Бесплатная техническая библиотека

Сотовая связь. История изобретения и производства

Справочник / История техники, технологии, предметов вокруг нас

 Комментарии к статье

Сотовая связь, сеть подвижной связи - один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть. Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной (ровной и без застройки) поверхности зона покрытия одной БС представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть имеет вид шестиугольных ячеек (сот).

Сеть составляют разнесенные в пространстве приемопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приемопередатчика в зону действия другого.

Мобильная сеть включает большое число базовых станций, зоны обслуживания которых частично перекрываются, ввиду ограниченности их передающей мощности. Таким образом, зона, в которой теоритически гарантирована связь мобильного телефона с рассматриваемой базовой станцией, в плане представляет собой многогранник - ячейку, напоминающую пчелиную соту. Именно, отсюда этот вид мобильной радиосвязи получил свое название - сотовый.

Схема сотовой связи (нажмите для увеличения)

Оказывается, на вопрос, сколько лет телефону, ответить не так-то просто. Судите сами: принцип трансформирования вибрации мембраны от звуковых волн в электрический сигнал, который подлежит в дальнейшем передаче по проводам на расстояние, открыл французский исследователь Шарль Бурсоль в 1854 году. Позже немецкий естествоиспытатель Иоганн Рейс научился передавать по проводам музыкальные звуки. Но передавать речь все не получалось. Наконец, в 1876 году удача улыбнулась американскому изобретателю Александру Беллу, который догадался, что для передачи речи нужен постоянный ток, и разработал примитивный (но работающий) телефонный аппарат.

Выглядел он ужасно: в центре "натюрморта" находился подковообразный магнит с намотанной на него проволокой - никакой эстетики. Оговоримся, что приоритет Белла - это американская версия истории, но некоторые исследователи ее оспаривают, находя в изобретении "русский след". Впрочем, запатентована технология была именно Беллом, да и словом "телефон" мы обязаны ему. С тех пор телефон начал стремительно меняться и внешне и изнутри. В 1920-е годы это был "колокольчик" со съемным громкоговорителем. В 1937 году телефон обзавелся привычной ныне трубкой и вращающимся диском для набора номера. И прожил в таком виде в СССР и в странах Восточной Европы до конца 1980-х. Советская промышленность никогда не выпускала беспроводные телефоны. Мобильность в пределах собственной квартиры решалась установкой длинного, более десяти метров, витого шнура, позволяющего унести телефон в соседнюю комнату.

В начале 1990-х годов появились беспроводные телефоны с кнопочным набором. Постепенно домашние и офисные аппараты, работающие в диапазоне 50 МГц с радиусом действия в несколько десятков метров, были вытеснены 900-мегагерцевыми аппаратами. Последние обеспечивали более высокую помехозащищенность, некоторую защиту от аппаратов-двойников и радиус действия - до нескольких сот метров от базовой станции. Реальный радиус действия сильно зависел от типа помещения, числа бетонных переборок и прочих препятствий. Однако современные 900-мегагерцевые аппараты позволяют комфортно работать в крупном офисе и многоэтажном здании.

По сути, предками сотовой подвижной связи были радиотелефонные удлинители и различные автономные сети радиосвязи. Кстати, широко известная еще в советские времена радиально-зоновая сеть спецсвязи "Алтай", которой пользовалась тогдашняя государственная элита, обеспечивала подвижность в пределах сот внушительного размера. Поскольку абонентов у этой сети было немного, вопрос об экономии радиочастотного ресурса тогда не стоял. Аналогичные системы связи имелись и в других странах, но это была лишь прелюдия к будущей сотовой связи. Внедрение настоящих сотовых сетей началось лишь после того, как была решена проблема экономии спектра радиочастот и найдены способы определения текущего местоположения подвижных абонентов. Это было необходимо для оптимального направления к ним вызовов и обеспечения непрерывности связи при перемещении абонента из одной соты в другую.

Рождение сотовой связи относят к 1971 году. Именно тогда компания "Bell System" представила в Федеральную комиссию США по связи (FCC) описание архитектуры радиотелефонной связи, которая впоследствии и стала называться сотовой. Но путь от идеи до реального проекта занял довольно долгий срок - коммерческие сотовые сети заработали лишь через десять лет.

Разработка в 1970-х годах сотовых систем и их последующее внедрение в 1980-х годах потребовали решения разнообразных и весьма непростых технических проблем. Одной из серьезнейших было создание небольших по размерам и весу переносных абонентских терминалов. На рубеже 1970-х годов даже передовые по техническим решениям автомобильные терминалы весили немногим менее 15 килограммов. И такое же по назначению устройство надо было реализовать в размерах и весе, приемлемых для удержания одной рукой возле уха. Первыми успехами удалось блеснуть специалистам компании "Motorola" (США).

Один из родоначальников новых направлений телекоммуникаций - Мартин Купер, занимавший в начале 1970-х годов пост вице-президента компании "Motorola". Он первым предложил пути кардинального уменьшения размеров радиотелефона. И вот в 1973 году появился первый сравнительно небольшой радиотелефон, который успешно прошел лабораторные испытания. Мартин Купер сделал с него первый звонок коллеге-конкуренту из "Bell Laboratories". Как свидетельствует 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".

Мартин Купер с телефоном Motorola DynaTAC 8000X

В середине 1980-х годов имя Мартина Купера было помещено в Зале Славы беспроводной связи.

Первые системы сотовой связи были аналоговыми и обладали одним серьезным недостатком - несовместимостью систем различных производителей. Это существенно ограничивало возможности перемещения абонентов между странами и даже городами, в которых были развернуты разнотипные системы.

Столь привычные современному пользователю аналоговые сотовые сети начали создаваться в начале 1980-х годов во многих странах Европы на базе унифицированного оборудования стандарта MMT-450 и в США - на базе стандарта AMPS. Именно им в ту пору суждено было принять на себя основную часть подвижных абонентов во всем мире.

В результате европейской инициативы в 1982 году возникла группа экспертов подвижной связи GSM (Group Special Mobile) из 17 европейских администраций связи, которая приступила к разработке нового цифрового стандарта сотовой связи. Многолетние усилия GSM увенчались успехом, и сегодня мы имеем еще одну широко распространенную расшифровку аббревиатуры GSM. Global System for Mobile Communications (глобальная система подвижной связи).

Для решения проблем внедрения и эксплуатации нового стандарта в 1987 году была основана европейская рабочая группа MoU - меморандум понимания сущности совместных соглашений по использованию. Это сообщество партнеров насчитывает к настоящему моменту не одну сотню операторов из почти 100 стран мира. Серьезный подход европейцев к созданию нового стандарта привел к успеху - появлению нынешнего лидера европейской сотовой связи - стандарту GSM, работающего в диапазоне 900 МГц.

"В 1988 году были приняты основные документы и началось освоение производства оборудования для сервисных систем этого стандарта, - пишет в журнале "Радио" А. Голышев. - А в 1991 году первые сети GSM уже стали практически эксплуатироваться. До сих пор процесс создания этого стандарта может считаться образцом совместного решения сложных технических и организационных задач большой группой стран. Разработанные в рамках GSM системные и технические решения широко используются в настоящее время при создании перспективных цифровых систем сотовой связи, в том числе и на базе других технологий. В первую очередь, к таким решениям относится построение сетей GSM на принципах интеллектуальных сетей, применение модели открытых систем, внедрение новых эффективных моделей повторного использования частот и т п.".

В стандарте используется многостанционный доступ с временным разделением каналов (TDMA), функционирующий в диапазоне частот 890...915 МГц (по линии "вверх") и 935...960 МГц (по линии "вниз") с шириной полосы канала 200 кГц. Помимо каналов трафика присутствуют также каналы управления. Таким образом, в одном физическом радиоканале в GSM реализовано восемь логических каналов связи, каждым из которых может пользоваться отдельный абонент.

Одна базовая станция может поддерживать максимально 16-20 радиоканалов. Максимальная скорость передачи данных в системе - 9,6 Кбит в секунду.

В стандарте GSM применяется так называемая спектрально-эффективная гауссовская частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом. Для защиты от ошибок в радиоканалах системы GSM используется сверточное и блочное кодирование с перемежением.

Сверточное кодирование борется с одиночными ошибками, перемежение позволяет преобразовать групповые ошибки в одиночные, а блочное кодирование освобождает от оставшихся нескорректированных ошибок. Повышение эффективности кодирования и перемежения при малой скорости перемещения абонентских терминалов достигается медленным переключением рабочих частот в процессе сеанса связи со скоростью 217 скачков в секунду.

Для высокой степени безопасности передачи сообщений осуществляется их дополнительное шифрование по алгоритму с открытым ключом.

"Функциональный состав системы вполне традиционный, - отмечает А. Голышев, - она состоит из центра коммутации, центра управления и обслуживания, базовых станций и абонентских терминалов.

Центр коммутации обслуживает группу ячеек (сот), в каждой из которых находится базовая станция (отдельные группы базовых станций управляются специализированным контроллером), обеспечивая все виды соединений, в которых нуждается абонентская подвижная станция, а также "эстафетную передачу" при движении абонента (из соты в соту) и переключение радиоканалов при появлении помех или неисправностей. Центр коммутации непрерывно отслеживает местонахождение подвижных станций, сохраняя эту информацию в специальных защищенных базах данных. Это позволяет осуществлять обслуживание (роуминг) пользователей других сетей данного стандарта (принадлежащих другим операторам)...

...Разработчики позаботились о том, чтобы система GSM обладала собственным внутренним механизмом определения местоположения абонентов и маршрутизации вызовов, не зависящим от конкретной телефонной сети, к которой подключена, и соответственно могла бы достаточно просто сделать то же самое в любой части каждой страны. Все это облегчает организацию автоматического роуминга, что ныне широко используется во всем мире".

Для исключения несанкционированного доступа в сеть GSM производится аутентификация абонента. При этом каждый получает на время пользования сетью стандартный модуль подлинности абонента, который содержит международный идентификационный номер, свой индивидуальный ключ и алгоритм аутентификации. Вставив свою карту в терминал, абонент превращает последний в свой индивидуальный аппарат. Чтобы обеспечить дополнительную защиту своего терминала, абонент может установить такой режим работы, при котором необходимо дополнительно набрать на клавиатуре pin-код.

Еще один важный узел сети GSM, отвечающий за ее надежность, - это центр эксплуатации и технического обслуживания (OMC). Он обеспечивает контроль и управление всеми компонентами сети, а также контролирует качество ее работы. В зависимости от характера неисправности OMC позволяет устранить ее автоматически или с помощью экстренного вмешательства технического персонала.

Сеть GSM имеет центр управления, предназначенный для эксплуатации и технического обслуживания всей сети, которая может содержать несколько региональных OMC.

Система предоставляет своим абонентам широкий спектр услуг передачу вызова, оповещение о тарифных расходах, включение в закрытую группу пользователей. Применение в сети различного оборудования позволяет, кроме осуществления голосовой связи, передавать данные, короткие сообщения, сигналы экстренных служб, в том числе аварийной информации, сигналов охраны квартир, бедствия.

Автор: Мусский С.А.

 Рекомендуем интересные статьи раздела История техники, технологии, предметов вокруг нас:

▪ Легковой автомобиль

▪ Паровая машина

▪ Хлебопечение

Смотрите другие статьи раздела История техники, технологии, предметов вокруг нас.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Микрогравитация не ослабляет сердечные клетки 09.09.2026

Продолжительное пребывание в космосе подвергает человеческий организм воздействию условий, с которыми он никогда не сталкивается на Земле. Микрогравитация изменяет распределение жидкостей, способствует потере костной и мышечной массы, а космическое излучение способно повреждать ДНК. Особое значение для будущих длительных экспедиций имеет состояние сердечно-сосудистой системы. Новый эксперимент с мышами на борту Международной космической станции показал, что клетки сердечной мышцы могут сохранять силу сокращения даже после нескольких недель пребывания в микрогравитации. Исследователи давно наблюдают за тем, каким образом отсутствие привычной земной гравитационной нагрузки отражается на организме. В космосе жидкости перераспределяются в сторону верхней части тела, позвоночник немного растягивается, из-за чего рост временно увеличивается, а скелетные мышцы постепенно теряют массу и силу. Однако сердечная мышца работает в несколько иных условиях, поэтому специалисты Чикагского университ ...>>

Квантовый процессор IBM Nighthawk R2 09.09.2026

Квантовые компьютеры пока существенно уступают классическим системам в универсальности, однако в специализированных задачах они уже демонстрируют впечатляющие возможности. При этом важна не только вычислительная мощность отдельных кубитов, но и скорость, с которой процессор способен выполнять последовательность квантовых операций. Именно на сокращение таких задержек специалисты IBM сделали ставку при создании нового процессора Nighthawk R2, оснащенного 120 программируемыми кубитами. Главным достижением Nighthawk R2 стала значительно более высокая скорость выполнения квантовых схем. Новый процессор способен обрабатывать более 100 тысяч схем в секунду, тогда как предшествующий Heron выполнял около 4 тысяч. Такой разрыв связан не столько с увеличением количества кубитов, сколько с устранением одного из узких мест квантовых вычислений - длительного промежутка между последовательными запусками программ. В предыдущей архитектуре Heron после завершения вычисления кубит необходимо было и ...>>

Горячие напитки высвобождают миллионы частиц пластика 08.09.2026

Бумажные стаканчики давно стали привычной альтернативой пластиковым: их используют в кофейнях, офисах и заведениях быстрого питания для кофе, чая и других напитков. Однако название "бумажный" не означает, что такая посуда полностью состоит из бумаги. Чтобы стаканчик не размокал, его внутреннюю поверхность покрывают тонким слоем полимера. Исследователи из Университета Квинсленда решили выяснить, что происходит с этими покрытиями при контакте с горячей жидкостью, и обнаружили, что вместе с напитком из них могут высвобождаться чрезвычайно мелкие частицы пластика. В ходе лабораторных экспериментов специалисты изучили два типа одноразовых бумажных стаканчиков. В одном случае внутренняя поверхность была защищена традиционным полиэтиленовым покрытием, а в другом использовался полимер на основе полимолочной кислоты (PLA), который часто рассматривается в качестве более экологичной альтернативы обычному пластику. Полимолочная кислота способна биологически разлагаться при определенных условиях ...>>

Случайная новость из Архива Плазменный двигатель для работы в земной атмосфере 25.05.2020 Группа исследователей из института Технических наук университета Ухани, Китай, разработала и продемонстрировала первый в своем роде прототип микроволнового плазменного ускорителя, способного работать в условиях земной атмосферы. И даже в его нынешнем "лабораторном виде" этот ускоритель уже способен производить тягу с эффективностью, сопоставимой с эффективностью турбореактивных двигателей, устанавливаемых на современных авиалайнерах. Подобные плазменные ускорители, известные еще под названием ионные или плазменно-ионнные двигатели, уже достаточно давно используются в космической технике, ускоряя космические аппараты за счет электрической энергии, получаемой от солнечных лучей. Однако, такие двигатели совершенно не работают в условиях земной атмосферы, во-первых, они вырабатывают крайне малую тягу, и во-вторых, ускоренные ионы ксенона очень быстро теряют энергию из-за столкновений с молекулами воздуха. В конструкции нового микроволнового плазменного ускорителя используется только электрическая энергия и воздух, тем не менее, он, этот ускоритель, вырабатывает столь значительную тягу, что его уже можно рассматривать в качестве перспективного кандидата на должность двигателя будущего электрического самолета. Это устройство работает, ионизируя воздух, нагнетаемый компрессором, и превращая этот воздух в низкотемпературную плазму, выходящую из сопла под достаточно большим давлением. Важнейшей частью устройства является волновод, через который поток микроволнового излучения, вырабатываемый магнетроном частотой 2,45 ГГц и мощностью в 1,1 кВт, подводится к трубе, в которой формируется поток плазмы. За счет особой формы этого волновода поток микроволнового излучения "сжимается" по высоте в два раза, что приводит к увеличению напряженности электрического поля. И именно это позволяет передать воздуху как можно больше энергии в виде тепла, что создает достаточно высокое давление плазмы.

Другие интересные новости:

▪ DC-DC модуль Texas Instruments TPSM84209

▪ Новое решение для зарядки и резервного копирования данных смартфонов

▪ От дрожи в руках

▪ Выращен полностью здоровый французскай бульдог

▪ Новые цифровые потенциометры

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Палиндромы. Подборка статей

▪ статья Мысль изреченная есть ложь. Крылатое выражение

▪ статья Название какой картины Рембрандта противоположно замыслу художника? Подробный ответ

▪ статья Морковь дикая. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Модуль управления электроприводами замков автомобиля. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Чудесная коробочка. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026