История и развития телефонной сети

Первоначально переход от аналоговых сетей и систем телефонной связи к цифровым преследовал  достижение технических преимуществ: использование новых цифровых технологий, упрощение систем сигнализации и  способов группообразования (уплотнения) в линиях связи, улучшение регенерации  сигналов и увеличение дальности  связи и др. В дальнейшем одновременное  воздействие на традиционную телефонию  таких мощных технологических факторов, как электронизация, цифровизация и компьютеризация (привнесшая в телефонию средства программного управления) привели к революционным изменениям современной телефонии.

До 70-х годов XX столетия развитие телефонии носило эволюционный характер: сети телефонной связи оставались аналоговыми  и предназначались для доставки речевой информации по заданному  адресу (телефонному номеру). Конечно, помимо точной адресации информации к сети телефонной связи предъявлялись  требования по качеству передачи речи (достаточная громкость, разборчивость  и натуральность речи в месте  приема) и вероятностно-временным  характеристикам доставки (нормы  задержек и потерь информации). Эволюционные изменения системы телефонной связи  имели характер количественного  увеличения емкости и пропускной способности сетей и улучшения  показателей качества обслуживания. Также заметим, что на этом этапе  другие виды связи (телеграфная, документальная и факсимильная, передача данных) обслуживались  специализированными сетями и только частично прибегали к услугам  сетей телефонной связи вследствие высокой степени их распространения.

РАЗВИТИЕ СОТОВОЙ СВЯЗИ

На протяжении всей своей  истории человечество испытывало острую необходимость в средствах быстрой  передачи информации на большие расстояния. На заре цивилизации для этого  использовались различные примитивные  способы – сигнальные костры, барабаны, почтовые голуби и т. д. С развитием  науки эти технологии все более  совершенствовались – изобретение  электричества со временем позволило  соединять проводами между собой  удаленные на большое расстояние объекты и практически моментально  обмениваться между ними достаточно приличными объемами информации. Это  было очень большим достижением, но местоположение абонентов было строго фиксировано, что иногда создавало большие неудобства.

Первым шагом к появлению  мобильных средств связи было открытие в 1888 году немецким физиком Генрихом Герцем электромагнитных радиоволн и нахождение способа их обнаружения. Немного позже русский ученый Александр Степанович Попов, опираясь на результаты исследований Г. Герца, создает прибор для регистрации электрических колебаний - первый примитивный радиоприемник.

Начало было положено и  в 1901 году итальянец Гульельмо Маркони установил радио -приемопередающее устройство на борт парового автомобиля и провел первую наземную мобильную связь. При этом имелась возможность передавать только данные (точка-тире), но не голос. Однако говорить о настоящей мобильности было еще рано, размеры устройства были просто огромными, о чем говорит хотя бы тот факт, что перед тем как автомобиль начинал движение, необходимо было опустить высокую цилиндрическую антенну в горизонтальное положение.

Но технологии не стоят  на месте, и в 1921 году в США появилась  диспетчерская служба телеграфной  подвижной связи. Первоначально  такие радиосистемы располагались  только на автомобилях полиции и  используя азбуку Морзе вызывали патрули для того чтобы те связались  с полицейским участком посредством  проводного телефона. То есть это была система однонаправленного действия и ее смело можно назвать прообразом современной пейджинговой связи.

В 1934 году Конгресс США создает  Федеральную Комиссию Связи (ФКС), которая  помимо регулирования проводного телефонного  бизнеса, также управляла и радиодиапазоном. Комиссия решала, кто и какие частоты  будет получать. Самый высокий  приоритет получили спасательные службы, государственные агентства и  прочие службы, которые, по мнению ФКС, помогали наибольшему числу людей. Следом за ними шли компании предоставляющие  услуги транспортировки грузов, такси  и им подобные. Частот для использования  частными лицами вообще не выделялось до окончания Второй Мировой Войны.

Ограниченное количество частот, и как следствие, небольшое  количество клиентов, являлось одной  из причин задержки развития радиотелефонной  связи. Производители телефонных систем не видели достаточной экономической выгоды в переходе к беспроводным технологиям.

Но как уже было сказано  выше, ФКС со временем все же выделила частоты для использования частными лицами и 17 июня 1946 года в Сент Луисе, США, лидер телефонного бизнеса компания AT&T и Southwestern Bell запускают первую радиотелефонную сеть для частных клиентов. Аппаратура была очень громоздкой и предназначалась только для установки в автомобили – таскать на себе 40 килограммовый телефон (без учета веса источника питания!) было просто невозможно. Но, несмотря на это, популярность мобильной связи стала стремительно расти. Но тут возникла еще одна, более серьезная, чем большой вес аппаратуры, проблема – ограниченность частотного ресурса. Радиотелефоны, с близкими по частоте каналами, начинали вызывать взаимные помехи, и необходимо было минимум 100 километров между двумя радиосистемами, чтобы стало возможным использовать частоту вновь.

В 1947 году происходят два  события, имеющие огромное значение для дальнейшего развития радиотелефонной  связи. В июле У. Шокли, У. Браттайн и Дж. Бардин – сотрудники Bell Laboratories, изобретают транзистор. Это в дальнейшем позволило заметно уменьшить вес и размеры мобильных телефонных аппаратов.

Немногим позже Д. Ринг, сотрудник все той же Bell Laboratories, на внутреннем меморандуме выдвигает идею сотового принципа организации сетей мобильной связи. Эта схема решала проблему конфликта близких по частотам каналов и позволяла повторно их использовать.

Разработкой систем сотовой  связи стали заниматься сразу  несколько производителей радиотехники, но прошло более 20 лет, прежде чем появились  первые подобные сети.

И вот в 1973 году в Нью-Йорке, на вершине 50 этажного здания Alliance Capital Building, компанией Motorola, была смонтирована первая в мире базовая станция сотовой связи. Она могла обслуживать не более 30 абонентов и соединять их с наземными линиями связи. Первый сотовый телефон получил название Dina-TAC, его вес составлял 1,15 килограмма, размеры – 22,5х12,5х3,75 сантиметра.

Утром, 3 апреля этого же года, вице-президент Motorola Мартин Купер, взяв Dina-TAC в руки, вышел на улицу и совершил первый в мире звонок по сотовому телефону. И позвонил он не кому иному, как начальнику исследовательского отдела Bell Laboratories. Как рассказывал в последствии сам Купер, он произнес следующие слова: «Представь себе, Джоэл, что я звоню тебе с первого в мире сотового телефона. Он у меня в руках, а я иду по нью-йоркской улице».

Таким образом, днем рождения сотового телефона, да и всей сотовой  связи можно считать 3 апреля 1973. Но, несмотря на то, что основные разработки велись в США, первая коммерческая сеть сотовой связи была запущена в  мае 1978 года в Бахрейне. Две соты с 20 каналами в диапазоне 400 МГц обслуживали 250 абонентов.

Немногим позже сотовая  связь начала свое шествие по всему  миру. Все больше и больше стран  понимали выгоду и удобства, которые  она может принести. Однако использование  своего собственного частотного диапазона  в каждой стране, со временем привело  к тому, что владелец сотового телефона приезжая в другое государство не мог им пользоваться. Помимо этого  все существующие на тот момент системы  были аналоговым, что не позволяло  обеспечивать конфиденциальность разговора  даже на самом примитивном уровне. Их принято называть системами первого  поколения. И в результате для  решения всех этих проблем в 1982 году Европейская Конференция Администраций  Почт и Электросвязи (СЕРТ) объединяющая 26 стран, приняла решение о создании специальной группы Groupe Special Mobile. Ее целью была разработка единого европейского стандарта цифровой сотовой связи. Было принято решение использовать диапазон 900 МГц, а затем, учитывая перспективы развития сотовой связи в Европе и во всем мире, было принято решение выделить для нового стандарта и диапазон 1800 МГц. Новыйстандарт получил название GSM – Global System for Mobile Communications. GSM 1800 МГц также носит название DCS-1800 (Digital Cellular System 1800). Первым государством, запустившим сеть GSM, является Финляндия, коммерческая сеть такого стандарта была там открыта в 1992 году. В следующем году в Великобритании заработала первая сеть DCS-1800 One-2-One. С этого момента начинается глобальное распространение стандарта GSM по всему миру.

Если же сети первого поколения  позволяли передавать только голос, то второе поколение систем сотовой  связи, которым является и GSM, позволяют  предоставлять и другие неголосовые услуги. Самой известной и популярной услугой, скорее всего, является передача коротких текстовых сообщений – SMS (Short Message Service). Это двунаправленный сервис позволяющий передавать текстовое сообщение с одного сотового телефона GSM на другой, и является улучшенным аналогом пейджинговой связи, так как нет необходимости связываться с операторской службой, для того чтобы отправить сообщение другому абоненту.

Все также способен принимать звонки и SMS-сообщения. На данный момент современные модели телефонов представленные на рынке, при совершении разговора приостанавливают GPRS-соединение, которое автоматически возобновляется по окончании разговора. Такие аппараты классифицируются, как GPRS-терминал класса В. Планируется производство терминалов класса А, которые будут позволять одновременно загружать данные и вести разговор с собеседником. Также существуют специальные устройства, которые предназначены только для передачи данных, и их называют GPRS-модемами или терминалами класса С.

Теоретически GPRS способен передавать данные со скоростью 115 килобит в  секунду, но на данный момент большинство операторов связи предоставляют канал, который позволяет развивать скорость до 48 килобит в секунду. Это связано в первую очередь с оборудованием самих операторов и как следствие, отсутствием на рынке сотовых телефонов поддерживающих более высокие скорости.

С появлением GPRS вновь вспомнили  и о WAP-протоколе, так как теперь, посредством новой технологии, доступ к небольшим по объему WAP-страницам  становится во много раз дешевле, чем во времена CSD и HSCSD. Более того, многие операторы связи за небольшую  ежемесячную абонентскую плату  предоставляют неограниченный доступ к WAP-ресурсам.

Неголосовые услуги становятся все более востребованными, происходит слияние сотового телефона, компьютера и сети Интернет. Разработчики и операторы предлагают нам все больше и больше дополнительных услуг.

Именно для решения  этих запросов и предназначены, достаточно недавно созданные сети третьего поколения 3G, в которых передача данных доминирует над голосовыми услугами.

3G это не стандарт связи,  а общее название всех высокоскоростных  сетей сотовой связи, которые  вырастут и уже вырастают из ныне существующих. Огромные скорости передачи данных позволяют передавать прямо на телефон высококачественное видеоизображение, осуществлять постоянное соединение с Интернет и локальными сетями. Применение новых, усовершенствованных, систем защиты позволяет уже сегодня использовать телефон для проведения различных финансовых операций – мобильный телефон вполне способен заменить кредитную карту.

Вполне естественно, что  сети третьего поколения не станут финальным этапом развития сотовой  связи - как говориться, прогресс неумолим. Ныне проходящая интеграция различных  видов связи (сотовой, спутниковой, телевизионной и т. д.), появление  гибридных устройств, включающих в  себя сотовый телефон, КПК, видеокамеру, безусловно, приведет к появлению  сетей 4G, 5G. И о том, чем закончится это эволюционное развитие, сегодня  вряд ли смогут рассказать даже писатели-фантасты.