Сотовые перспективы. От голубиных SMS до беспроводного телеграфа

13.09.2007 11:37 Гость Клуб: Статьи

Вначале был крик. Крик пещерного человека в животных шкурах. Он стоял на вершине холма, для того чтобы его было хорошо слышно на отдалении. Позже были марафонцы, доставляющие новости с поля битвы, почтовые голуби, каретная почта…

Всю свою историю человек пытался облегчить и ускорить связь с себе подобными, в дело шло всё — от животных, до запечатанных бутылок, брошенных в море. Это продолжалось до 25 апреля 1895 г. В этот день, русский учёный Александр Степанович Попов обнародовал доклад про использование излучений электромагнитных волн для беспроводной передачи информации. Незадолго до этого им был проведён эксперимент, в котором Попов передал радиограмму на расстояние 250 м со словами „Генрих Герц”, именем немецкого учёного, работы которого и легли в основу беспроводной передачи. Была перевёрнута целая страница научно-технического прогресса, конные депеши остались в прошлом, в мир вошло радио, которое стала основой всех будущих производных беспроводных коммуникаций.

Современная мобильная связь и радиоволны взаимосвязаны также, как балерина с пуантами, или автомобиль с колёсами. Первое применение мобильной радиосвязи можно отнести к началу прошлого века, и называлась она в те времена радиотелеграф. В Северной Ирландии начала функционировать первая радиотелеграфная станция с мощностью 500 кВт. Позже, радиотелеграфом стали оснащать британский военный флот, порты. А тогдашний король Испании Альфонс лично содействовал при создании и открытии радиовышки, соединяющей Испанию с далёкими Канарскими и Болеварскими островами. В то время минута разговора между Лондоном и Нью-Йорком  стоила 7,5 центов за 5 минут. Но так-как спрос на радиосвязь рос, ею стали пользоваться не только в разговорных целях, но и использоваться коммерческими структурами, банками, газетами для передачи и получения практической информации – метеосводок, банковских котировок, экономических новостей и т.д.

А в 1921 г. полицейские Детройта начали использовать радиосвязь в автомобилях. Для этого использовались частоты в диапазоне 2 мГц, и по качеству она оставляла желать лучшего – помех было много и связь часто обрывалась.

От Рейгана с любовью

Но времена шли, и мобильная связь постоянно эволюционировала. Основные принципы работы сотового радиопередатчика, которые используются всеми современными мобильными телефонами были сформированы в 1946 г. в США, в г. Сант-Луинс. Нужно напомнить, что сотовый телефон представляет собой дуплексную радиостанцию ведущая обмен на различных частотах. В устройство входят принимающая и передающая части, они то и обеспечивают связь с базовой станцией или ретранслятором. Компания АТ&T Bell Laboratories изготовила телефоны, устанавливающиеся в автомобили. Естественно, аппаратура того времени была громоздкой и о «карманном» формате тогда даже и не заикались. Кроме того дозвон, процесс разговора и обслуживания, а также фиксированное количество абонентов были теми негативными факторами, из-за которых эта идея так и не нашла коммерческого внедрения. Но, идее был дан старт. Эта же компания, создала систему ячеек, или сот (cell), которая и является одной из основ современной мобильной (сотовой) связи.

Мобильная связь стала развиваться семимильными шагами, после того как в лидеры по беспроводной телефонии пробилась американская компания Motorola, которая видела неудачи конкурента Bell, да и сама столкнулась с проблемой становления собственной мобильной сети. К тому же, примерно тогда была создана Федеральная Комиссия по Коммуникациям (Federal Communications Commissions, FCC), чиновники которой отличались изрядной консервативностью. Но менеджменту Motorola помог его величество случай. Директор и создатель Motorola Пол Галвин, имел выход на вице-президента Джорджа Буша. Галвин связался с Бушем и попросил его организовать экскурсию по Белому Дому. После экскурсии, Пол, как-бы невзначай предложил Бушу позвонить его жене, Барбаре. Буш взял мобильник из первое что он сказал жене: «Ты знаешь что я сейчас делаю? Я звоню по мобильному телефону!» После этого, Буш спросил Пола: «А Рон (Рональд Рейган) видел это?» На встрече с Рейганом, глава Motorola описал ситуацию, заметив что с промедлением, инициативу перехватят японцы. Это и послужило решающим фактором для Рейгана, давшему добро FCC.

С этого момента, судьба стала благосклонна к компании Motorola, она получила разрешение FCC, а за ней потянулись и другие желающие создать коммерческие сотовые сети, которым также выделялись частоты и которые стали покупать оборудование и телефоны от Motorola.

Галопом по европам

А что в Европе? После американского толчка, с конца 70-х европейцы также подключились к созданию своих сотовых сетей. Наибольшую активность, проявляли страны Северной Европы – Швеция, Норвегия, Дания, Финляндия, Исландия. В результате ими был разработан и внедрён первый европейский стандарт связи NMT-450 (Nordic Mobile Telephone), для функционирования в диапазоне 450 мГц. Стандарт сначала был апробирован в Саудовской Аравии, позже в Европе в различных частотных вариациях. Дальше, постоянно эволюционируя сотовая связь обзаводилась всё новыми и новыми стандартами. В 1983 г. в Чикаго появилась сеть AMPS (Advanced Mobile Phone Service), который был разработан Bell Laboratories, а двумя годами позже в Англии был принят стандарт TACS (Total Access Communications System), вариант американского AMPS.

Количество абонентов стало расти, и имеющиеся стандарты уже не могли качественно удовлетворять массовую популяризацию сотовой связи. Так, в Англии был внедрён новый стандарт НТАС.S (Enchanced TACS) позволяющий добавлять частоты, а Франция уже запустила свой Radiocom-2000. Позже, в 1986 г. появился стандарт NMT-900, с частотой 900 мГц, который позволял поддержку ещё большего количества абонентов, с явным улучшением стабильности сети.

Но все имеющиеся стандарты всё равно были аналоговыми, то-есть относились к сетям 1-го поколения (1G). Передача голоса происходила по принципу частотной и фазовой модуляции, по сути сотовые телефоны являлись радиопередатчиками. Продолжать наращивать частотный диапазон уже не соответствовало веяниям времени, да и сами телефоны ещё не отличались миниатюрностью. Производители вот-вот перешли от кейсо-чемоданного размера к прообразам телефонных трубок, которые из-за дороговизны микросхем, всё ещё весили не менее 1 кг. с соответствующим размером.

Но, ничто не вечно под Луной. Организация по почте и электросвязи СЕРТ, в составе 26 стран, в 1982 году создала исследовательскую группу Groupe Special Mobile, инициалы которой стали аббревиатурой нового цифрового стандарта мобильной связи GSM (Global System for Mobile Communications). В новом стандарте было реализовано много инноваций: многоканальный доступ с разделением по времени (TDMA), когда для станции выделяются таймслоты по 0,577 для передачи 2х57 бит, блочное кодирование, шифрование сообщений, модуляция GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying). И понеслось… Производной ступенью GSM, стал принятый в 1990 г. в США стандарт D-AMPS (ADC). Нельзя не упомянуть и про зарождавшийся стандарт CDMA, который отличается от GSM более широким разделением каналов, меньшим излучением (всего 10 мВт., аналогично FM-приёмнику). В 1991 г. в Европе был запущен DCS-1800 (Digital Cellular system), созданный на основе  GSM, в котором было реализовано решение проблемы перенаполнения соты, в этом же году в Японии вошёл в строй собственный стандарт JDC (Japanese Digital Cellular), чем-то похожий на американский D-AMPS.

Но Германия стала первой, кто развернул первую сеть 2-го поколения GSM, а первый телефон 2-го поколения предложила массовому покупателю компания Benefon ESC.

Растущая потребность в быстром и оперативном доступе в Интернет явилась основной причиной перехода на сети 2,5G. Главное требование предъявляемое к 2,5G это достижение максимальной скорости передачи данных. Для нас сети 2,5G в первую очередь ассоциируются с технологией GPRS (General Packet Radio System), EDGE (Enchanced Data for Global Evolution), 1xRTT (2,5G Data service), позволяющие передавать информацию со скоростью 384 Кбит/с., благодаря более эффективному использованию радиополосы и новым способам кодировки сигнала.

А что у нас, в России? Не смотря на то что наши радиоастрономы способны рассмотреть под каким кратером пьют свою бормотуху марсиане, а наши военные засекают запуск металлического шарика с американского космодрома, советская УКВ-радиоэлектроника практически не развивалась. Старт был дан в начале 90-х, когда появились первые FM-станции, первые операторы сотовой связи, официальные дилеры мировых производители мобильной техники, которые стали заполнять GSM-вакуум на территории нашей страны. Первым GSM-оператором мобильной связи на территории России стала компания «Дельта Телеком». Конечно, тогда в начале 90-х, мобильное общение было не из дешёвых – модель телефона стоила 2000$, подключение – ещё парочка тысяч, минута эфира стоила 1$. А предлагаемая модель телефона была 3-х килограммовая Nokia Mobira – MD 59 NB2.

Мобильные хроники

К середине 90-х годов рынок производителей сотовых терминалов уже сформировался, появилось больше участников. Так, небольшая финская компания Nokia,  представившая в 1987 г. свою первую модель сотового телефона, на данный момент занимает треть рынка по продажам телефонов. Сзади в затылок ей дышат Motorola, Samsung. Благодаря ужесточению конкуренции вводимые новшества касаются не только стандартов. Производители поняли, что функции трубки можно достаточно разнообразить. В 1993 г. Nokia анонсировала новый сервис передачи коротких текстовых сообщений SMS и в 1994 г. выпустила GSM-трубку с функцией приёма-отправки SMS.

Дальше составим такую хронологию заметных инноваций:

1994 г. – Ericsson наделила модулем Bluetooth гарнитуру handsfree (постепенное избавление аксессуаров от сугубо стандартных функций и наделение мультимедийными возможностями)

1996 г. – Motorola выпустила первый раскладной телефон Motorola StarТАС (начало поиска форм-факторных решений)

1998 г. – Qualcomm создан первый смартфон Qualcomm pdQ-800 (выход на бизнес-аудиторию потребителей)

2000 г. – Samsung выпустила первый телефон с поддержкой МР3 Samsung Uproar (начало мультимедийной «гонки вооружений»)

Samsung Uproar

2001 г. – Samsung выпустила первый «женский» телефон SGH-A400 (пришло понимание что телефонная трубка – это имидж, безграничное поле для дизайнеров и креатива)

Samsung SGH-A400

2001 г. – в испанских сетях появился первый вирус Timofonika (сигнал того что мобильные терминалы превращаются в мини-компьютеры)

2002 г. – Nokia выпускает первый видеофон Nokia 3650 (одна из беспроигрышных особенностей мультимедийной «гонки вооружений»)

Nokia

2002 г. – Kyocera выпускает первый телефон со встроенным GPS-модулем Kyocera 7135 Smartphone (глобальное позиционирование наравне с интернет становятся неотъемлемой частью научно-технического прогресса)

Kyocera 7135

2003 г. – Sony Ericsson анонсирует телефон с встроенным интернет-браузером Sony Ericsson Т616 (жизнь мобильных пользователей всё теснее связывается с мировой паутиной)

Sony Ericsson T616

Дальше новшества сливаются в сплошной поток, поэтому отследить за новациями уже трудно. Да и не нужно. Ведь на данный момент, даже средний современный телефон наделён более богатой функциональностью, чем в периоды вышеперечисленных вех сотовой истории.

От видеофона к мелафону

Samsung демонстрирует Mobile WiMAX

Ну а всё-таки, каковы дальнейшие перспективы этого динамичного и ошеломительно-быстро развивающегося сегмента коммуникационной индустрии?

Господствующие на данный момент сети 2,5G, хороши тем что они служат удобным мостиком для внедрения сетей рангом повыше, 3G и 3,5G. А работы по их внедрению в нашу жизнь ведутся очень активно не только в теории, но и на практике. Главная задача производителей мобильных терминалов и операторов – максимально связать Интернет и сотовые сети.  Так, готовится специальный комплекс Internet Gateway Router, который интегрирует сети WiFi, 3G, спутниковое вещание, сети Wi-MAX в единое целое. Под эту затею «подтачиваются» имеющиеся или вводятся новые стандарты 3G, такие как: CDMA 2000 (Code Division Multiple Access), UMTS (Universal Mobile Telecommunications Service), WCDMA (Wide CDMA). У этого семейства стандартов поколения 3G есть общее название – IMT-2000, главная задача которых — позволить мобильным устройствам обмениваться данными с максимально возможной скоростью, быть удобными в эксплуатации, поддерживать пакетную и канальную модуляцию, роуминг и т.д.

Но это с точки зрения компании-провайдера. А что сулит нам, простым пользователям новые поколения мобильных коммуникаций? Для простых пользователей, сети 3G предлагают новые сервисы, такие как потоковое вещание, видеозвонки, мобильное ТВ, быстрый доступ в интернет, удобные особенности для корпоративных и коммерческих структур. Также, в перспективе осуществление глобального роуминга, когда абонент будет досягаем в любой точке планеты.

На данный момент сети 3G активно развиваются на быстро-растущих рынках Азии. Так, по мнению экспертов покрытие сетей WCDMA к 2008 г. увеличатся до 90 млн. абонентов, в основном за счёт Азии, Японии и Европы. Массовый переход на UMTS, CDMA 2000, WCDMA произойдёт как только производители и операторы мобильной связи полностью переоснастят свой парк сетевого оборудования на новый.

Но постепенное внедрение связи третьего поколения, тянет за собой и поколение следующее. Сети 4G появятся вслед за 3,5G, уже известно что компания NTT DoCoMo вводит в эксплуатацию технологию HSPDA, которая позволит обмениваться данными со спутником при скорости 14 Mb/s. Некоторые операторы уже вовсю тестируют эту технологию, которая в силу своей эргономичности и адаптируемости не покинет рынок даже при массовом функционировании сетей 4G как минимум 5 лет.

Связь четвёртого поколения предусматривает не только интеграцию всех возможных сетевых компонентов в единое целое, но и максимально уплотняет доступный радиоканал. Для этого создаются специальные технологии, например технология ортогонального разделения кодированых сигналов, внедрение переменного фактора распространения (Frequency Division Multiplexing, VSF-Spread OFDM) и система множественного ввода/вывода (Multiple Input Multiple Output, MIME).

Samsung SGH-Z400 – тонкий слайдер третьего поколения

VSF-Spread OFDM способна передавать информацию задействуя одновременно несколько волновых диапазонов, увеличивая тем самым обьёмы передачи данных. MIME позволяет обмениваться данными одновременно по нескольким каналам. Но говорить о скором коммерческом внедрении описанных технологий пока всё-же рано.

Более подходящим «заменителем» технологий 4-го поколения на данный момент может стать стандарт Wi-MAX (IEEE802.16. Но и его нужно довести до ума, поскольку не каждый пользователь может позволить себе сопутствующее оборудование за 600$ и смутные перспективы скорости передачи информации.

Samsung демонстрирует Mobile WiMAX

На далёкую для НТП, но не далёкую для нас перспективу, нельзя не упомянуть EDGE Evolution, который позволит втрое увеличить свою пропускную способность передачи голоса и информации. К 2012 г. на долю стандарта EDGE Evolution придётся не менее 20% мирового сегмента мобильных сетей.

Сделаем некоторые выводы.

Новые стандарты 3G-3,5G, а именно WCDMA и EDGE Evolution предлагающие высокоскоростной пакетный доступ, станут де-факто общемировыми стандартами в ближайшие несколько лет. Большая роль в завоевании сотовой инфраструктуры будущего отводится HSPA (усовершенствованный WCDMA). Стандарт CDMA 2000 будет также использоваться, но его доля постепенно будет падать.

Near Field Communication

Сети 4G появятся не завтра, и их ресурсы будут исчерпаны не скоро. Заявленные на данный момент технологии этого поколения находятся на стадии разработки и пока можно утверждать что  возможности 4G не сильно отличается от уже реально осязаемых возможностей сетей 3G-3,5G. Например, среднестатистическому российскому пользователю для связи с Интернет вполне хватит 5-10 Мбит, доступные в некоторых городах уже сейчас через сети Wi-MAX и WiFi. Предлагаемые в будущем 100 Мбит нам пока не нужны с практической точки зрения, да и стоить это будет недёшево.

Поэтому, именно на основе сетей 3G мы ощутим всю прелесть нового тысячелетия – цифровое ТВ, кино, музыка, платёжные операции с карточками, видеосвязь с ближними всегда будут с нами. Под «крышей» Internet Gateway Router будет создаваться целая цифровая среда, обьединяющая не только пользователей трубок, но и их дома, предприятия, банковские счета, рабочие и домашние компьютеры и даже бытовые приборы. А учитывая что кроме ввода новых стандартов модельный ряд телефонов постоянно обновляется, в нашу жизнь будут вноситься всё новые краски.

В перспективе телефоны будут наделяться неожиданными качествами, даже «очеловечиваться». И не только за счёт искусственного интеллекта. Например, трубки смогут передавать запахи, а разрешающим способностям видеоконференций их дисплеев смогут позавидовать элитные плазменные панели. На полном серьёзе разрабатываются перспективы слияния мобильного телефона и человеческого тела.

Nokia Icon Nokia Icon

А вообще всё идёт к тому что постепенно, мобильная связь будущего потеряет столь привычный нам атрибут – телефонную трубку. Носить её будет уже считаться неудобным. Вместо этого, роль переговорного устройства с собеседником может выполнять или перстень, или очки с проекцией функций на стекло, или вшитый в мочку уха модуль с мысленным управлением. В общем, ультрасовременный сейчас iPhone будет восприниматься нами как эдакий раритетный патефон на чердаке у бабушки.

Автор: Дмитрий Дейнека

Написать комментарий