Как работает мобильный интернет. Гид по всем поколениям сотовой связи

Почему связь называется сотовой

Принцип мобильной связи прост — территория, на которой обеспечивается
соединение абонентов, разбивается на отдельные ячейки или «соты», каждую из
которых обслуживает базовая станция. При этом в каждой «соте» абонент получает
идентичные услуги, поэтому сам он никак не чувствует пересечения этих
виртуальных границ.

Обычно базовая станция в виде пары железных шкафов с
оборудованием и антенн размещается на специально построенной вышке, однако в
городе их нередко размещают на крышах высотных зданий. В среднем каждая станция
ловит сигнал от мобильных телефонов на удалении до 35 километров.

Для улучшения качества обслуживания операторы также
устанавливают фемтосоты — маломощные и миниатюрные станции сотовой связи,
предназначенные для обслуживания небольшой территории. Они позволяют резко улучшить покрытие в тех
местах, где это необходимо.Сотовую связь в России объединят с космосом

Находящийся в сети мобильник прослушивает эфир и находит
сигнал базовой станции. В современную SIM-карту, кроме процессора и оперативки,
вшит уникальный ключ, позволяющий авторизоваться в сотовой сети. Связь телефона
со станцией может осуществляться по разным протоколам — например, цифровым DAMPS,
CDMA, GSM, UMTS.

Сотовые сети разных операторов соединены друг с другом, а
также со стационарной телефонной сетью. Если телефон выходит из поля действия
базовой станции, аппарат налаживает связь с другими — установленное абонентом
соединение незаметно передается другим «сотам», что обеспечивает непрерывную
связь при перемещениях.

В России для вещания сертифицированы три диапазона — 800
МГц, 1800 МГц и 2600 МГц. Диапазон 1800 МГц считается самым популярным в мире,
так как сочетает высокую емкость, большой радиус действия и высокую проникающую
способность. Именно в нем сейчас работают большинство мобильных сетей.

2000-е годы. мобильные данные: от 2 до 14,7 мбит/с

В сетях третьего поколения интернет стал по-настоящему широкополосным. Часто под этим термином понимают просто высокую скорость передачи данных мобильного интернета. В более узком смысле слово «широкополосный» подразумевает, что по одному носителю передается сразу несколько потоков информации. Например, единственный провод используется для голосовой связи и интернета одновременно.

Широкополосность тесно связана с понятием модуляции, которую проще объяснить на примере FM-радио. В эфире передается музыка, то есть звук. Человек воспринимает на слух сигналы с частотой от 20 Гц до 20 000 Гц (1 Гц — ​одно колебание в секунду).

Однако частота радиоволн в FM-диапазоне намного выше: в районе 100 МГц (миллионов герц). Чтобы радиочастота (несущая) передавала звук, ее модулируют, то есть изменяют: когда уровень звукового сигнала повышается, увеличивается частота несущей, и наоборот.

Частота несущей радиоволны колеблется в пределах 180 кГц. Этой полосы пропускания (bandwidth) хватает, чтобы приемник извлек из нее качественный звук. Аббревиатура FM, собственно, и означает частотную модуляцию — ​Frequency Modulation.

Звук, который мы слышим по радио, устроен куда сложнее и содержит больше информации, чем цифровой сигнал — ​последовательность нулей и единиц. Однако, используя продвинутые алгоритмы модуляции, можно упаковать в несущую волну сразу много цифровых потоков, то есть сделать сигнал широкополосным.

В сетях третьего поколения, вместо того чтобы делить частотный диапазон на полосы по 25 кГц (2G FDMA) между абонентами, им дали возможность совместно использовать «магистраль» шириной в 1,23 МГц, то есть в пятьдесят раз больше.

Для совместного доступа применили технологию с разделением по коду: CDMA (Code Division Multiple Access). По каналу пришлось передавать значительное количество «лишней» информации (псевдослучайный код), но результат того стоил: скорость мобильного интернета многократно возросла.

2022-е годы. мобильные данные: от 300 мбит/с до 3 гбит/с

Сети четвертого поколения работают приблизительно в том же диапазоне частот, что и 3G и даже 2G (от 800 до 2600 МГц). Но если в начале 1990-х все наши мобильные данные сводились к эсэмэскам, то сегодня мы на лету смотрим видео высокого разрешения, редко сталкиваясь с недостаточной скоротью передачи данных.

Технология 4G выжала все соки из эфирного пространства, которое эксплуатировалось десятилетиями. Не зря четвертое поколение ассоциируется с аббревиатурой LTE — ​Long Term Evolution, или долговременное развитие.

Радиоволны, подобно волнам на поверхности воды, могут взаимодействовать с окружающими предметами и друг с другом. Они отражаются от зданий, рассеиваются, проходя сквозь стены, и даже искажают соседние волны. Чтобы волны соседних полос не мешали друг другу, в технологиях FDMA и CDMA между ними оставляли защитный диапазон.

MIMO расшифровывается как Multiple Input Multiple Output — ​«множественные входы и множественные выходы». Базовая станция посылает сигнал сразу с двух или более антенн, а мобильное устройство принимает соответственно двумя или более антеннами (да, все они помещаются в компактном корпусе).

За технологией OFDMA (O здесь означает «ортогональный») стоит сложная математика. Но вкратце суть ее в том, что отведенная одному абоненту полоса частот (несущая) разбивается на множество (до 256) поднесущих. Их частотные спектры пересекаются, и они непременно мешали бы друг другу, если бы не были филигранно синхронизированы по времени. В тот момент, когда поднесущая достигает пика мощности, ее ближайшие соседки всегда слабы.

В сетях 4G ресурсы сети используются максимально гибко. Система постоянно варьирует ширину полос, временные слоты и количество поднесущих в зависимости от аппетитов конкретных пользователей и качества радиосигнала. Устройство, которому требуется максимальная скорость, получает широкий канал, и наоборот  — гаджеты, которым достаточно медленного интернета, не расходуют ресурсы сети понапрасну.

2020-е годы. мобильные данные: от 100 мбит/с до 20 гбит/с

Разработчики сетей четвертого поколения нарезали радиоэфир настолько мелкими порциями, что, кажется, вплотную приблизились к теоретическому лимиту ускорения связи. Поэтому впервые за 40 лет мобильные устройства выходят в новый частотный диапазон, который будет намного шире предыдущего.

Новые эфирные просторы обеспечат высокую скорость передачи данных: разработчики обещают, что полнометражные фильмы в высоком разрешении мы будем скачивать за считанные секунды. Однако скорость не главный параметр 5G. Важнее количество подключенных устройств: до миллиона на квадратный километр.

Сети пятого поколения создаются не только и не столько для людей, сколько для машин: домашней и промышленной автоматики, беспилотного транспорта, устройств интернета вещей. Стандарт текущего тысячелетия развивается экстенсивно: больше частот, больше базовых станций, больше антенн, больше сот.

Подробно о технологиях, на которых строятся сети пятого поколения, читайте в отдельном материале:

Motorola – становление лидера

Как мы уже сказали, идея Bell Laboratories оказалось неудачной. Сервис для бизнесменов проработал с горем пополам пять лет и остановился. С этого момента интерес к радиотелефонной мобильной связи практически пропал. Наученные горьким опытом Bell Laboratories конкуренты не рвались за кажущимися вдалеке золотыми горами.

В ряде городов США появлялись небольшие радиотелефонные сети, однако заметных прибылей они не приносили. Ещё одной из причин торможения была Федеральная Комиссия по Коммуникациям (Federal Communications Commissions (FСС), которой потребовался 21 год, чтобы официально разрешить широкомасштабное использование сотовых телефонов гражданскими лицами.

Всё началось в 1954 году, когда инженер Мартин Купер (Martin Cooper) пришёл в компанию Motorola, известную в то время как производитель радиоаппаратуры. Парень получил должность инженера и работал вполне успешно, получив через несколько лет повышение – Купер стал главой отдела по разработке портативных устройств.

В 1967 году были созданы первые портативные рации, которые и дали толчок к созданию мобильного телефона.

Параллельно с Motorola, Bell также разрабатывала систему мобильной связи, однако, удача ей не улыбнулась. Всего Motorola затратила 15 лет и $ 100 миллионов на создание первой мобильной сети.

Чтобы получить разрешение на использование радиочастот у FCC, необходимо было убедить комиссию в том, что мобильная связь действительно имеет будущее. Весной 1973, 3 апреля, сотрудники Motorola на вершине 50-этажного здания в Нью-Йорке установили первую базовую станцию. Станция могла одновременно поддерживать тридцать пользователей и предоставлять им доступ к городской телефонной сети.

Мартин Купер, под руководством которого и создавался этот проект, самолично сделал первый в мире звонок с мобильного телефона. Причём, он позвонил главе исследовательского отдела конкурентной Bell Laboratories, Джоэлю Энгелю. Общение конкурентов, несмотря на детскую выходку Купера, прошло вполне политкорректно, и Энгель поздравил Motorola с триумфом.

С этого времени Motorola становится первой в мире на рынке сотовых телефонов. Своё первенство компания удерживала немало времени, и сегодня продолжает входить в тройку лучших. Телефон, с которого звонил Мартин, назывался Dyna-Tac. Его размеры были 225х125х375 мм, а вес составлял немного нимало 1,15 кг, что, впрочем, намного меньше 30 кг устройств конца сороковых.

С помощью аппарата можно было звонить и принимать сигнал, в наличии было 12 клавиш, из которых 10 были цифровых, а две другие начали разговор и прерывали звонок. Аккумуляторы Dyna-Tac позволяли работать в режиме разговора около получаса, а их зарядка требовала 10 часов.

Интересно отметить факт, оказавший влияние на всю историю сотовой связи. Одновременно с Motorola, Bell также хотела убедить FCC зарезервировать им радиочастоты. AT&T в то время продвигала ту же идею, что и в 1947 – телефонную связь в автомобилях.

Правда, новые устройства весили 14 кг. Компания заявила комиссии, что через год количество машин, оснащённых сотовыми телефонами, составит 50,000, а в 2000 году и подавно – 900,000 (сегодня мобильники используют больше 2 миллиардов). Самое главное, что Bell сообщила FCC: «сотовые телефоны не имеют будущего, в то время как связь в автомобилях используется уже сегодня».

Motorola необходимо было поторапливаться, и она в течении 90 дней смогла совершить первый в мире звонок с мобильного телефона.

А теперь перенесёмся на несколько лет вперёд и расскажем о том, что принесло Motorola успех. Конечно, кажется удивительным, что FCC одобрила использование частот для Motorola (Dyna-Tac использовался официально), ведь чиновники, даже в США, обычно медлительны и очень скептически настроены ко всему новому.

А дело бы так…

В начале 80-х основатель Motorola, Пол Галвин, имел прямой контакт с вице-президентом Джорджем Бушем. Пол связался с Бушем и попросил его устроить для семилетней внучки экскурсию по Белому Дому. Буш согласился, и пригласил Пола и его внучку в правительство.

Как только экскурсия подошла к концу, Пол задал следующий вопрос: «Почему бы тебе (Буш) не позвонить Барбаре?». Буш согласился и взял мобильник из рук Пола, чтобы позвонить своей жене: «Ты знаешь, что я сейчас делаю? – спросил возбуждённый Буш. – Я говорю по мобильному телефону!».

Затем Буш запросто спросил Пола: «Рон видел это?». Глава компания сразу же понял, кого имел в виду его друг и ответил отрицательно.

В тот же день Рональд Рейган (президент США) и Пол встретились. Рейган сделал звонок по мобильнику и сразу же взял быка за рога:

«Какой статус у этого устройства?». Пол ответил, что Motorola ждёт уже несколько лет одобрения от комиссии, но всё безрезультатно, и намекнул, что если будут тянуть и дальше, то, Япония может стать первой. Услышав ответ, Рейган долго не думал, и дальше было как в кино:

президент США связался с помощником и сообщил ему буквально следующее: «Скажи управляющему FCC, что я хочу, чтобы устройство Motorola вышло официально». В итоге, в 1982 FCC признала, что сотовые телефоны безопасны, а в 1983 модель Dyna-Tас была одобрена официально.

С 1974 года FCC начала потихоньку выделять частоты для желающих создать коммерческие сети.Через полгода после Motorola, Bell представила свою версию мобильного телефона. Всего услугами компании в 1978 году пользовались 545 абонентов, и почти четыре тысячи стояли на очереди.

В 1979 году Япония заинтересовалась американской разработкой и начала проводить соответствующие испытания.

В 1982 году FCC официально одобрила технологию сотовой связи. В комиссию пришло более 600 заявок от компаний на получение соответствующих лицензий, причём две трети заявленных использовали оборудование от Motorola.

Motorola была выбрана FCC и первой в мире стала выпускать сотовые телефоны. 10 лет потребовалось на то, чтобы мобильники вышли на рынок, для сравнения, микроволновкам для этого потребовалось 19 лет, а компьютерам – 15.

Motorola Dyna-TAC 8000x, представлявший пятое поколение Dyna-TAC, стал первым сотовым компании, попавшим на прилавок.

Заложение первых принципов сотовой связи

Первые принципы мобильной связи были заложены в конце 1946 г. компаниями AT&T и Bell Telephone Laboratories. Из-за отсутствия необходимых технологий, устройства весили более 30 кг и имели отдельный блок питания, который не учитывался при определении массы телефона.

Через год инженер Дуглас Ринг из Bell Laboratories усовершенствовал идею для сотовой связи, удобной для использования не только в автомобилях. Реализация этого проекта позволила человечеству приблизиться к созданию первого мобильного телефона.

История развития сотовой связи

Впервые подвижная телефонная односторонняя радиосвязь была использована в 1921 г. в городе Детройт, США. С ее помощью полиция передавала информацию в приемники, установленные в автомобилях. Двусторонняя система появилась в 1933 г., ей пользовалась полиция Нью-Йорка. К 1940 г. связью были оснащены более 10 тыс. полицейских автомобилей. Все это время использовалась амплитудная модуляция, которая была полностью вытеснена частотной модуляцией к 1946 г.

Как появилась сотовая связь

Впервые идея сотовой связи была выдвинута в 1947 году — над
ней работали инженеры из Bell Labs Дуглас Ринг и Рэй Янг. Однако реальные
перспективы ее воплощения стали вырисовываться только к началу 1970-х годов,
когда сотрудники компании разработали рабочую архитектуру аппаратной платформы
сотовой связи.

Так, американские инженеры предложили размещать передающие
станции не в центре, а по углам «ячеек», а чуть позже была придумана технология,
позволяющая абонентам передвигаться между этими «сотами», не прерывая связи.
После этого осталось разработать действующее оборудование для такой технологии.

Задачу успешно решила компания Motorola — ее инженер Мартин
Купер 3 апреля 1973 года продемонстрировал первый работающий прототип
мобильного телефона. Он позвонил начальнику исследовательского отдела
компании-конкурента прямо с улицы и рассказал ему о собственных успехах.

Руководство Motorola немедленно вложило в перспективный
проект 100 миллионов долларов, однако на коммерческий рынок технология вышла
только через десять лет. Такая задержка связана с тем, что сначала требовалось
создать глобальную инфраструктуру
базовых станций сотовой связи.

На территории США этой работой занялась компания AT&T — телекоммуникационный
гигант добился от федерального правительства лицензирования нужных частот и
построил первую сотовую сеть, которая охватила крупнейшие американские города.
В качестве первого мобильника выступила знаменитая модель Motorola DynaTAC 8000.

В продажу первый сотовый телефон поступил 6 марта 1983 года.
Он весил почти 800 граммов, мог работать
на одном заряде 30 минут в режиме разговора и заряжался около 10 часов. При
этом аппарат стоил 3995 долларов — баснословную сумму по тем временам. Несмотря
на это, мобильник мгновенно стал популярен.

Как работает сотовая связь

Современная сотовая сеть состоит из базовых станций – многочастотных УКВ-приемопередатчиков, равномерно распределенных по всей зоне покрытия. Внешне они выглядят как огромные вышки красного или белого цвета со специальным оборудованием.

Вертикальные части антенны отвечают за мобильную связь, круглые — обеспечивают связь с контроллером. Радиус действия базовой станции – 35 километров (но это не предел, см. далее). Каждая базовая станция имеет шесть секторов обслуживания, один сектор принимает до 70 телефонных звонков одновременно. Умножьте 6 на 70 и поймёте, почему на Новый Год никому нельзя дозвониться :).

Рядом стоящие станции никогда не работают в одном и том же диапазоне – иначе не избежать интерференционных помех.

Какие стандарты мобильной связи бывают

Первые мобильники работали с технологий 1G — это самое первое поколение сотовой связи,
которое опиралось на аналоговые телекоммуникационные стандарты, главным из
которых стал NMT — Nordic Mobile Telephone. Он предназначался
исключительно для передачи голосового
трафика.

К 1991 году относят рождение 2G — главным стандартом нового
поколения стал GSM (Global System for Mobile Communications). Данный стандарт
поддерживается до сих пор. Связь в этом стандарте стала цифровой, появилась
возможность шифрования голосового трафика и отправки СМС.

Скорость передачи данных внутри GSM не превышала 9,6 кбит/с,
что делало невозможной передачу видео или высококачественного звука. Проблему
был призван решить стандарт GPRS, известный как 2.5G. Он впервые позволил пользоваться сетью Интернет владельцам мобильных телефонов.

Такой стандарт уже обеспечил скорость передачи данных до 114
Кбит/c. Однако вскоре он также перестал удовлетворять постоянно растущие
запросы пользователей. Для решения этой проблемы в 2000 году был разработан
стандарт 3G, который обеспечивал доступ к услугам Сети на
скорости передачи данных в 2 Мбита.

Еще одним отличием 3G
стало присвоение каждому абоненту IP-адреса, что позволило превратить мобильники в маленькие компьютеры,
подключенные к интернету. Первая коммерческая сеть 3G была запущена 1 октября
2001 года в Японии. В дальнейшем пропускная способность стандарта неоднократно
увеличивалась.

Наиболее современный стандарт — связь четвертого поколения 4G, которая предназначена только для высокоскоростных
сервисов передачи данных. Пропускная способность сети 4G способна достигать 300
Мбит/сек, что дает пользователю практически неограниченные возможности работы в
интернете.

От радиоволн…

Генрих Герц в 1888 году открыл способ создания и обнаружения электромагнитных радиоволн. В 1895 году 25 апреля русский учёный Александр Степанович Попов сделал доклад, посвящённый методу использования излученных электромагнитных волн для беспроводной передачи электрических сигналов, содержащих информацию.

В марте 1896 года А.С. Попов провёл эксперимент, в котором на 250 метров передал радиограмму с двумя словами «Генрих Герц».

Через несколько лет, в Кронштадте под руководством учёного был налажен выпуск принимающей и передающей аппаратуры. Предприимчивый итальянец Гульельмо Маркони заинтересовался новым изобретением, подал патент в Англии и создал подобное устройство, чуть усложнив схемы А.С. Попова.

Впоследствии, для военных нужд в Англии была организована компания «Маркони».

История беспроводной связи начинается в далёком 1901 году. В июле того года, английской компании «Маркони» удалось передать сигналы из станции Польдю в Англии в станцию Сент-Джонс в Ньюфаунленде.

Сама компания была в начале двадцатого века единственной, кто осуществлял проводную междугороднюю и международную связь. Сигналы ежедневно передавались по кабелям, проложенными между США и Европой.

Но, вернёмся в Россию – в 1912 году под опекой правительства было образовано Русско-английское радиотелеграфное общество при сотрудничестве «Маркони», которая брала на себя обязательство устанавливать мощные ретрансляторные вышки на территории России.

Через станции, установленные в Москве, Одессе, Петербурге и Варшаве проходило до двадцати тысяч слов в сутки.

Первой из самых мощных радиотелеграфных станций в начале прошлого века была точка в Северной Ирландии, её мощность составляла 500 кВт.

Следующей стала станция в Кольтано, Италия, обеспечивающая соединения с США, Англией, Испанией и некоторыми колониями в Африке. Мощность итальянского чуда составляла одну тысячу кВт.

Английский магнат связи «Маркони» развернулся также в Египте, Южной Африке, Индии, Сингапуре, Испании, Чили, Греции, Дании, Бразилии, Турции и т.д.

Беспроводная связь устанавливалась на частные яхты, торговые и военные суда – всего к прообразу сотовой связи было подключено больше четырехсот портов. В Англии весь военный флот был оснащён радиосвязью. Интересно отметить, что в Испании тогдашний король Альфонс лично открыл беспроводную вышку, связавшую полуостров с Болеварскими и Канарскими островами.

Стоимость переговоров между Лондоном и Нью-Йорком составляла 7,5 пенсов за пять минут. Спрос же на радиосвязь рос постоянно. Например, в Канаде и Бразилии, существовали газеты, получавшие информацию (о погоде и др.) целиком и полностью только за счёт беспроводной связи «Маркони».

С помощью новой связи также стали передавать корреспонденцию, клиентам приходилось платить за каждое отправленное слово.

В 1921 году полиция города Детройта, США, получила возможность использовать мобильную связь в автомобилях. Использовались частоты в диапазоне около 2 МГц, связь была ненадёжной и постоянно возникали помехи.

Первая раскладушка

В 1996 году публике был представлен телефон Motorola StarTAC, который имел важную отличительную черту – он имел раскладной форм-фактор. Вдобавок к этому он мало весил (около 90 гр.). Стоимость StarTAC составляла 1000 долларов США.

Первые телефоны

Но, это лишь предпосылки. Настоящая история сотовой связи начинается в 1946 году в городе Сант-Луинс, США. Напомним, что сотовый телефон является дуплексной радиостанцией, ведущей обмен на разных частотах. В наличии принимающая часть и передающая, обеспечивающие связь с базовой станцией (БС) или ретранслятором.

Канал БС-телефон называется downlink, а телефон-БС – uplink.

Компания AT&T Bell Laboratories создала радиотелефоны, устанавливающиеся в автомобилях. Стоит ли говорить, что вся аппаратура в начале была громоздкой и тяжёлой. Переключение абонента между каналами связи, в поисках свободного, осуществлялось вручную.

Радиопередатчик позволял пассажирам или водителю связаться с АТС и таким образом совершить звонок. Надо упомянуть, что само телефонное общение было сложным – нельзя было и слушать и говорить одновременно. Так, чтобы донести своё сообщение до собеседника, нужно было нажать и удерживать кнопку телефонной трубки, а чтобы услышать ответ, кнопку надо было отпустить (зато, таким образом можно говорить сколько угодно, и знать, что вас никто не сможет перебить).

Чтобы позвонить на радиотелефон, приходилось сначала звонить на телефонную станцию и затем сообщать номер оператору. Всего такая «первобытная» система связи поддерживала 23 пользователя одновременно и предназначалась для бизнесменов, переезжающих из Нью-Йорка в Бостон.

Вес аппарата-первооткрывателя сотовой связи составлял 30 кг и для работы он требовал подключения к электросети, поэтому становится ясно, почему первые в мире «мобильники» устанавливались в машинах. Но, инновационная идея Bell Laboratories с треском провалилась – слишком уж дорого выходило пользование услугами мобильной связи.

Впрочем, зерно было посеяно. Для связи обычно выделяется диапазон с фиксированными частотными каналами. Если в одно время используются близкие по частоте каналы связи, то общаться с помощью телефонов практически невозможно. В это же время компания разработала систему ячеек или сот (cell – откуда и пошло сегодняшнее название сотовых телефонов).

Принцип действия сот прост. Ранее для общения выделялось всего несколько каналов, и пользователи могли создавать друг для друга не только помехи, но и прослушивать телефонные разговоры. Теперь же проезжающая машина, попадая в другую соту, могла использовать любую частоту, без опаски наткнуться на занятый эфир.

То есть, чем больше ячеек, тем меньше помех и тем больше абонентов могут использовать сотовую связью.

Немного отвлечёмся от Америки и вспомним об СССР. У нас первая полностью автоматическая
дуплексная система профессиональной мобильной радиосвязи с подвижными объектами под названием «Алтай» заработала в конце 1950 годов. В течение долгого времени «Алтай» был единственным средством мобильным связи в стране.

Первый iphone

Компания Apple представила свой первый смартфон в январе 2007 г., а в продажу сенсорный телефон поступил в июне того же года. История его создания началась, когда Стив Джобс решил реализовать в мобильном телефоне идею Finger Works (сенсорный экран), используемую для взаимодействия с компьютером. В 2005 г. был начат проект Project Purple 2, а планируемый смартфон носил название “Purple One”, но до конца идея доведена не была.

В 2005 г. Apple приняла участие в работе над разработкой мобильного телефона Motorola ROKR, куда был интегрирован проигрыватель iTunes. После провала этой модели Стив Джобс начал разработку iPhone в обстановке строгой секретности. Готовый iPhone был представлен публике в 2007 г.

Первый смартфон

Многие считают аппарат от компании Apple первым смартфоном, который был выпущен в 2007 г., но это не так. Первый смартфон произведен в 1996 г., он имел название IBM Simon. Управлять устройством можно было при помощи сенсорного экрана и стилуса. Телефон дает доступ к электронной почте, блокноту и калькулятору.

Первый сотовый телефон

Motorola – это та самая компания, которая первая в мире создала сотовый телефон. В 1973 г. публике был представлена модель DynaTAC. Вес составлял более одного килограмма, а длительность автономной работы не превышала получаса, при том, что для полной зарядки батареи требовалось более 10 часов.

Первый сотовый телефон в россии

В России первым телефоном принято считать Nokia Mobira Senator. Это был автомобильный сотовый телефон, которым активно пользовались представители верхних эшелонов власти, в том числе и Михаил Горбачев. А вот первым оператором сотовой связи в России является “Дельта Телеком”, которая в 2022 г. присоединилась к “Теле2 Россия”.

Мы также рекомендуем вам ознакомиться с другими материалами: Сотовый и мобильный телефон в чем разница.

Самый первый мобильный телефон

В 1957 г. благодаря Леониду Ивановичу Куприяновичу в мире появилось первое устройство для мобильной связи – ЛК-1. Вес устройства составлял 3 кг, время автономной работы превышало 20 часов. Устройство, наиболее похожее на современные мобильные, появится в 1958 г. Советский инженер дал ему название ЛК-2, его вес был снижен до 500 гр.

Сотовая связь будущего

Стандарт 4G заточен на непрерывную передачу гигабайтов
информации, в нем даже отсутствует канал для передачи голоса. За счет
чрезвычайно эффективных схем мультиплексирования загрузка фильма высокого
разрешения в такой сети займет у пользователя 10-15 минут. Однако даже его
возможности уже считаются ограниченными.

В 2020 году ожидается официальный запуск нового поколения
связи стандарта 5G, который позволит передачу больших объемов данных на
сверхвысоких скоростях до 10 Гбит/сек. Кроме этого, стандарт позволит
подключить к высокоскоростному интернету до 100 миллиардов устройств.

Именно 5G позволит появиться настоящему интернету вещей — миллиарды
устройств будут обмениваться информацией в реальном времени. По оценке
экспертов, сетевой трафик скоро вырастет
на 400%. Например, автомобили начнут постоянно находиться в глобальной Сети и получать
данные о дорожной обстановке.

Низкая степень задержки обеспечит связь между транспортными
средствами и инфраструктурой в режиме реального времени. Ожидается, что надежное
и постоянно действующее соединение впервые откроет возможность для запуска на
дорогах полностью автономных транспортных средств.

Российские операторы уже экспериментируют с новыми спецификациями
— например, работы в этом направлении ведет «Ростелеком». Компания подписала
соглашение о строительстве сетей 5G в инновационном центре «Сколково». Реализация
проекта входит в государственную программу «Цифровая экономика», недавно
утвержденную правительством.

Сотовые телефоны – девяностые

Сотовая связь развивалась с каждым годом всё быстрее. На рынки приходили новые операторы и производители. Motorola, долгое время почивавшая на лаврах лидера, потеснилась. Nokia, тихая финская компания, в 1987 году представила свой первый мобильный телефон.

Сегодня же она является лидером в индустрии, занимая почти треть рынка, следом за ней стоят Motorola и Samsung.

В 1993 году Nokia объявила о новом сервисе для передачи текстовых сообщений, а в 1994 году появился телефон Nokia 2110 под стандарт GSM с поддержкой SMS сообщений.

Ericsson в 1994 году заменила гарнитуру для своего мобильного телефона модулем Bluetooth, этот год можно считать первым появлением набирающего сегодня обороты стандарта. Первый складной телефон был представлен в 1996 году и назывался Motorola StarTAC.

Развитие сетей CDMA в РФ было стимулировано приказом Министерства связи РФ № 18 от 24 февраля 1996 года. Первые CDMA развернулись в Челябинске, Москве и Санкт-Петербурге.

В 1998 году 20 мая Bluetooth принимают официально и создаётся альянс из компания Nokia, Ericsson, Toshiba, IBM и Intel.

Название Bluetooth исходит к королю Дании Харальду Блетанду, сумевшему в 10 веке объединить Данию с Норвегией. Устройства Bluetooth – это радиопередатчики, связь между ними осуществляется на радиочастоте 2,4 Гц в нелицензированном диапазоне ISM на расстоянии от 10 м.

Скорость передачи данных – до 723.2 кб/с. Во Франции Bluetooth используется на другой частоте. В то же время был создан первый смартфон – Qualcomm pdQ-800 (объём памяти 2 Мб, совместим с CDMA 1900 и аналоговым CDMA 800, чёрно-белый 2 битный экран).

В 2000 году Samsung отличилась первым в мире телефоном с возможностью проигрывания MP3 – это Samsung Uproar (стандарты CDMA 1900 и AMPS 800, встроенная флэш-память на 64 Мб).

В 2001 году в США появились в продаже одноразовые бумажные мобильники, подобную идею одноразовых телефонов подхватил и Китай и другие страны Азии. Их стоимость должны была составлять от 5 до 10 долларов. Однако, такие сотовые не снискали популярности, основное их предназначение было выручать туристов (не нужно было переподключаться, а всего лишь заплатить символическую сумму) и тех, у кого в нужный момент сели аккумуляторы.

В это же время в широкую продажу поступают гарнитуры Bluetooth.

Первые мобильные вирусы появились на рубеже нового тысячелетия. Первенец был испанского происхождения и назывался Timofonica. Червь через заражённые компьютеры рассылал через Интернет SMS на номера сотовых и отправлял себя по записной книжке e-mail.

И, снова, в 2001 году, Samsung метко бьёт в цель и выпускает телефон-раскладушку Samsung SGH-A400, предназначенный исключительно для женщин. С этого момента индустрия и клиенты признают, что телефон становится не в последнюю очередь модным аксессуаром.

2002 год отмечен появлением первого видеофона – Nokia 3650 (GSM, ОС – J2ME, разрешение передаваемого видео – 640×480) и телефона со встроенным модулем спутниковой системы местонахождения – GPS Kyocera 7135 Smartphone. Через год на прилавки вышла модель с интернет-браузером, это была модель Sony Ericsson T616.

Стандарты связи

В Европе же исследования по стандартам сотовой связи велись ещё с конца семидесятых, основной интерес проявляли Швеция, Финляндия, Исландия, Дания и Норвегия. Результатом исследований стал стандарт связи NMT-450 (Nordic Mobile Telephone), который предназначался для работы в диапазоне 450 МГц.

NMT-450 стал использоваться в 1981 году в Саудовской Аравии, и лишь месяцем позже – в Европе. Различные варианты NMT-450 были взяты на вооружение в Австрии, Швейцарии, Голландии, Бельгии, странах Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока.

В 1983 году, в Чикаго, начала работу сеть стандарта AMPS /Advanced Mobile Phone Service), который был разработан Bell Laboratories.

В 1985, в Англии, был принят стандарт TACS (TotalAccess Communications System), являвшийся разновидностью американского AMPS. Через два года, из-за резко возросшего числа абонентов, был принят HTAC.S (Enhanced TACS), добавивший новые частоты и частично исправивший недостатки предшественника.

Франция же стояла отдельно от всех и начала использовать собственный Radiocom-2000 с 1985 года.

Следующим стал NMT-900, использующий, соответственно, частоты 900 МГц диапазона. Новая версия стала применяться в 1986 году и позволила увеличить число абонентов и улучшила стабильность системы.

Конечно же, все описанные выше стандарты связи являются аналоговыми и тем самым первым поколением (1 G). Они осуществляют передачу информации с помощью частотной или фазовой модуляции, наподобие того, как работают обычные радио ретрансляторы. Недостатком является пресловутая перекрываемость каналов и создаваемые этим помехи, а также потеря сигнала на сложной местности или в окружении зданий.

Часть проблем можно было решить банальным расширением количества частот, предназначенных для сотовой связи, так, кстати, и поступили в Англии (HTAC.S). Однако прогресс не стоял на месте. Как известно, реальной проблемой в создании мобильных телефонов был их размер – пока не появились дешёвые и доступные микросхемы, создать сотовые было невозможно, ведь вес в один с лишним килограмм мало кого устраивал.

Тоже самое было и в области связи, постепенно появлялась возможность создавать более совершенные передающие устройства. Организация по почте и электросвязи СЕРТ, объединяющая 26 стран, в 1982 году создала исследовательское подразделение Groupe Special Mobile, аббревиатура которого стала названием самого популярного стандарта сегодня.

Новый стандарт связи разрабатывался в течение восьми лет, и впервые о нём было заявлено лишь в 1990 году – тогда были предложены спецификации стандарта. Вскоре, GSM стали расшифровывать как Global System for Mobile Communications.

Напомним, что GSM является цифровым стандартом сотовой связи, в нём реализованы временное разделение каналов (TDMA – множественный доступ с разделением по времени, когда для станции выделяются тайм-слоты по 0,577 для передачи 2×57 бит), шифрование сообщений, блочное кодирование, а также модуляция GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying).

Поступающий в телефон аналоговый сигнал (речь) кодируется в цифровой и таким образом передаётся, а цифровая связь, как мы знаем, не искажает исходные данные, в отличие от аналоговой. Временное разделение каналов означает, что 8 абонентов могут использовать одновременно один канал связи.

Это достигается за счёт временного разделения каналов, то есть аппараты абонентов по очереди связываются со станцией и обмениваются с ней данными.

Чуть раньше, в 1989 году английский Департамент торговли и промышленности, Department of Trade and Industry, выпустил документ, описывающий состояние радиосетей PCN (Persona!

Communication Networks). По прогнозам сотрудников Департамента, к 2000 году до 15 % населения страны использовали бы мобильные телефоны. Похожий документ был опубликован и в США, там государство планировало к 2000 году осчастливить половину своего народа сотовой связью и для этого даже выделило диапазоны с частотами 1,9-2 ГГц и 900 МГц.

Стандартов же сотовой связи только прибавлялось, основа сегодняшнего рынка связи закладывалась пятнадцать лет назад. В 1990 в США был утверждёна спецификация IS-54 на национальном уровне. Это цифровой стандарт, больше известен как D-AMPS или ADC.

В то же время начал зарождаться и современный CDMA, спрос на современный вариант которого в нашей стране стал появляться лишь недавно. Созданием CDMA занималась компания Qualcomm. CDMA является следующей ступенью после GSM, предоставляя более быструю и надёжную связь; также использует временное разделение каналов, однако более широкое, нежели GSM.

Излучение сотовых с CDMA составляет всего 10 мВт, что сравнимо с обычным FM-радиоприёмником.

DSC-1800 (Digital Cellular System) появился в Европе в 1991 году, также создан на основе GSM, на него сразу же положила глаз Великобритания. DSC-1800 решал проблему переполнения соты, то есть случай, когда на одну базовую станцию приходилось слишком большое число абонентов, увеличивая ёмкость сети.

В Японии в тот же год был создан собственный стандарт JDC (Japanese Digital Cellular), чем-то схожий с американским D-AMPS. Он был тут же утверждён к использованию Министерством связи страны.

Впереди всех в 1992 году оказалась Германия, развернув первую систему сотовой связи GSM.

То есть, на практике стал применяться стандарт связи второго поколения (2 G). Первый в мире телефон с поддержкой GSM был создан компанией Benefon ESC. В 1993 году в США стал применяться CDMA (или IS-95) в диапазоне частот 800 МГц. В это же время в Англии начала свою работу сеть DCS-1800 One-2-One. Забегая вперёд, скажем, что в 1995 году в Гонконге заработала сеть CDMA.

В общем, стандартов связи было множество, и к середине девяностых большинство цивилизованных стран плавно переходили на цифровые спецификации. В России же, особенно во времена конца перестройки, казалось, что о сотовых телефонах думать не время. Однако в Санкт-Петербурге в 1991 году начала свою работу сотовая компании «Дельта Телеком».

ЗАО “Дельта Телеком” являлась первым оператором сотовой связи на российском рынке.. В то время пользоваться услугами связи могли себе позволить только состоятельные люди. Судите сами – сотовый телефон в России стоил 2000 $, подключение к сети – также 2000 $.

Минута эфирного времени обходилась в один доллар. Компания предлагала модель Mobira – MD 59 NB2 производства Nokia весом 3 кг. Первым воспользовался новой услугой мэр города Анатолий Собчак – он позвонил по сотовому мэру Нью-Йорка. “Дельта Телеком” использовала аналоговый стандарт NMT-450i.

Заключение

На сегодняшний день в России услугами сотовой связи пользуются около 102 440 000 человек. Развитие новых сетей идёт полным ходом, начинают использоваться и внедряться прогрессивные стандарты и спецификации третьего поколения. Компания NTT DoCoMo в этом году совместно с МТС ввела в нашей стране услугу i-mode, которая позволяет активно пользоваться Интернетом.

I-mode очень популярен в Японии.

Не так давно, NTT DoCoMo продемонстрировала работу экспериментальной сети четвёртого поколения, сотовые телефоны будущего смогут передавать данные на скорости до 1 ГБ/c.

Самыми популярными операторами связи в РФ являются МТС и Билайн, идущие вровень, следом за ним стоит Мегафон.

Количество пользователей МТС составляет 35,7 миллионов, в стройных рядах БиЛайна находятся 35,3 млн., а к Мегафону примкнуло 19,1 млн.

На мировом уровне сейчас используется около 2 миллиардов единиц мобильных телефонов. Из них больше двух третей подключены к стандарту GSM.

Вторым по популярности идёт CDMA, остальные же представляют специфические стандарты, применяемые в основном в Азии. Сейчас в развитых странах сложилась ситуация «пресыщения», когда спрос перестаёт расти. Поэтому, основные надежды производители сейчас направляют на развивающиеся страны – это Индия, Китай, страны Африки, бывшего СССР и т.д.

Вот такая вот история.