Мобільний зв'язок. Сучасні можливості мобільного зв'язку в Росії Історія стільникового зв'язку

Навряд чи можливо сьогодні знайти людину, яка б ніколи не користувалася стільниковим телефоном. Але чи кожен розуміє, як працює стільниковий зв'язок? Як влаштовано та працює те, до чого ми всі давно звикли? Чи передаються сигнали від базових станцій про дроти чи все це діє якось інакше? А можливо весь стільниковий зв'язок функціонує лише за рахунок радіохвиль? На ці та інші питання спробуємо дати відповідь у нашій статті, залишивши опис стандарту GSM за її межами.

У момент, коли людина намагається здійснити виклик зі свого мобільного телефону, або коли починають дзвонити йому, телефон за допомогою радіохвиль підключається до однієї з базових станцій (найбільш доступної), до однієї з її антен. Базові станції можна спостерігати то там, то тут, глянувши на будинки наших міст, на дахи та на фасади промислових будівель, на висотки, нарешті на спеціально зведені для станцій щогли червоно-білого кольору (особливо вздовж автострад).

Ці станції виглядають як прямокутні коробки сірого кольору, з яких в різні боки стирчать різноманітні антени (зазвичай до 12 антен). Антени тут працюють як на прийом, так і на передачу, і вони належать оператору стільникового зв'язку. Антени базової станції направлені у всілякі сторони (сектори), щоб забезпечити «покриття мережею» абонентам з усіх боків на відстані до 35 кілометрів.

Антена одного сектора може обслуговувати одночасно до 72 дзвінків, і якщо антен 12, то уявіть собі: 864 дзвінка здатна в принципі обслужити одна велика базова станція одночасно! Хоча зазвичай обмежуються 432 каналами (72*6). Кожна антена з'єднана кабелем із керуючим блоком базової станції. А вже блоки кількох базових станцій (кожна станція обслуговує свою частину території) приєднуються до контролера. До одного контролера приєднується до 15 базових станцій.

Базова станція в принципі здатна функціонувати на трьох діапазонах: сигнал 900 МГц краще проникає всередину будівель та споруд, поширюється далі, тому саме даний діапазон часто використовують у селах та на полях; сигнал на частоті 1800 МГц поширюється негаразд далеко, але у одному секторі встановлюють більше передавачів, у містах ставлять частіше саме такі станції; нарешті 2100 МГц – це мережа 3G.

Контролерів, звісно, ​​у населеному пункті чи районі, може бути кілька, тому контролери, у свою чергу, приєднуються кабелями до комутатора. Завдання комутатора — зв'язати мережі операторів мобільного зв'язку один з одним та з міськими лініями звичайного телефонного зв'язку, міжміського та міжнародного зв'язку. Якщо мережа невелика, достатньо одного комутатора, якщо велика — використовуються два і більше комутаторів. Комутатори поєднуються між собою проводами.

У процесі переміщення людини, яка розмовляє мобільним телефоном, вулицею, наприклад: йде вона пішки, їде в громадському транспорті, або пересувається на власному авто, - її телефон не повинен ні на мить втратити мережу, не можна обірвати розмову.

Безперервність зв'язку виходить завдяки можливості мережі базових станцій дуже оперативно перемикати абонента з однієї антени на іншу в процесі його переміщення від зони дії однієї антени - в зону дії іншої (від стільника до соті). Абонент сам не помічає, як перестає бути пов'язаний з однією базовою станцією, і вже підключений до іншої, як перемикається від антени — до антени, від станції — до станції, від контролера — до контролера…

При цьому комутатор забезпечує оптимальне розподілення навантаження за багаторівневою схемою мережі, щоб знизити ймовірність виходу обладнання з ладу. Багаторівнева мережа будується так: стільниковий телефон – базова станція – контролер – комутатор.

Припустимо, ми здійснюємо виклик, і ось сигнал уже дістався комутатора. Комутатор передає наш дзвінок у бік абонента призначення — до міської мережі, до мережі міжнародного чи міжміського зв'язку, або до мережі іншого мобільного оператора. Все це відбувається дуже швидко з використанням високошвидкісних оптоволоконних кабельних каналів.

Далі наш дзвінок надходить на комутатор, що розташований на стороні абонента, що приймає дзвінок (викликається нами). У «приймальному» комутаторі вже є дані про те, де знаходиться абонент, в якій зоні дії мережі: який контролер, яка базова станція. І ось, з базової станції починається опитування мережі, знаходиться адресат, і на його телефон надходить виклик.

Весь ланцюжок описаних подій, з моменту набору номера до моменту дзвінка, що пролунав на стороні, триває зазвичай не більше 3 секунд. Так ми можемо сьогодні дзвонити до будь-якої точки світу.

Андрій Повний

Мобільний зв'язок, що функціонує сьогодні по всьому світу, традиційно вважається відносно новим винаходом. Однак перші концепції організації інфраструктури мобільних комунікацій з'явилися ще на початку 20 століття. На запитання, в якій країні з'явилися перші мобільні телефони і коли однозначно відповісти складно. Але якщо спробувати це зробити — які факти щодо розвитку телефонного зв'язку із застосуванням радіообладнання варто вивчити насамперед? Виходячи з яких критеріїв, ті чи інші пристрої слід відносити до мобільних телефонів?

Історія мобільних телефонів: основні факти

Відповісти на запитання — хто винайшов перший мобільний телефон у світі, ми зможемо, перш за все, ознайомившись із історією створення відповідних комунікаційних девайсів.

Концепції та прототипи пристроїв зв'язку, з функціональної точки зору близьких до мобільних телефонів, почали обговорюватися в різних спільнотах (наукових, інженерних) ще на початку 20 століття. Але власне стільниковий телефон як абонентський засіб зв'язку запропонував наприкінці 70-х років розробити лабораторію Bell Laboratories, яка належала до однієї з найбільших американських корпорацій — AT&T. Серед перших держав, які успішно впровадили комерційні системи мобільного зв'язку — Фінляндія. Системи мобільного зв'язку активно розвивалися й у СРСР.

Але яка держава випередила інші щодо впровадження мобільних телефонів?

Корисно буде зупинитися докладніше на радянських винаходах — ознайомлення з фактами про них допоможе зрозуміти, коли з'явився перший мобільний телефон у світі і в якій країні.

Під час Великої Вітчизняної війни ідею створення особливого устрою, монофону, запропонував радянський вчений Георгій Ілліч Бабат. Даний апарат повинен був переносним телефоном, що функціонує в автоматичному режимі. При цьому передбачалося, що працюватиме в діапазоні 1-2 ГГц. Важливою особливістю апарату, запропонованого Г.І. Бабатом, було забезпечення передачі голосу у вигляді розгалуженої мережі спеціальних хвилеводів.

У 1946 році Г. Шапіро та І. Захарченко запропонували організувати систему радіотелефонного зв'язку, в рамках якої пристрої для прийому та передачі голосу мали розміщуватися в автомобілях. Відповідно до цієї концепції, основою інфраструктури мобільного зв'язку мали бути чинні міські станції, доповнені спеціальним радіообладнанням. Як ідентифікатор абонента передбачалося використовувати спеціальні позивні.

У квітні 1957 року радянський інженер Леонід Іванович Купріянович створив досвідчений зразок комунікаційного пристрою – радіотелефону ЛК-1. Цей прилад мав радіус дії близько 30 км і мав значну вагу - близько 3 кг. Він міг забезпечувати зв'язок за рахунок взаємодії зі спеціальною АТС, яка могла підключатися до міських телефонних ліній. Згодом телефон було вдосконалено. Так чи. Купріянович значно зменшив вагу та габарити пристрою. У оновленій версії розмір апарату приблизно дорівнює величині 2 цигаркових коробок, складених один на одного. Вага радіотелефону складала близько 500 грамів разом із акумулятором. Розраховувалося, що радянський мобільний телефон знайде широке застосування у народному господарстві, у побуті та стане предметом особистого користування громадян.

Радіотелефон Л.І. Купріяновича дозволяв не лише здійснювати дзвінки, а й приймати їх – за умови присвоєння персонального номера, а також залучення інфраструктури, яка дозволяє передавати сигнали з АТС на автоматичні телефонні радіостанції, а з них уже на абонентські пристрої.

Дослідження у сфері мобільного зв'язку проводилися й інших соціалістичних країнах. Наприклад, 1959 року болгарський вчений Христо Бачваров розробив мобільний пристрій, схоже за основним принципом з телефоном Л.І. Купріяновича і запатентував його.

Чи можна сказати, що перший у світі мобільний телефон був винайдений таким чином у СРСР чи в інших соцкраїнах?

Критерії віднесення пристроїв до мобільних телефонів

Насамперед, варто визначитися з тим, що вважати, власне, мобільним телефоном. Відповідно до поширеного визначення, під таким слід вважати пристрій, який:

Компактно (людина може носити її із собою);

Працює із використанням каналів радіозв'язку;

Дозволяє одному абоненту викликати іншого за допомогою унікального номера;

Певним чином інтегровано із провідними телефонними мережами;

Загальнодоступно (можливість підключення не вимагає отримання дозволу від тих чи інших компетентних органів та обмежується фінансовими та інфраструктурними ресурсами абонентів).

З цієї точки зору повноцінного мобільного телефону все ж таки винайдено не було. Але, безумовно, наведені вище критерії визначення мобільного телефону не можна вважати універсальними. І якщо їх прибрати, зокрема, загальнодоступність і компактність, то іншим цілком може відповідати радянська система «Алтай». Розглянемо її особливості докладніше.

Радянський досвід розвитку мобільного зв'язку: система "Алтай"

Вивчаючи питання про те, який перший мобільний телефон у світі, корисно ознайомитися з основними фактами про відповідну систему зв'язку. У апаратів, підключених до неї, були, в принципі, всі ознаки мобільного телефону, за винятком загальнодоступності. Ця система, таким чином:

Дозволяла одним абонентам викликати інших за номерами;

Була певним чином інтегрована із міськими мережами.

Але загальнодоступною вона була: списки абонентів затверджувалися на відомчому рівні. Система «Алтай» була запущена в 60-х роках у Москві, а в 70-х була розгорнута ще більш ніж у 100 містах СРСР. Активно використовувалася під час проведення Олімпіади 1980 року.

Були в СРСР плани створення системи мобільного зв'язку, до якої могли б підключатися всі охочі. Але у зв'язку з економічними та політичними труднощами середини-кінця 80-х роботи над розвитком цієї концепції було згорнуто.

У пострадянській Росії було впроваджено західні стандарти стільникового зв'язку. До того моменту вони вже довго забезпечували комунікації між пристроями, які можна було називати повноцінними мобільними телефонами. Вивчимо те, як розвивалися відповідні стандарти у країнах. Це знову ж таки допоможе нам відповісти на питання, де і коли з'явився перший у світі мобільний телефон.

Історія мобільного зв'язку в США

Як ми зазначили на початку статті, прототипи мобільних телефонів на Заході почали з'являтися ще на початку ХХ століття. У 30-40-х роках почали впроваджуватись реальні розробки. У 1933 році між автомобілями Нью-Йоркської поліції міг здійснюватися зв'язок з використанням напівдуплексних радіопередавачів. У 1946 році була розгорнута мобільна мережа, в якій приватні абоненти могли здійснювати зв'язок один з одним з використанням радіообладнання за посередництва оператора. У 1948-му була запущена інфраструктура, що дозволяє одному абоненту викликати іншого вже в автоматичному режимі.

Чи можна сказати, що саме в США, таким чином, був винайдений перший у світі мобільний телефон? Якщо розглядати зазначені вище критерії віднесення радіотелефону до пристрою відповідного типу — так, можна так сказати, але стосовно пізніших американських розробок. Справа в тому, що принципи її функціонування американських стільникових мереж 40-х років були дуже далекі від тих, що характеризують сучасні

Системи, подібні до тих, що були розгорнуті в штатах Міссурі та Індіана в 40-х роках, мали суттєві обмеження за частотами і каналами. Це не дозволяло підключати до мобільних мереж досить велику кількість абонентів одночасно. Вирішення цієї проблеми було запропоновано спеціалістом компанії Bell Д. Рінгом, який запропонував розділити територію поширення радіосигналу на осередки або стільники, які б утворювалися спеціальними базовими станціями, що функціонують на різних частотах. Цей принцип, загалом, реалізується і сучасними стільниковими операторами. Реалізація концепції Д. Рінга практично було здійснено 1969 року.

Історія мобільного зв'язку в Європі та Японії

У Західній Європі перші системи телефонного зв'язку з використанням радіообладнання було випробувано у 1951 році. У 60-х роках роботи у цьому напрямі активно велися у Японії. Примітно, що саме японські розробники встановили, що оптимальна частота розгортання інфраструктури мобільного зв'язку — 400 і 900 МГц. Сьогодні ці частоти — серед основних, що застосовуються стільниковими операторами.

Однією з передових країн щодо впровадження напрацювань у сфері організації функціонування повноцінної стільникових мереж стала Фінляндія. У 1971 році фіни почали розгортати комерційну стільникову мережу, територія покриття якої до 1978 досягла розмірів всієї країни. Чи означає це, що перший мобільний телефон у світі, що функціонує за сучасними принципами, з'явився у Фінляндії? Є певні аргументи на користь цієї тези: зокрема, встановлено факт розгортання фінськими телекомунікаційними корпораціями відповідної інфраструктури в масштабах країни. Але відповідно до традиційної точки зору, подібний девайс з'явився все ж таки в США. Головну роль у цьому знову ж таки, якщо розглядати популярну версію, зіграла компанія Motorola.

Концепції мобільного зв'язку від Motorola

На початку 70-х років у США розгорнулася дуже жорстка конкуренція між постачальниками послуг та обладнання у перспективному сегменті ринку — у сфері стільникового зв'язку. Головними суперниками тут стали корпорації AT&T та Motorola. При цьому перша компанія наголошувала на розгортанні автомобільних систем зв'язку - до речі, як і телекомунікаційні корпорації Фінляндії, друга - на впровадженні компактних девайсів, які будь-який бажаючий абонент міг носити з собою.

Перемогла друга концепція, і на її основі корпорація Motorola почала розгортання, фактично, повноцінної в сучасному розумінні стільникової мережі з використанням компактних девайсів. 1973 року. Через 10 років у США було запущено повноцінну комерційну мережу, до якої могли підключатися рядові американці.

Розглянемо, що був перший у світі мобільний телефон, винайдений, відповідно до популярної точки зору, інженерами американської компанії Motorola.

Перший мобільний телефон: характеристики

Йдеться про девайс Motorola DynaTAC. Він важив близько 1,15 кг. Його розмір становив 22,5 x 12,5 x 3,75 см. На ньому були розташовані цифрові клавіші для набору номера, дві спеціальні кнопки для відправки виклику, а також припинення розмови. Девайс мав акумулятор, завдяки якому міг функціонувати в режимі очікування виклику близько 8 годин, а в режимі розмови приблизно 1 годину. Заряджати акумулятор першого стільникового телефону потрібно більше 10 годин.

Який перший мобільний телефон у світі? Фото пристрою – нижче.

Згодом фірма Motorola випустила низку модернізованих версій девайсу. Якщо говорити про комерційну мережу Motorola — перший мобільний телефон у світі було зроблено для відповідної інфраструктури у 1983 році.

Йдеться про пристрій Motorola DynaTAC 8000X. Важив цей апарат близько 800 грамів, його розміри були порівняні з першою версією пристрою. Примітно, що у пам'яті могло зберігатися 30 абонентських номерів.

Хто ж винайшов перший мобільний телефон?

Отже, намагатимемося відповісти на наше головне питання — хто винайшов перший у світі мобільний телефон. Історія розвитку телефонного зв'язку з використанням радіообладнання говорить про те, що перший пристрій, який повноцінно відповідав критеріям віднесення до мобільних телефонів, актуальним і сьогодні, був винайдений компанією Motorola в США і показаний світові в 1973 році.

Однак неправильно буде говорити про те, що ця корпорація запровадила принципово нову розробку. Мобільні телефони — у тому сенсі, що вони були радіообладнанням та забезпечували зв'язок між абонентами за унікальним номером – на той час використовувалися в СРСР, Європі, Японії. Якщо говорити про те, коли було комерціалізовано перший у світі мобільний телефон — фірма, яка його розробила, запустила відповідний бізнес у 1983 році, пізніше, ніж, зокрема, подібні проекти було впроваджено у Фінляндії.

Таким чином, корпорацію Motorola правомірно вважати першою, яка запропонувала мобільний телефон у сучасному розумінні - зокрема, що функціонує за принципом розподілу базових станцій по сотах, а також має компактний формат. Таким чином, якщо говорити про те, де саме був винайдений перший у світі мобільний телефон, в якій країні як переносний, компактний апарат, який є частиною інфраструктури стільникового зв'язку, то правомірно буде визначити, що цією державою стали США.

Разом з тим варто відзначити, що радянська система «Алтай» функціонувала цілком успішно і без впровадження технологій американського зразка. Таким чином, інженери з СРСР принципово довели можливість розгортання інфраструктури мобільного зв'язку в національному фактично масштабі, без використання принципів розподілу базових станцій по сотах.

Не виключено, що без економічних і політичних проблем 80-х СРСР впровадив би власні мобільні мережі, що функціонують на основі концепцій, альтернативних американським, і вони працювали б не гірше. Проте, факт — сьогодні в Росії використовуються стандарти стільникового зв'язку, розроблені в західному світі, що запропонував і комерціалізував перші мобільні телефони.

Варто зазначити, що система "Алтай" фактично працювала до 2011 року. Таким чином, радянські інженерні напрацювання тривалий час зберігали актуальність, і це може свідчити про те, що вони, можливо, за необхідного доопрацювання могли б скласти гідну конкуренцію зарубіжним концепціям вибудовування інфраструктури стільникового зв'язку.

Резюме

Отже, хто винайшов перший у світі мобільний телефон? Стисло відповісти на це питання складно. Якщо під мобільним телефоном розуміти компактне абонентське радіообладнання, інтегроване з міськими мережами, що функціонує за стільниковим принципом і доступне всім бажаючих, то, ймовірно, вперше ця інфраструктура була впроваджена американською компанією Motorola.

Якщо говорити про перші комерційністільникових мережах - то такі, ймовірно, в масштабі всієї держави були впроваджені у Фінляндії, проте із застосуванням пристроїв, орієнтованих на розміщення в автомобілях. Некомерційні закриті мобільні мережі успішно розгорталися також фактично в національному масштабі, в СРСР.

Стільниковий зв'язок вважається одним із найкорисніших винаходів людства - поряд з колесом, електрикою, інтернетом та комп'ютером. І лише за кілька десятиліть ця технологія пережила цілу низку революцій. З чого починалося бездротове спілкування, як працюють стільники та які можливості відкриє новий мобільний стандарт 5G?

Перше використання рухомого телефонного радіозв'язку відноситься до 1921 - тоді в США поліція Детройта використовувала односторонній диспетчерський зв'язок в діапазоні 2 МГц для передачі інформації від центрального передавача до приймачів в автомобілях поліцейських.

Як з'явився стільниковий зв'язок

Вперше ідея стільникового зв'язку була висунута в 1947 році - над нею працювали інженери з Bell Labs Дуглас Рінг та Рей Янг. Проте реальні перспективи її втілення почали вимальовуватися лише на початку 1970-х років, коли співробітники компанії розробили робочу архітектуру апаратної платформи стільникового зв'язку.

Так, американські інженери запропонували розміщувати станції, що передають, не в центрі, а по кутах «осередків», а трохи пізніше була придумана технологія, що дозволяє абонентам пересуватися між цими «сотами», не перериваючи зв'язку. Після цього залишилося розробити діюче обладнання для такої технології.

Завдання успішно вирішила компанія Motorola - її інженер Мартін Купер 3 квітня 1973 продемонстрував перший працюючий прототип мобільного телефону. Він зателефонував начальнику дослідницького відділу компанії-конкурента прямо з вулиці та розповів йому про власні успіхи.

Керівництво Motorola негайно вклало у перспективний проект 100 мільйонів доларів, проте на комерційний ринок технологія вийшла лише за десять років. Така затримка пов'язана з тим, що спочатку потрібно створити глобальну інфраструктуру базових станцій стільникового зв'язку.

У продаж перший мобільний телефон надійшов 6 березня 1983 року. Він важив майже 800 грамів, міг працювати на одному заряді 30 хвилин у режимі розмови та заряджався близько 10 години. При цьому апарат коштував 3995 доларів - нечувану суму на ті часи. Незважаючи на це, мобільник миттєво став популярним.

Чому зв'язок називається стільниковим

Принцип мобільного зв'язку простий - територія, де забезпечується з'єднання абонентів, розбивається окремі осередки чи «соти», кожну з яких обслуговує базова станція. При цьому в кожній сотні абонент отримує ідентичні послуги, тому сам він ніяк не відчуває перетину цих віртуальних кордонів.

Зазвичай базова станція у вигляді пари залізних шаф з обладнанням та антен розміщується на спеціально побудованій вежі, однак у місті їх нерідко розміщують на дахах висотних будівель. У середньому кожна станція ловить сигнал від мобільних телефонів на відстані до 35 кілометрів.

Для покращення якості обслуговування оператори також встановлюють фемтосоти - малопотужні та мініатюрні станції стільникового зв'язку, призначені для обслуговування невеликої території. Вони дозволяють різко покращити покриття в тих місцях, де це необхідно. Стільниковий зв'язок у Росії поєднають з космосом

Мобільник, що знаходиться в мережі, прослуховує ефір і знаходить сигнал базової станції. У сучасну SIM-карту, крім процесора та оперативної пам'яті, вшитий унікальний ключ, що дозволяє авторизуватися в стільниковій мережі. Зв'язок телефону зі станцією може здійснюватися за різними протоколами – наприклад, цифровими DAMPS, CDMA, GSM, UMTS.

Стільникові мережі різних операторів з'єднані один з одним, а також зі стаціонарною телефонною мережею. Якщо телефон виходить з поля дії базової станції, апарат налагоджує зв'язок з іншими - встановлене абонентом з'єднання непомітно передається іншим сотням, що забезпечує безперервний зв'язок при переміщеннях.

У Росії для мовлення сертифіковано три діапазони - 800 МГц, 1800 МГц та 2600 МГц. Діапазон 1800 МГц вважається найпопулярнішим у світі, оскільки поєднує високу ємність, великий радіус дії та високу проникаючу здатність. Саме в ньому зараз працюють більшість мобільних мереж.

Які стандарти мобільного зв'язку бувають

Перші мобільники працювали з технологій 1G - це перше покоління стільникового зв'язку, яке спиралося на аналогові телекомунікаційні стандарти, головним з яких став NMT - Nordic Mobile Telephone. Він призначався виключно передачі голосового трафіку.

До 1991 відносять народження 2G - головним стандартом нового покоління став GSM (Global System for Mobile Communications). Цей стандарт підтримується досі. Зв'язок у цьому стандарті став цифровим, з'явилася можливість шифрування голосового трафіку та відправлення СМС.

Швидкість передачі даних усередині GSM не перевищувала 9,6 кбіт/с, що унеможливлювало передачу відео або високоякісного звуку. Проблему було вирішено стандарт GPRS, відомий як 2.5G. Він уперше дозволив користуватися мережею Інтернет власникам мобільних телефонів.

Ще однією відмінністю 3G стало надання кожному абоненту IP-адреси, що дозволило перетворити мобільники на маленькі комп'ютери, підключені до інтернету. Першу комерційну мережу 3G було запущено 1 жовтня 2001 року в Японії. Надалі пропускна спроможність стандарту неодноразово збільшувалася.

Найбільш сучасний стандарт - зв'язок четвертого покоління 4G, призначений лише високошвидкісних сервісів передачі. Пропускна здатність мережі 4G здатна досягати 300 Мбіт/сек, що дає користувачеві практично необмежені можливості роботи в Інтернеті.

Стільниковий зв'язок майбутнього

Стандарт 4G заточений на безперервну передачу гігабайтів інформації, у ньому навіть немає каналу передачі голосу. За рахунок надзвичайно ефективних схем мультиплексування завантаження фільму високої роздільної здатності в такій мережі займе у користувача 10-15 хвилин. Проте, навіть його можливості вже вважаються обмеженими.

2020 року очікується офіційний запуск нового покоління зв'язку стандарту 5G, який дозволить передачу великих обсягів даних на надвисоких швидкостях до 10 Гбіт/сек. Крім того, стандарт дозволить підключити до високошвидкісного інтернету до 100 мільярдів пристроїв.

Саме 5G дозволить з'явитися справжньому інтернету речей – мільярди пристроїв обмінюватимуться інформацією у реальному часі. За оцінкою експертів, мережевий трафік скоро зросте на 400%. Наприклад, автомобілі почнуть постійно перебувати в глобальній Мережі та отримувати дані про дорожню обстановку.

Низький рівень затримки забезпечить зв'язок між транспортними засобами та інфраструктурою в режимі реального часу. Очікується, що надійне та постійно діюче з'єднання вперше відкриє можливість для запуску на дорогах повністю автономних транспортних засобів.

Російські оператори вже експериментують із новими специфікаціями – наприклад, роботи в цьому напрямку веде «Ростелеком». Компанія підписала угоду про будівництво мереж 5G в інноваційному центрі "Сколково". Реалізація проекту входить до державної програми «Цифрова економіка», нещодавно затвердженої урядом.

Стільниковий зв'язок з недавніх пір так міцно увійшов у наше повсякденне життя, що важко уявити сучасне суспільство без нього. Як і багато інших великих винаходів, мобільний телефон сильно вплинув на наше життя, і на багато його сфер. Важко сказати, яким було б майбутнє, якби не цей зручний вид зв'язку. Напевно таким же, як і у фільмі "Назад у Майбутнє-2", де є літаючі авто, ховерборди, та багато іншого, але немає стільникового зв'язку!

Але сьогодні в спеціальному репортажі буде розповідь не про майбутнє, а про те, як влаштована і працює сучасний стільниковий зв'язок.

Для того, щоб дізнатися про роботу сучасного стільникового зв'язку у форматі 3G/4G, я напросився в гості до нового федерального оператора Tele2 і провів цілий день з їхніми інженерами, які пояснили мені всі тонкощі даних через наші мобільні телефони.

Але розповім спочатку трохи про історію виникнення стільникового зв'язку.

Принципи роботи бездротового зв'язку були випробувані майже 70 років тому - перший громадський рухомий радіотелефон з'явився в 1946 р. у Сент-Луїсі, США. У Радянському союзі досвідчений зразок мобільного радіотелефону був створений у 1957 році, потім вчені інших країн створювали подібні пристрої з різними характеристиками, і лише в 70-х роках минулого століття в Америці було визначено сучасні принципи роботи стільникового зв'язку, після чого почався її розвиток.

Мартін Купер - винахідник прототипу портативного мобільного телефону Motorola DynaTAC вагою в 1,15 кг і розмірами 22,5 х12, 5х3, 75 см

Якщо в західних країнах до середини 90-х років минулого століття стільниковий зв'язок був поширений повсюдно і ним користувалася більша частина населення, то в Росії вона тільки почала з'являтися, і стала доступною для всіх трохи більше 10 років тому.

Громіздкі цеглоподібні мобільники, що працювали у форматах першого і другого поколінь, пішли в історію, поступившись місцем смартфонам з 3G і 4G, кращим голосовим зв'язком і високою швидкістю інтернету.

Чому зв'язок називається стільниковим? Тому що територія, на якій забезпечується зв'язок, розбивається на окремі осередки або стільники, в центрі яких розташовані базові станції (БС). У кожній сотні абонент отримує однаковий набір послуг у певних територіальних межах. Це означає, що переміщаючись від однієї "стільники" до іншої, абонент не відчуває територіальної прихильності та може вільно користуватися послугами зв'язку.

Дуже важливо, щоб безперервність з'єднання при переміщенні. Це забезпечується завдяки так званому хендоверу (Handover), при якому з'єднання встановлене абонентом як би підхоплюється сусідніми сотами по естафеті, а абонент продовжує розмовляти або копатися в соцмережах.

Вся мережа поділяється на дві підсистеми: підсистема базових станцій та підсистема комутації. Схематично це виглядає так:

У середині "стільники", як було сказано вище, знаходиться базова станція, яка зазвичай обслуговує три "стільники". Радіосигнал від базової станції випромінюється через 3 секторні антени, кожна з яких спрямована на свою сотню. Буває так, що на одну "соту" направлено відразу кілька антен однієї базової станції. Це з тим, що мережа стільникового зв'язку працює у кількох діапазонах (900 і 1800 МГц). Крім того, на даній базовій станції може бути обладнання відразу кількох поколінь зв'язку (2G та 3G).

Але на вишках БС Tele2 стоїть обладнання лише третього та четвертого покоління – 3G/4G, оскільки компанія вирішила відмовитися від старих форматів на користь нових, які допомагають уникати обривів голосового зв'язку та забезпечують більш стабільний інтернет. Завсідники соцмереж підтримають мене в тому, що в наш час швидкість інтернету дуже важлива, 100-200 кб/с вже мало, як це було пару-трійку років тому.

Найбільш звичним місцем розміщення БС є башта або щогла, побудована спеціально для неї. Напевно, ви могли бачити червоно-білі вишки БС десь на відстані від житлових будинків (у полі, на пагорбі), або там, де поблизу немає високих будівель. Як ось ця, що видно з мого вікна.

Проте, за умов міської місцевості важко знайти місце під розміщення потужного споруди. Тому у великих містах базові станції розміщуються на будинках. Кожна станція ловить сигнал від мобільних телефонів на відстані до 35 км.

Це антени, саме обладнання БС знаходиться на горищі, або в контейнері на даху, яке представляє собою пару залізних шаф.

Деякі базові станції розташовані там, де ви навіть не здогадаєтеся. Як, наприклад, на даху цього паркування.

Антена БС складається з кількох секторів, кожен із яких приймає/відправляє сигнал у свій бік. Якщо вертикальна антена здійснює зв'язок із телефонами, то кругла з'єднує БС із контролером.

Залежно від характеристик кожен сектор може обслуговувати до 72 дзвінків одночасно. БС може складатися з 6 секторів і обслуговувати до 432 дзвінків, проте зазвичай на станціях встановлюють менше передавачів та секторів. Стільникові оператори, такі як Tele2, воліють ставити більше БС підвищення якості зв'язку. Як мені сказали, тут використовується найсучасніше обладнання: базові станції Ericsson, транспортна мережа – Alcatel Lucent.

Від підсистеми базових станцій сигнал передається у бік підсистеми комутації, де відбувається встановлення з'єднання з потрібним абоненту напрямом. У підсистемі комутації є низка баз даних, у яких зберігаються інформацію про абонентах. Крім того, ця підсистема відповідає за безпеку. Якщо сказати простіше, то комутатор виконав яє ті ж функції, що й дівчата оператори, які раніше руками з'єднували вас з абонентом, тільки зараз все це відбувається автоматично.

Обладнання для цієї базової станції заховано в цій залізній шафі.

Крім звичайних вишок є також мобільні варіанти базових станцій, розміщені на вантажівках. Їх дуже зручно використовувати під час стихійних лих або у місцях масового скупчення людей (футбольні стадіони, центральні площі) на час свят, концертів та різноманітних заходів. Але, на жаль, через проблеми у законодавстві широкого застосування вони поки що не знайшли.

Для забезпечення оптимального покриття радіосигналом на рівні землі базові станції проектуються спеціальним чином, тому незважаючи на дальність в 35 км. сигнал не поширюється висоту польоту літаків. Однак деякі авіакомпанії вже почали встановлювати на своїх бортах невеликі базові станції, які забезпечують стільниковий зв'язок усередині літака. Така БС з'єднується з наземною мережею за допомогою супутникового каналу. Система доповнюється панеллю управління, яка дозволяє екіпажу вмикати та вимикати систему, а також окремі типи послуг, наприклад, вимикати голос на нічних рейсах.

Також я заглянув до офісу Tele2, щоб побачити, як фахівці контролюють якість стільникового зв'язку. Якщо кілька років тому така кімната була б обвішана до стелі моніторами, що показують дані мережі (завантаженість, аварії мережі тощо), то згодом потреба в такій кількості моніторів відпала.

Технології згодом сильно розвинулися і досить ось такої невеликої кімнати з кількома фахівцями, щоб спостерігати за роботою всієї мережі у Москві.

Небагато видів з офісу Tele2.

З початку будівництва до сьогодні Tele2 встиг покрити своєю мережею всю Москву, і поступово завойовує Підмосков'я, запускаючи більше 100 базових станцій щотижня. Оскільки я зараз живу в області, мені дуже важливо. щоб ця мережа якнайшвидше прийшла в моє містечко.

У планах компанії на 2016 р. забезпечення високошвидкісного зв'язку в метро на всіх станціях, на початок 2016 року зв'язок Tele2 присутній на 11 станціях: зв'язок стандарту 3G/4G на метро «Борисове», «Діловий центр», «Котельники», «Лермонтовський проспект» , "Тропарево", "Шипилівська", "Зябликово", 3G: "Білоруська" (Кільцева), "Спартак", "П'ятницьке шосе", "Жулебіне".

Як я говорив вище, Tele2 відмовилася від формату GSM на користь стандартів третього та четвертого покоління – 3G/4G. Це дозволяє встановлювати базові станції 3G/4G з більшою частотою (наприклад, всередині МКАД БС стоять на відстані близько 500 метрів один від одного), щоб забезпечувати стабільніший зв'язок і високу швидкість мобільного інтернету, чого не було в мережах попередніх форматів.

З офісу компанії я в компанії інженерів Никифора та Володимира вирушаю на одну з точок, де їм потрібно заміряти швидкість зв'язку. Никифор стоїть навпроти однієї з щоглів, на якій встановлено обладнання для забезпечення зв'язку. Якщо придивитеся, то помітите трохи далі ліворуч ще одну таку щоглу, з обладнанням інших стільникових операторів.

Як це не дивно, але стільникові оператори часто дозволяють своїм конкурентам використовувати свої баштові споруди для розміщення антен (звісно на взаємовигідних умовах). Це викликано тим, що будівництво вежі чи щогли – дороге задоволення, і такий обмін дозволяє заощадити чимало коштів!

Поки ми заміряли швидкість зв'язку, Никифора кілька разів перехожі бабусі і дядьки запитали чи він не шпигун)) "Так, глушимо радіо "Свобода"!).

Обладнання насправді виглядає незвичайно, на його вигляд можна припустити все що завгодно.

У фахівців компанії чимало роботи, якщо врахувати, що в Москві та області у компанії більше 7тис. базових станцій: їх близько 5тыс. 3G і близько 2тис. базових станцій LTE, а останнім часом кількість БС збільшилася ще приблизно на тисячу.
Усього за три місяці в Підмосков'ї було виведено в ефір 55% загальної кількості нових базових станцій оператора в регіоні. На даний момент компанія забезпечує якісне покриття території, на якій проживає понад 90% населення Москви та Московської області.
До речі, у грудні мережу 3G Tele2 було визнано найкращою за якістю серед усіх столичних операторів.

Але я вирішив особисто перевірити наскільки гарний зв'язок у Tele2, тому придбав сімку в найближчому до мене торговому центрі на м. Войковська, з найпростішим тарифом "Дуже чорний" за 299 р (400 смс/хв і 4 ГБ). До речі, у мене був подібний білайнівський тариф, який на 100 рублів дорожчий.

Перевірив швидкість, не відходячи далеко від каси. Прийом – 6.13 Mbps, передача – 2.57 Mbps. Враховуючи, що я стою в центрі торгового центру, це непоганий результат, зв'язок Tele2 добре проникає крізь стіни великого ТЦ.

На м.Третьяківська. Прийом сигналу – 5.82 Mbps, передача – 3.22 Mbps.

І на м. Червоногвардійська. Прийом – 6.22 Mbps, передача – 3.77 Mbps. Завмер біля виходу з метро. Якщо взяти до уваги, що це окраїна Москви, дуже пристойно. Вважаю, що цілком прийнятний зв'язок, впевнено можна сказати, що стабільний, якщо враховувати, що Tele2 з'явилася в Москві лише кілька місяців тому.

У столиці стабільний зв'язок Tele2 є, це добре. Дуже сподіваюся, що вони швидше прийдуть в область і я зможу повною мірою скористатися їхнім зв'язком.

Тепер і ви знаєте як працює стільниковий зв'язок!

Якщо у вас є виробництво або сервіс, про яке ви хочете розповісти нашим читачам, пишіть пишіть мені - Аслан ( [email protected] ) і ми зробимо найкращий репортаж, який побачать не лише читачі спільноти, а й сайту http://ikaketosdelano.ru

Підписуйтесь також на наші групи в фейсбуці, вконтакті,однокласникахі в гугл+плюс, де викладатимуться найцікавіше із спільноти, плюс матеріали, яких немає тут та відео про те, як влаштовані речі у нашому світі.

Тисніть на іконку і підписуйся!

Сучасні стандарти стільникового зв'язку

Будь-який радіозв'язок, що дозволяє абоненту користуватися нею без прив'язки до конкретного місця: стільниковий, пейджинговий, за допомогою радіотелефонів, радіоподовжувачів, рацій тощо називається мобільним. стільниковий зв'язок- різновид мобільного зв'язку, організований за принципом сот або осередків (cells),шляхом розміщення базових станцій (Base Transceiver Station), що покривають локальну територію.

Принцип побудови стільникових систем полягає в наступному: у межах території дії мережі встановлюється деяка кількість щодо малопотужних стаціонарних приймальних станцій (базових станцій), кожна з яких має невелику зону дії (зазвичай кілька кілометрів). При цьому зони дії сусідніх станцій дещо перекривають одна одну, щоб забезпечити можливість переміщення абонента з однієї зони до іншої без втрати зв'язку. Щоб таке перекриття було можливе, сусідні станції повинні використовувати різні робочі частоти. Для повного покриття певної території потрібно як мінімум три різні частоти, щоб розташовані у вигляді трикутника станції могли мати перекриття зон обслуговування. Четверта станція може знову використовувати одну з цих трьох частот, так як вона межує тільки з двома зонами. При такому підході форма зони дії кожної базової станції є шестикутником, а розташування цих зон в точності повторює структуру бджолиних сот, що і дало назву системам зв'язку з подібним принципом побудови.

Сукупність локальних територій становить зону обслуговуванняоператора. Рівень сигналу у конкретному місці залежить від близькості до базової станції, рельєфу місцевості, забудови, індустріальних перешкод та інших чинників. Сигнал із базової станції передається на комутаторта обробляється їм.

До складу обладнання системи стільникового зв'язку входять базові станції та центр комутації, з'єднані по виділених провідних або радіорелейних каналах, як показано на рис. 7.2.

Мал. 7.2.

Центр комунікації - це автоматична телефонна станція системи стільникового зв'язку, що забезпечує всі функції керування мережею: стеження за рухомими абонентами, організація їх естафетної передачі, перемикання робочих каналів у соті з появою перешкод, з'єднання абонента з абонентом звичайної телефонної мережі.

Базова станція є багатоканальним приймачем, що працює в режимі прийому і передачі сигналу і служить своєрідним інтерфейсом між стільниковим телефоном і центром комунікації рухомого зв'язку.

Число каналів базової станції зазвичай кратно восьми: 8, 16, 32. Один із каналів є керуючим, або каналом виклику, оскільки саме на ньому проводиться встановлення з'єднання при виклику рухомого абонента мережі, проте розмова відбувається після перемикання на інший канал, вільний в даний момент . Сама ідея стільникової мережі мобільного зв'язку полягає в тому, що, ще не вийшовши із зони дії однієї базової станції, телефон та його власник потрапляють у зону дії наступної і так аж до зовнішньої межі всієї зони покриття мережі. При цьому стільниковий зв'язок не обов'язково має на увазі мобільність: сьогодні в усьому світі все більшого поширення набуває так званий «стільниковий фіксований зв'язок». Таке рішення часто виявляється економічно вигідним – відпадає необхідність у дорогій прокладці телефонного кабелю, а однієї потужної базової станції цілком достатньо для телефонізації цілого мікрорайону. Антени базових станцій встановлюються у місті на висоті 15-100 м від поверхні землі на вже існуючих спорудах (громадських, виробничих будівлях, житлових будинках, димових трубах), а за містом – на високих щоглах.

Система стільникового зв'язку функціонує за таким алгоритмом.

У режимі очікування (трубка покладена) приймальний пристрій радіотелефону постійно сканує або всі канали системи або тільки керуючі.

Для виклику відповідного абонента всіма базовими станціями системи зв'язку по каналах керування передається сигнал виклику.

Стільниковий телефон абонента, що викликається, при отриманні цього сигналу відповідає по одному з вільних каналів управління.

Базові станції, що прийняли сигнал у відповідь, передають інформацію про його параметри в центр комунікації, який у свою чергу перемикає розмову на ту базову станцію, де зафіксовано максимальний рівень сигналу стільникового телефону абонента.

Число абонентів у кожній соті непостійне, оскільки вони перемішуються із стільника в соту. При перетині кордону між стільниками здійснюється автоматичне перемикання абонента на обслуговування в іншій соті.

Перша система стільникового зв'язку, що складається з одного шестиканального передавача, була створена в північноамериканському місті Сент-Луїсі ще в 1946 р. Активне впровадження стільникового зв'язку почалося значно пізніше. Перші комерційні системи з'явилися в Америці у 1979 р., а набули національного масштабу лише у 1980-х. Наприклад, 1981 р. у Європі з'явилася перша міжнародна система, що об'єднала Норвегію, Данію, Швецію та Фінляндію.

У результаті початку 1980-х гг. у Європі вже існувало понад двадцять різних несумісних між собою аналогових мереж. Несумісність стандартів заважала поширенню мобільної телефонії, ускладнювала життя і операторам, і абонентам. Неможливо було, наприклад, здійснювати автоматичний роумінг під час переміщення із зони дії однієї мережі на зону дії інший. І абонентські пристрої самі стільникові телефони були далеко не універсальними. Для кожного типу стільникового зв'язку потрібно розробляти унікальну апаратуру.

Існуючі на той момент стандарти відносять до стандартів першого покоління (1G – first generation). Це стандарти аналогового стільникового зв'язку. Їх прикладами є скандинавська система NMT, англійська TACS та американська AMPS. Одним із найживучих стандартів першого покоління став цифровий стандарт D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone Service), який досить довго був популярним у Росії, так само як і його аналоговий варіант AMPS.

З метою прийняття єдиного стандарту у 1982 р. було створено спеціальну групу під назвою Group Special Mobile (GSM), до якої увійшли представники 24 західноєвропейських країн. Розробники нової системи резонно вважали, що цифрові методи стиснення та кодування інформації значно розширять застосування стільникового зв'язку, забезпечать кращу якість та нададуть користувачам небачені раніше послуги. Як стандарт було прийнято цифрову систему компанії «Mannesmann», впроваджена 1991 р. у Німеччині.

Таким чином, у середині 1991 р. розпочалася комерційна експлуатація першої мережі цього стандарту. Сьогодні GSM є найпоширенішою системою стільникового зв'язку у світі, а її назва розшифровується інакше – Global System for Mobile telecommunications – глобальна система мобільних телекомунікацій. GSM на сьогоднішній день є найпоширенішим стандартом зв'язку. За даними асоціації GSMA на цей стандарт припадає 82% світового ринку мобільного зв'язку. У GSMA в даний час входять оператори більш ніж 210 країн та територій. GSM відноситься до мереж другого покоління (2 Generation).

У стільниковому зв'язку стандарту GSM використовуються радіочастоти 900, 1800 або 1900 МГц. Існують також і досить поширені мультидіапазонні (Dual-Band, Multi-Band)телефони, здатні працювати в діапазонах 900/1800 МГц, 850/1 900 МГц, 900/1 800/1 900 МГц.

У порівнянні з аналоговими стандартами, GSM має низку переваг. Основне їх - застосування малопотужних передавачів в абонентських апаратах й у базових станціях. Це здешевлює саму апаратуру, але не позначається як зв'язок. Крім того, передача інформації в цифровому вигляді дозволяє легко забезпечити високий рівень конфіденційності переговорів та широкий спектр сервісних функцій.

Технологія GSM - це справді цілий «букет» найскладніших технологій. Перша з них - технологія оцифрування та кодування звуку. Оскільки ці операції вимагають чималих обчислювальних ресурсів, то в кожному мобільному телефоні, навіть у найдешевшому, працює досить потужний спеціалізований процесор. Процесор реалізує технологію багатоканального вирівнювання. Справа в тому, що в діапазоні 900 МГц і вище радіосигнал легко відбивається від стін будівель та інших перешкод. В результаті телефон отримує безліч сигналів, що відрізняються по фазі, з яких виділяє потрібний, а решта ігнорує.

Ще одна цікава особливість GSM - переривчаста передача. Коли ми мовчимо, телефон вимикає передавач. Як тільки заговоримо – включає. Цей механізм дозволяє мінімізувати енергоспоживання стільникового телефону.

Всі стільникові телефони в залежності від потужності вбудованих радіопередавачів поділяються на кілька класів. Більшість популярних моделей мають потужність до 0,8 Вт. Але зазвичай, коли базова станція знаходиться поруч із абонентським пристроєм (а «стільники» GSM у великих містах розташовуються досить густо, щоб уникнути «мертвих» зон між будівлями), повна потужність передавача телефону підтримки стійкого зв'язку не потрібна. Для регулювання потужності використовується механізм аналізу кількості помилок під час передачі-прийому. На його основі потужність передавача базової станції та телефону знижується до рівня, коли якість зв'язку досить стабільна.

Набагато складнішим з точки зору рядового абонента є система передачі сигналу від однієї базової станції до іншої, виділення каналів зв'язку та інше.

Всі оператори стільникового зв'язку GSM, крім передачі мовних повідомлень, надають стандартний набір послуг з передачі даних: CSD, GPRS, EDGE, WAP.

CSD (Circuit Switched Data або GSM Data) – стандартна технологія передачі даних з комутацією каналів у мережі GSM. Для того, щоб скористатися послугами CSD, необхідно мати мобільний телефон з підтримкою CSD. Абсолютна більшість мобільних телефонів підтримує технологію CSD.

Переваги CSD:

• постійна швидкість передачі даних – 9,6 кбіт/с;
• найбільша зона CSD-покриття, яка відповідає зоні GSM-покриття;
• тарифікація CSD-послуг не залежить від обсягу переданих та отриманих даних;
• стабільне CSD-з'єднання.

Особливості CSD:

• при використанні CSD інформація передається по одному виділеному та закріпленому за CSD-з'єднанням радіоканалу;
• CSD сумісна з усіма найпоширенішими аналоговими та цифровими протоколами передачі даних.

Для доступу до Інтернету безпосередньо з мобільного телефону підключайте послугу WAP ( Wireless Application Protocol).При цьому для роботи в Інтернеті Вам не потрібен комп'ютер, достатньо лише мобільного телефону, який підтримує WAP. Багато сайтів в Інтернеті мають свої WAP-версії, оптимізовані спеціально для доступу з мобільних телефонів. Застосування цієї послуги буде детальніше розглянуто далі.

Для швидкісного доступу до Інтернету зазвичай використовують технології GPRS або EDGE. GPRS ( General Packet Radio Service)- це технологія пакетної передачі даних, яка дозволяє за допомогою мобільного телефону отримувати та передавати інформацію на більш високих швидкостях порівняно із стандартним голосовим каналом GSM (9,6 кбіт/с). Максимальна швидкість GPRS становить 171,2 кбіт/с. Ви можете вийти в Інтернет зі свого мобільного телефону за допомогою WAP-технології як за допомогою GPRS, так і без неї. EDGE (. Enhanced Data-Rates For GSM Evolution)- це логічне продовження GPRS, що забезпечує вищу швидкість передачі - до 384 кбіт/с. EDGE надає користувачеві ті ж послуги, що й GPRS. Технологія EDGE не потребує додаткових налаштувань, у зоні покриття мобільний телефон вибере її автоматично.