Норвегии мобильная связь широко использовалась на море: радиотелеграфная - с 1908 г., радиотелефонная - с 1931 г. Наземная мобильная связь стала развиваться после второй мировой войны в виде частных сетей с ручной коммутацией, сначала в диапазоне 160 МГц, затем - 460 МГц. В Швеции в 50-х и 60-х гг. работало несколько экспериментально-коммерческих систем мобильной связи. Мобильная связь пользовалась большой популярностью, и уже к концу 60-х гг. в Скандинавии явно ощущался дефицит спектра. Именно к этому времени и относится возникновение идеи системы NMT.

Появление системы NMT непосредственно связано с работой Северного Совета - межгосударственного органа, учрежденного в 1953 г. правительствами Дании, Финляндии, Исландии, Норвегии и Швеции с целью координации сотрудничества стран - членов Совета в различных областях деятельности. Летом 1969 г. на встрече руководителей средств электросвязи Северного Совета было решено включить в число основных направлений сотрудничества разработку общей системы мобильной телефонной связи, для чего была образована соответствующая рабочая группа. К 1975 г. были определены основные принципы построения и характеристики системы, включая функции передачи обслуживания и роуминга, и составлен план дальнейших работ с окончанием испытаний системы в 1978 г. и вводом ее в действиe в 1981 г. В октябре 1981 г. сеть NMT-450 (диапазон 450 МГц) запущена в Швеции, в ноябре 1981 г. - в Норвегии, в 1982 г. - в Дании (январь), Финляндии (март) и Испании (июнь). Но получилось так, что первая сеть NMT-450 заработала в 1981 г. В сентябре в Саудовской Аравии, где она была смонтирована и запущена шведской компанией Ericsson, принимавшей активное участие в создании сетей NMT-450 в Скандинавии.

С запуском системы NMT-450 работы по стандарту NMT не закончились. Уже в 1983 г было решено начать разработку системы NMT-900(диапазон 900 МГц), которая стала функционировать с декабря 1986 г. Сети NMT-450 и NMT-900 продолжают работать до сих пор, хотя и сдают постепенно свои позиции под напором новых и более совершенных цифровых стандартов.

Работы по созданию систем сотовой связи проводились и в других странах, результатом чего стало появление еще нескольких систем, не совместимых друг с другом. В Японии был разработан стандарт NTT, близкий по техническим характеристикам к американскому AMPS, но в диапазоне 900 МГц. В Англии был разработан стандарт TACS, также технически близкий к AMPS, но в «европейском» сотовом диапазоне 900 МГц. Система TACS используется с января 1985 г., имеет несколько модификаций (ETACS, JTACS, NTACS) и до сих пор довольно широко распространена в мире. Свои стандарты были разработаны также в Германии, Франции, Италии и Швеции.

Все эти стандарты являются аналоговыми и относятся к первому поколению систем сотовой связи. Аналоговыми эти системы называются потому, что в них используется аналоговый способ передачи речевой информации с помощью обычной частотной (ЧМ) или фазовой (ФМ) модуляции, как и в обычных радиостанциях. Этот способ имеет ряд существенных недостатков: возможность прослушивания разговоров другими абонентами, отсутствие эффективных методов борьбы с замираниями сигналов под влиянием окружающего ландшафта и зданий или вследствие передвижения абонентов.

Кроме этого, использование различных стандартов сотовой связи и большая перегруженность выделенных частотных диапазонов стали препятствовать ее широкому применению.

Увеличить число абонентов можно было лишь двумя способами: расширив частотный диапазон(как, например, это было сделано в Великобритании - ETACS) или, перейдя к рациональному частотному планированию, позволяющему гораздо чаще использовать одни и те же частоты.

Использование новейших технологий и научных открытий в области связи и обработки сигналов позволило подойти к концу 80-х гг. к новому этапу развития систем сотовой связи - созданию систем второго поколения, основанных на цифровых методах обработки сигналов.

С целью разработки единого европейского стандарта цифровой сотовой связи для выделенного в этих целях диапазона 900 МГц в 1982 гЕвропейская Конференция Администраций Почт и Электросвязи (СЕРТ) - организация, объединяющая администрации связи 26 стран, - создала специальную группу Group Special Mobile. Аббре­виатура GSM и дала название новому стандарту (позднее, в связи с широким распространением этого стандарта во всем мире, GSM ста­ли расшифровывать как Global System for Mobile Communications). Результатом работы этой группы стали опубликованные в 1990 г требования к системе сотовой связи стандарта GSM, в котором ис­пользуются самые современные разработки ведущих научно-технических центров. К ним, в частности, относятся временное раз­деление каналов, шифрование сообщений и защита данных абонен­та, использование блочного и сверточного кодирования, новый вид модуляции - GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying).

He отставала от Европы и Америка, провозгласившая свою кон­цепцию «Услуги персональной связи » - PCS (Personal Communication Services). Ее целью был 50%-й охват населения страны к 2000 г. Для реализации этой концепции Федеральная комиссия связи США выделила три частотных участка в диапазоне 1,9...2,0 ГГц (широкополосные PCS) и один участок в диапазоне 900 МГц (узкополосные PCS).

В США в 1990 г. американская Промышленная Ассоциация в об­ласти связи TIA (Telecommunications Industry Association) утвердила национальный стандарт IS-54 цифровой сотовой связи. Этот стандарт стал более известен под аббревиатурой D-AMPS или ADC. В отличие от Европы, в США не были выделены новые частотные диапазоны, поэтому система должна была работать в полосе частот, общей с обычным AMPS.

Одновременно американская компания Qualcomm начала активную разработку нового стандарта сотовой связи, основанного на тех­нологии шумоподобных сигналов и кодовом разделении каналов,-CDMA (Code Division Multiple Access).

В 1991 г. в Европе появился стандарт DCS-1800 (Digital Cellular System 1800 МГц), созданный на базе стандарта GSM. Великобрита­ния сразу же приняла его в качестве основы для разработки уже упо­минавшейся концепции персональной связи, что стало началом его победоносного шествия по континентам земного шара.

В Японии был разработан собственный стандарт сотовой связи JDC (Japanese Digital Cellular), близкий по своим показателям к аме­риканскому стандарту D-AMPS. В 1992 г. в Германии вступила в ком­мерческую эксплуатацию первая система сотовой связи стандарта GSM. В 1993 г. в США после ряда успешных испытаний Промышлен­ная Ассоциация в области связи TIA приняла стандарт CDMA как внутренний стандарт цифровой сотовой связи, назвав его IS-95. В сентябре 1995 г., в Гонконге была открыта коммерческая эксплуатация первой сети стандарта IS-95.

Что такое сотовая связь Россия узнала лишь на закате перестройки. В Санкт-Петербурге, а затем и в Москве появились системы стандартат NMT-450i (усовершенствованный стандарт NMT-450). А принятие в 1994 г. концепции развития сетей сухопутной связи с подвижными объектами стало мощным катализатором дальнейшего развития сотовой в национальном масштабе. И если с внедрением стандартов NMT и AMPS страна отстала лет на десять, то провозглашение стандарта GSM в качестве одного из двух федеральных стандартов сократило этот временной разрыв примерно до трех лет.

Четкая ориентация на прогрессивные мировые технологии дает возможность России не отставать от ведущих стран мира в развитии современных систем подвижной радиосвязи. Не отстает Россия и по внедрению прогрессивного стандарта CDMA.

Дальнейшее развитие сотовой связи с подвижными объектами осуществляется в рамках создания проектов систем третьего поколения. Системы третьего поколения отличаются унифицированной системой радиодоступа, объединяющей существующие сотовые и «бесшнуровые» системы с информационными службами XXI в. Они имеют архитектуру единой сети и предоставляют связь абонентам в различных условиях, включая движущийся транспорт, жилые помещения, офисы и т. д. В Европе такая концепция, получившая название UMTS (универсальная система связи с подвижными объектами), предусматривает объединение функциональных возможностей суще-ствующих цифровых систем связи в единую систему третьего поколения FPLMTS (Future Public Land Mobile Telephone System) с предос-тавлением абонентам стандартизированных услуг связи с подвижными объектами. Работы по созданию международной системы связи с подвижными объектами общего пользования FPLMTS ведутся Международным союзом электросвязи. Для нее определен диапазон частот 1...3 ГГц, в котором выделены полосы шириной 60 МГц для стационарных станций и 170 МГц - для подвижных станций.

Принципиальное отличие технологий 3-го поколения от предыдущих - возможность обеспечить весь спектр современных услуг (передачу речи, работу в режиме коммутации каналов и коммутации пакетов, взаимодействие с Интернетом) и в то же время гарантировать совместимость с существующими системами.

Новым качеством этих систем является также то, что они позволяют компаниям-операторам самостоятельно разрабатывать приложения, функции и услуги, ориентируясь на требования конкретного региона и корректировать рост спроса на определенные

услуги.

Стремительный рост популярности Интернета и бурное развитие мобильной связи позволяет говорить о перспективе слияния этих двух технологий. Несмотря на ряд проблем, связанных с реализацией высокоскоростного доступа к Интернету с мобильного терминала, можно предположить, что со временем данная услуга станет одной из основных.

Прогнозы показывают, что определяющей тенденцией начавшегося процесса конвергенции услуг фиксированной и мобильной связи станет слияние мобильной связи с другими технологиями. Сотовые телефоны с «электронным компасом» для определения местоположения (GPS) вскоре станут незаменимыми помощниками автомобилистов и путешественников. Но наибольших успехов следует ожидать в области электронной коммерции. Уже сейчас расширен объем банковских услуг, получаемых непосредственно с помощью мобильного телефона. В их число входят платные информационно-справочные услуги, различные виды электронных платежей (оплата авиабилетов) и банковских операций с портативных или мобильных сотовых телефонов, что превратит их фактически в «карманные банкоматы».

Принципиально новым шагом в развитие систем сотовой связи с подвижными объектами стали одобренные Международной организацией стандартов (ISO) концепция интеллектуальных сетей связи и модели открытых систем (OSI). Концепция построения интеллектуальной сети используется сегодня для создания всех перспективных цифровых сотовых сетей с микро- и макросотами. Она предусматривает объединение систем сотовой связи, систем радиовызова и персональной связи при условиях оперативного предоставления абонентам каналов связи и развития услуг.