История. В 1888 г. Генрих Герц придумал установку и с ее помощью доказал существование электромагнитных волн и возможность их обнаружения

В 1888 г. Генрих Герц придумал установку и с ее помощью доказал существование электромагнитных волн и возможность их обнаружения. 25 апреля 1895 года Александр Степанович Попов сделал доклад, посвящённый использованию электромагнитных волн для передачи сигналов и продемонстрировал устройство для регистрации электрических колебаний – когерер.
Одновременно, в этом же 1895 г. Гульельмо Маркони провел опыты с электромагнитными волнами, целью которых было создание устройства для передачи сообщений. В марте 1896 года Попов, используя прибор собственной конструкции, передал на 250 метров радиограмму с двумя словами «Генрих Герц». В 1897 г. Маркони получил патент на устройство, похожее на прибор Попова. В 1901 году Маркони установил радио на борт парового автомобиля "Торнисрофт" и провел первую «мобильную» связь. С этого времени началось довольно бурное развитие радиосвязи и, прежде всего на военном флоте.
До 1904 года более пятидесяти российских кораблей были оснащены радиостанциями. 1900 году между островами Гогланд и Куутсала в Финском заливе действовала военная радиолиния протяженностью около 45 км, построенная под руководством А. С. Попова и А. А. Реммерта для спасения броненосца "Генерал-адмирал Апраксин". "Получена Гогланда телеграмма без проводов телефоном камень передний удален" - это была первая в истории радиограмма, переданная на расстояние более 40 верст.
С 1920 года вошло в жизнь регулярное общественное радиовещание. При этом радиостанция могла прервать трансляцию, чтобы передать сообщение о криминальном происшествии. Радиофицированные полицейские автопатрули, прослушав сообщение, получали возможность оперативно отреагировать и принять меры по пресечению нарушения общественного порядка.
Так начинались эксперименты с мобильной связью. Потребности в средствах наземной подвижной связи для оперативного управления действиями полиции привели в 1921 году к созданию в США первой диспетчерской системы телеграфной подвижной связи. В 1934 году Конгресс Соединенных Штатов создал Федеральную Комиссию Связи (ФКС). Дополнительно к регулированию наземного телефонного бизнеса, она также начала управлять диапазоном радио. Комиссия решала, кто какие должен получать частоты.
Коренной перелом в истории современной сотовой связи произошел в США в 1946 г. Фирмой AT&T были впервые предоставлены услуги мобильной связи частным лицам. Сотовый телефон располагался в автомобиле, весил 12 кг и объединял в себе телефон и приемопередатчик, в котором прием и передача велись на разных частотах. Связь осуществлялась через ретранслятор или базовую станцию (БС). Канал БС – телефон назывался downlink (восходящая связь), а канал телефон – БС – uplink (нисходящая связь).
Передатчик базовой станции обслуживал широкую область. Поскольку мобильный передатчик не был таким же мощным, как центральный, то его ответный сигнал не всегда достигал приемника базовой станции. Для надежной связи требовались дополнительные распределенные приемники, перенаправляющие сигнал к базовой станции. Этот процесс сохранения связи, при переходе абонента из одной области в другую был назван handoff (handover), т.е. эстафетная передача. Таким образом возникло и понятие роуминга (букв. бродяжничества) из одного района в другой.
Чтобы совершить обычный телефонный звонок с такого "мобильного" достаточно было передать сигнал на телефонную станцию, которая осуществляла соединение с абонентом. Звонок на "мобильный" из обычной сети совершался сложнее: абоненту необходимо было позвонить на телефонную станцию и сказать телефонистке номер телефона, установленного в машине. Говорить и одновременно слушать было невозможно: связь происходила как в обычных радиостанциях того времени - для того, чтобы говорить, надо было нажать и удерживать кнопку, затем отпустить ее, чтобы услышать ответное сообщение. Возможности связи были ограничены: мешали помехи и малый радиус действия радиостанции.
В июле 1947 года сотрудники Bell Laboratories У. Шокли, Дж. Бардин и У. Браттайн изобрели транзистор. Это, казалось, должно было произвести революцию в телефонной промышленности и радиосвязи. Однако радиопромышленность больше полагалась на лампы, и до его внедрения прошли годы.
Еще одна проблема, тормозящая развитие мобильной телефонии - ограниченность частотного ресурса, т.е. невозможность значительного увеличения количества фиксированных частот и как следствие взаимные помехи радиотелефонов, с близкими по частоте рабочими каналами.
В 1947 году произошло событие, послужившее отправной точкой для создания сотовой связи. Д. Рингом, сотрудником Bell Laboratories, была выдвинута идея сотового принципа связи, который подразумевал следующее. Базовые станции своими зонами покрытия образуют соты, размер которых определяется территориальной плотностью абонентов сети. Частотные каналы, используемые для работы одной из базовых станций сети, могут использоваться другими базовыми станциями этой сети. Также подразумевается handoff. Абонент сети, перемещаясь из зоны действия одной базовой станции в другую, может поддерживать непрерывную связь, как с подвижным абонентом, так и с абонентом проводной сети. Сети охватывают обширные территории, и абонент, находясь в зоне действия любой из базовых станций, может выйти на связь или его может вызвать другой абонент независимо от своего местоположения (услуга роуминга).
Важнейшее различие между обычной мобильной телефонной связью и сотовой состояло в многократном использовании одной и той же частоты. Но, несмотря на перспективность, реализация идеи задержалась почти на два десятка лет.
1 марта 1948 года первая полностью автоматическая служба радиотелефонии начала действовать в Ричмонде, устраняя операторов для установки большинства вызовов. В 1951 г. в Стокгольме С. Лауреном была разработана и испытана автоматическая мобильная телефонная система. Устройство состояло из приемопередатчика и логического блока, установленных в багажник автомобиля, с номеронабирателем и телефонной трубкой, висящими на обратной стороне переднего сиденья. Все питалось от аккумуляторной батареи автомобиля.
В Советском Союзе в 1962 году была разработана радиально - зоновая сеть спецсвязи "Алтай" (А. П. Биленко, М. А. Шкуд, Л. Н. Моргунов, Г. З. Рубин, Г. А. Гринев, В. М. Кузьмин), которой пользовалась государственная элита. Она обеспечивала подвижность в пределах сот внушительного размера. Поскольку абонентов у этой сети было немного, вопрос об экономии радиочастотного ресурса не стоял. Система изготавливалась на Воронежском заводе "Электросигнал".
В январе 1969 года AT&T начала эксплуатацию коммерческой сотовой системы, впервые применяя многократное использование частот. Сеть предоставляла услуги связи с использованием таксофонов пассажирам поездов, движущихся между Нью-Йорком и Вашингтоном. Система использовала 6 каналов в диапазоне 450 МГц. Номиналы частот периодически повторялись в 9 зонах. Длина линии 225 миль (362 км).
Мобильные радиотелефоны того времени располагались в багажниках автомобилей, в вагонах поездов, но не в руках абонента.
Первый прототип современных сетей, созданный сотрудниками фирмы Motorola, мог обслуживать не более 30 абонентов и соединял их с наземными линиями связи. Его базовая станция была смонтирована 3 апреля 1973 года на вершине 50-этажного Alliance Capital Building в Нью-Йорке (ранее здание называлось Burlington Consolidated Tower). Фирмой руководил Мартин Купер. Сотовый телефон назывался Dyna-ТАС. Это была трубка весом 1.15 кг. и размерами 22.5х12.5х3.75 см. Передняя панель имела 12 клавиш: 10 цифровых и две для отправки вызова и прекращения разговора. Никакого дисплея, никаких дополнительных функций - они увеличили бы вес аппарата. Аккумулятор позволял разговаривать 35 минут, а заряжать его приходилось более 10 часов.
Motorola начала стремительно развивать успех. Однако официальное признание пришло почти через 10 лет. Как же это удалось? И разве не удивительно, что ФКС утвердила использование частот для Motorola (Dyna-Tac использовался официально), ведь чиновники всегда медлительны и очень скептически относятся к новому?
Рассказывают такую историю…
В начале 80-х основатель Motorola, Пол Галвин связался с вице-президентом Джорджем Бушем и попросил его устроить для семилетней внучки экскурсию по Белому Дому. Буш согласился, и пригласил Пола и его внучку. Как только экскурсия подошла к концу, Пол, взяв в руки мобильный телефон, задал Бушу следующий вопрос: «Почему бы тебе не позвонить Барбаре?». Буш согласился и взял телефон из рук Пола. «Ты знаешь, что я сейчас делаю? – спросил, разговаривая с женой возбуждённый Буш. – Я говорю по мобильному телефону!». Затем Буш спросил Пола: «Рон видел это?». Галвин сразу понял, кого имел в виду его друг и ответил отрицательно. В тот же день президент США Рональд Рейган и Пол Галвин встретились. Рейган сделал звонок с мобильника 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 не долго думая, связался с помощником и сообщил ему буквально следующее: «Скажи управляющему ФКС, что я хочу, чтобы устройство Motorola вышло официально».
В итоге, в 1982 ФКС признала, что сотовые телефоны безопасны, а в 1983 модель Dyna-Tас была одобрена официально.
В декабре 1983 года модель Motorola DynaTAC 8000X стала первым портативным сотовым телефоном, получившим сертификат Федеральной Комиссии Cвязи США.
Наследник первой трубки, телефон DynaTAC 8000X весил 800 граммов, имел габариты 33х4,5х9 см и был оснащен светодиодным дисплеем. Разговаривать можно было целый час, а в режиме ожидания он мог находиться до восьми часов. Всего Motorola затратила 15 лет и $ 100 миллионов на создание первой мобильной сети.
В мае 1978 года в Бахрейне, телефонная компания Bahrain Telephone Company (Batelco) впервые в мире начала эксплуатацию коммерческой системы сотовой телефонной связи. Две соты с 20 каналами в диапазоне 400 МГц обслуживали 250 абонентов. Использовалось оборудование японской компании Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. (известна по торговой марке Panasonic).
Это событие, отмечает момент, когда впервые в мире отдельные личности начали использовать то, что мы считаем традиционным сотовым телефоном.
В июле 1978 года в США начала работу Advanced Mobile Phone Service (Усовершенствованная Служба Мобильных Телефонов) или AMPS.
В декабре 1979 года в Токио начала работу первая сотовая сеть связи из 88 базовых станций.
Одноименная сеть была создана компанией NTT (Nippon Telegraph and Telephone). Телефонное обслуживание осуществлялось в 23 районах города. Через 5 лет (1984) сеть была расширена до масштабов всей страны.
В 1981 году в Дании, Швеции, Финляндии, и Норвегии в диапазоне 450 МГц была создана Nordic Mobile Telephone System (Северная Мобильная Телефонная Система) или NMT-450, принципы построения которой, были подобны системе AMPS. Заработала первая сеть NMT-450 в сентябре 1981 года, в Саудовской Аравии, где она была смонтирована и запущена Шведской компанией “Ericsson”, принимавшей активное участие в создании этих сетей в Скандинавии. В октябре этого же года NMT–450 заработала в Швеции.
Эта система положила начало отсчета истории мобильной связи первого поколения (1G).
В настоящее время понятие поколение трактуется как уровень услуг связи, поэтому практически все существовавшие тогда сети можно отнести к первому поколению. Данные в таких сетях могли передаваться лишь на низких скоростях до 2,4 кбит/сек, а спектр ограничен сверху частотой 900 МГц.
NMT-сеть по праву претендовала на звание самой передовой в мире. По ряду качественных параметров она превосходила существовавшие в США и Японии. Но главное - она являлась действительно массовой.
В 1985 году в Великобритании были введены в эксплуатацию сети национального стандарта TACS (Total Access Communications System), разработанного на основе американского стандарта AMPS.
В 1987 году в связи с резким увеличением в Лондоне числа абонентов сотовой связи была расширена рабочая полоса частот до 900 МГц. Новая версия этого стандарта сотовой связи получила название ETACS (Enhanced TACS).
С целью разработки единого европейского стандарта цифровой сотовой связи, для выделенного в этих целях диапазона 900 МГц, в 1982 году Европейская Конференция Администраций Почт и Электросвязи (СЕРТ) - организация, объединяющая администрации связи 26 стран, - создала специальную группу Groupe 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). Работа продолжалась в течение нескольких лет. Так возник стандарт GSM - второе поколение (2G).
Для его внедрения потребовалось еще несколько лет, и лишь в 1990 г. финская фирма Radtolinia запустила первую в мире GSM-сеть. Через год аналогичные сети появились в других скандинавских странах.
Главное отличие систем второго поколения заключается в том, что они "цифровые", т.е. голос передается в цифровом виде. Самый простой сотовый телефон для этой системы представляет собой микрокомпьютер, который управляет не только процессом вызова и переговоров абонентов, но и выполняет множество других, ранее не доступных обыкновенному телефону операций. Для разделения каналов используются две технологии: частотное разделение (FDMA) и временное (TDMA). Данные передаются со скоростями до 14,4 кбит/сек.
Популярность GSM сетей обусловлена несколькими факторами, такими как услуги SMS (которых нет в других мобильных стандартах, таких как CDMA, TDMA, iDEN, PDC или PHS), применение SIM карты (Subscriber Identity Module), а также роуминг и совместимость. В настоящее время всей стандартизацией, связанной с системой GSM, занимается Европейский институт стандартов по телекоммуникациям ETSI (European Telecommunications Standards Institute). Документация по стандарту доступна на сайте ETSI: http://www.etsi.org.
Поначалу услуги GSM-операторов и абонентские терминалы были очень дорогими. Однако скоро трубки подешевели и перестали быть редкостью. Только за первый год существования сетей GSM в Скандинавии к ним подключилось более 1 млн человек.
Телефоны быстро прогрессировали, все новые и новые усовершенствования приводили к уменьшению их размеров и веса, к расширению возможностей.
1996 г. - Nokia представила первый Communicator - раньше никто и не мечтал о том, чтобы с помощью миниатюрного аппарата посылать электронную почту, работать с факсом, звонить знакомым и бродить по Интернету.
1996 г. - Motorola выпустила легендарный телефон-книжку StarTac GSM весом всего 90г.
1997 г. - Philips продемонстрировал Philips Spark с продолжительностью работы в режиме ожидания 350 ч.
1998 г. - Sharp удивил всех мобильником с сенсорным дисплеем - Sharp PMC-1 Smartphone.
1999 г. - 3-диапазонный аппарат Motorola L7089 и Ericsson T28s, который позиционировался производителем "как лучшее достижение человечества после огня и колеса".
1999 г. - реализация технология WAP в модели Nokia 7110.
В 1990 году американская Промышленная Ассоциация в области связи ТIА (Telecommunications Industry Association) утвердила национальный стандарт IS-54 цифровой сотовой связи. Этот стандарт стал более известен под аббревиатурой DAMPS или ADC.
Одновременно американская компания Qualcomm начала активную разработку нового стандарта сотовой связи, основанного на технологии кодового разделения каналов с применением шумоподобных сигналов - CDMA (Code Division Multiple Access). Возможности новой цифровой сотовой системы связи были впервые продемонстрированы в ноябре 1989 г. в Сан-Диего. В последующий период с 1990 по 1992 г. были проведены показательные испытания оборудования в различных городах и регионах (Нью-Йорк, Вашингтон, и т.д.), которые подтвердили исключительно высокие характеристики системы, отличающие ее от систем других стандартов. Цифровая сотовая система связи CDMA обеспечивающая повышенную емкость, была стандартизована в 1993 г. Американской телекоммуникационной промышленной ассоциацией (TIA) в виде стандарта IS-95.
Дальнейшим развитием систем 2G являются надстройки над ними GPRS (General Packet Radio Service) и EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution). Подобные системы принято относить к поколению 2,5G. Они обеспечивают передачу данных на более высокой скорости (GPRS 115 кбит/сек, EDGE 500 кбит/сек). Благодаря этому стало возможным обмениваться не только текстовыми сообщениями, но и графикой невысокого разрешения (MMS). Верхние частоты спектра систем поколений 2-2,5G ограничиваются в районе1800 МГц.
В 1990 году в региональных организациях стандартизации (ETSI - Европа, ARIB - Япония и ANSI - США) начались работы по созданию единого общемирового стандарта оборудования систем сотовой связи третьего (3G) поколения IMT-2000 (International Mobile Telecommunication). Основная предпосылка для выполнения этих работ состояла в том, что в скором времени пользователям мобильных систем станет необходимо будет предоставить возможность обмена мультимедийными файлами, обеспечить участие в глобальной информационной инфраструктуре. Системы должны будут работать на следующих скоростях передачи данных: для абонентов с высокой мобильностью (до 120 км/ч) - не менее 144 кбит/с, для абонентов с низкой мобильностью (до 3 км/ч) - 384 кбит/с, для неподвижных объектов на коротких расстояниях - 2,048 Мбит/с. В дальнейшем планируется увеличить скорость до 10 Мбит/сек. Такие сети можно условно отнести к поколению 3,5G.
В процессе работ по созданию единого мирового стандарта на сети третьего поколения были рассмотрены десятки разных предложений, сделанных ведущими в мире компаниями – производителями телекоммуникационного оборудования. Достичь полного согласия в выборе единого стандарта не удалось. В результате родилось целое семейство стандартов третьего поколения.
В 1998 году после многочисленных перекрестных оценок и испытаний организации по стандартизации из Европы, США, Японии и Кореи объединились в союз «Программа партнерства третьего поколения» (3G Partnership Project, 3GPP) для продвижения Wideband CDMA (WCDMA) в качестве наиболее подходящей технологии, на которую следует переходить растущей индустрии GSM.
В Европе разрабатывается система которую стали называть Универсальной службой мобильной телефонии UMTS (Universal Mobile Telephony Service), относящаяся к семейству IMT-2000. В ряде европейских стран уже выданы лицензии на создание сотовых сетей подвижной связи стандарта UMTS. Почти все лицензии 3G, выданные в мире на сегодняшний день, относятся к технологии WCDMA.
Первая европейская сеть WCDMA открылась 3 марта 2003 г. в Великобритании сотовым оператором Hutchison под коротким названием "3".
В марте 2002 года вышла спецификация Release 99. Она включает все, что необходимо для внедрения коммерческих сетей 3G. Совместимые с ней сети лягут в основу будущей более глобальной структуры, которая будет добавлена релизами 4, 5 и 6, что в свою очередь позволит UMTS развиваться достаточно быстрыми темпами. Каждый релиз, совместимый с предыдущими, создает платформу для внедрения операторами еще более инновационных услуг.
И, наконец, 4G – это система, скорее всего, на основе технологии OFDM, которая будет использовать спектр 40/60ГГц и позволит передавать данные со скоростями 100Мбит/сек.

Теперь рассмотрим вкратце технологии, используемые сегодня в мобильных телефонах.