2Современные средства и линии связи
Линии (каналы) связи обеспечивают передачу и распространение сигналов от передатчика к приемнику. По физической природе передаваемых сигналов различают электрические (проводные и радио), акустические и оптические каналы связи.
Древнейшими каналами связи являются акустические и оптические.
Для передачи информации использовался звук - барабанов и колоколов. Человеческая речь также передается по акустическому каналу связи, ограниченному пределом слышимости. Принцип передачи информации голосом на большие расстояния использовался еще до новой эры.
У персидского царя Кира (VI век до н. э.) состояло для этой цели на службе 30000 человек, именуемых "царскими ушами". Они располагались на вершинах холмов и сторожевых башен в пределах слышимости друг друга и передавали сообщения, предназначенные царю, и его приказания. За один день известия по такому акустическому "телефону" проходили расстояние тридцатидневного перехода.
Сигнальные костры - это древнейший оптический канал связи.
В наше время наибольшее распространение получили электрические каналы связи. Это совокупность технических устройств, обеспечивающих передачу сообщений любого вида от отправителя к получателю. Она осуществляется с помощью электрических сигналов, распространяющихся по проводам, или радиосигналов. Различают каналы электросвязи: телефонные, телеграфные, факсимильные, телевизионные, проводного и радиовещания, телемеханические, передачи данных и т. д. Составной частью каналов связи являются линии связи - проводные и беспроводные (радиосвязь). В свою очередь проводная связь может осуществляться по электрическому кабелю и по оптоволоконной линии. А радиосвязь осуществляется по ДВ-, СВ-, КВ- и УКВ-диапазонам без применения ретрансляторов, по спутниковым каналам с применением космических ретрансляторов, по радиорелейным линиям с применением наземных ретрансляторов и по сотовой связи с использованием сети наземных базовых радиостанций.
Проводные линии связи
Проводные линии электросвязи делятся на кабельные, воздушные и оптоволоконные.
Линии электросвязи возникли одновременно с появлением электрического телеграфа. Первые линии связи были кабельными. Они прокладывались под землей. Однако вследствие несовершенства конструкции подземные кабельные линии связи вскоре уступили место воздушным. Первая воздушная линия большой протяженности в России была построена в 1854 году между Санкт-Петербургом и Варшавой. В начале 70-х годов прошлого столетия заработала воздушная телеграфная линия от Санкт-Петербурга до Владивостока длиной около 10 тыс. км. В 1939 году была пущена в эксплуатацию величайшая в мире по протяженности высокочастотная телефонная магистраль Москва-Хабаровск длиной 8300 км. Обычный городской телефонный кабель состоит из пучка тонких медных или алюминиевых проводов, изолированных друг от друга и заключенных в общую оболочку. Кабели состоят из разного числа пар проводов, каждая из которых используется для передачи телефонных сигналов.
В 1930-х годах началось развитие многоканальных систем передачи. Стремление расширить спектр передаваемых частот и увеличить пропускную способность линий привело к созданию новых типов кабелей, так называемых коаксиальных. Они используются для передачи телевизионных сигналов высокой частоты, а также для междугородней и международной телефонной связи. Одним проводом в коаксиальном кабеле служит медная или алюминиевая трубка (или оплетка), а другим - вложенная в нее центральная медная жила. Они изолированы друг от друга и имеют одну общую ось. Такой кабель имеет малые потери, почти не излучает электромагнитных волн и поэтому не создает помех. Изобретателем коаксиального кабеля является сотрудник всемирно известной фирмы Bell Telephone Laboratories Cергей Aлександрович Щелкунов - эмигрант из Советской России. Первый в мире коаксиальный кабель был проложен в 1936 г. на экспериментальной линии Нью-Йорк-Филадельфия. По кабелю одновременно передавались 224 телефонных разговора.
Рис. 7.1 - Коаксиальный кабель
Эти кабели допускают передачу энергии при частоте токов до нескольких миллионов герц и позволяют производить по ним передачу телевизионных программ на большие расстояния. По первым трансатлантическим подводным кабелям, проложенным в 1856 г., организовывали лишь телеграфную связь, и только через 100 лет, в 1956 г., была сооружена подводная коаксиальная магистраль между Европой и Америкой для многоканальной телефонной связи.
Факсимильная связь
Факсимильная (или фототелеграфная) связь - это электрический способ передачи графической информации - неподвижного изображения текста или таблиц, чертежей, схем, графиков, фотографий и т.п. Осуществляется при помощи факсимильных аппаратов: телефаксов и каналов электросвязи (главным образом телефонных).
Первый телефакс был запатентован в 1843 году шотландским изобретателем Александром Бэйном. Его "записывающий телеграф" работал на телеграфных линиях и был способен передавать только черно-белые изображения, без полутонов.
Оптоволоконные линии связи
В качестве проводных линий связи используются в основном телефонные линии и телевизионные кабели. Наиболее развитой является телефонная проводная связь. Но ей присущи серьезные недостатки: подверженность помехам, затухание сигналов при передаче их на значительные расстояния и низкая пропускная способность. Всех этих недостатков лишены оптоволоконные линии - вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам ("оптическому волокну").
Рис. 7.2 - Оптоволоконный кабель
Рис. 7.3 - Оптоволоконный кабель (поперечный разрез)
Оптическое волокно считается самой совершенной средой для передачи больших потоков информации на большие расстояния. Оно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния - широко распространенного и недорогого материала, в отличие от меди. Оптическое волокно очень компактное и легкое, оно имеет диаметр всего около 100 мкм.
Оптоволоконные линии отличают от традиционных проводных линий:
очень высокая скорость передачи информации (на расстояние более 100 км без ретрансляторов);
защищенность передаваемой информации от несанкционированного доступа;
высокая устойчивость к электромагнитным помехам;
стойкость к агрессивным средам;
возможность передавать по одному волокну одновременно до 10 миллионов телефонных разговоров и одного миллиона видеосигналов;
гибкость волокон;
малые размеры и масса;
искро-, взрыво- и пожаробезопасность;
простота монтажа и укладки;
низкая себестоимость;
высокая долговечность оптических волокон - до 25 лет.
В настоящее время обмен информацией между континентами осуществляется главным образом через подводные оптоволоконные кабели, а не через спутниковую связь. При этом главной движущей силой развития подводных оптоволоконных линий связи является Интернет.
Подводные кабели связи существуют уже более 150 лет. В 1851 году инженер Брет проложил первый подводный кабель через Ла-Манш, соединив таким образом телеграфной связью Англию с континентальной Европой. Это стало возможным благодаря применению гуттаперчи - вещества, которое способно изолировать в воде провода, несущие ток.
Беспроводные системы связи
Беспроводные системы связи осуществляются по радиоканалам. Первую такую беспроводную связь - радиотелеграф (тогда его называли "беспроволочный телеграф") изобрел А.С. Попов и развил Г. Маркони. Главную роль в создании радиовещания (или звукового вещания) сыграли изобретения Ф. Брауна, Ли де Фореста, А. Мейсснера, Э.Г. Армстронга. В 1913 году Э. Армстронг изобрел регенеративный радиоприемник (с обратной связью), а в 1918 году - супергетеродинный радиоприемник, схема которого используется и сегодня. Однако в них тогда применялась амплитудная модуляция, не позволявшая получить высокое качество звука радиоприемника из-за невозможности подавления помех в радиоэфире. Она обеспечивала верхнюю границу частотного диапазона не более 5000 Гц.
1934 году Э. Армстронг изобрел частотную модуляцию (ЧМ), позволившую избавиться от помех и обеспечивавшую высококачественное воспроизведение звука радиоприемника и передачу полного диапазона слышимости человеческого уха - звуков от барабана до флейты, в диапазоне от 50 Гц до 15 000 Гц.
В 1930-е гг. были освоены метровые, а в 40-е - дециметровые и сантиметровые волны, распространяющиеся прямолинейно, не огибая земной поверхности (т. е. в пределах прямой видимости), что ограничивает прямую связь на этих волнах расстоянием в 40-50 км в равнинной местности, а в горных районах - в несколько сотен километров. Поскольку ширина диапазонов частот, соответствующих этим длинам волн, - от 30 Мгц до 30 Ггц - в 1000 раз превышает ширину всех диапазонов частот ниже 30 Мгц (волны длиннее 10 м), они могут передавать огромные потоки информации и осуществлять многоканальную связь. В то же время ограниченная дальность распространения и возможность получения острой направленности с антенной несложной конструкции позволяют использовать одни и те же длины волн во множестве пунктов без взаимных помех. Передача на значительные расстояния достигается применением многократной ретрансляции в линиях радиорелейной связи или с помощью спутников связи, находящихся на большой высоте (около 40 тыс. км) над Землей (см. "Космическая связь"). Позволяя вести на больших расстояниях одновременно десятки тысяч телефонных разговоров и передавать десятки телевизионных программ, радиорелейная и спутниковая связь по своим возможностям являются значительно более эффективными, чем обычная дальняя радиосвязь на метровых волнах.
Радиорелейные линии связи
Радиорелейная связь первоначально применялась для организации многоканальных линий телефонной связи, в которых сообщения передавались с помощью аналогового электрического сигнала. Первая такая линия протяженностью 200 км с 5 телефонными каналами появилась в США в 1935 году. Она соединяла Нью-Йорк и Филадельфию.
В 50-х годах были созданы многоканальные радиорелейные станции (РРС), использующие диапазон сверхвысоких частот и методы частотного и/или временного разделения каналов. К началу 1970-х годов во всех развитых странах была создана густая сеть многоканальных линий радиорелейной связи с несколькими тысячами каналов в каждой линии.
В России первая магистральная радиорелейная система была создана в 1958 году. В 1970 году появился комплекс унифицированных радиорелейных систем "КУРС". Все это позволило в 1960-1970-е годы развить сеть связи страны, обеспечить качественную телефонию и наладить передачу программ центрального телевидения. К середине 1970-х годов в стране была построена радиорелейная линия с огромной емкостью каналов связи, протяженность которой составляет около 10 тыс. км. Суммарная протяженность радиорелейных линий в СССР превысила к середине 1970-х годов 100 тыс. км.
За последние десятилетия необходимость передавать данные - информацию, представленную в цифровом виде, - привела к созданию цифровых систем передачи. Появились цифровые радиорелейные системы передачи данных, способные обмениваться цифровой информацией.
Спутниковая связь и навигация
Космическая или спутниковая связь по существу является разновидностью радиорелейной связи и отличается тем, что ее ретрансляторы находятся не на поверхности Земли, а на спутниках в космическом пространстве.
В 1965 году в СССР был запущен первый спутник связи "Молния-1". Позднее была создана система дальней космической связи "Орбита". Она состоит из сети наземных станций и искусственных спутников Земли "Молния", "Радуга", "Горизонт". На территории России размещено около 100 таких станций. Через спутники передаются телеграфные сообщения, телефонные разговоры, телевизионные и фотоизображения в страны всех континентов. Однако спутники "Молния" вращаются вокруг Земли по вытянутым эллиптическим орбитам. Для слежения за ними антенны наземных приемных станций должны постоянно поворачиваться. Гораздо проще решают эту задачу спутники, вращающиеся по стационарной круговой орбите, которая находится в плоскости экватора на высоте 36000 км. Они совершают один оборот вокруг Земли за 24 часа и поэтому кажутся наземному наблюдателю висящими неподвижно над одной точкой нашей планеты. Трех таких спутников достаточно для обеспечения связью всей Земли. Уже используются работающие на стационарных орбитах спутники связи "Радуга" и телевизионные спутники "Экран". Для приема их сигналов не нужны сложные наземные станции. Телевизионные передачи с таких спутников принимаются прямо на несложные коллективные и даже индивидуальные антенны.
Уже созданы международная спутниковая система для спасения экипажей терпящих бедствие судов и самолетов КОСПАС-САПСАТ, международная космическая система "Инмарсат" для обеспечения телеграфной и телефонной связи между кораблями, плавающими в любых точках Земли.
В 1980-е годы началось развитие персональной спутниковой связи. В начале XXI века число ее абонентов составляет несколько миллионов человек, а еще через 10 лет - значительно больше. Произойдет объединение спутниковых и наземных систем связи в единую глобальную систему персональной связи. Будет обеспечена досягаемость любого абонента путем набора его телефонного номера независимо от его местонахождения. В этом состоит преимущество спутниковой связи по сравнению с сотовой (она рассматривается ниже в этой главе), поскольку она не имеет привязки к конкретной местности. Ведь в начале XXI века зона охвата сотовой связи составляет только 15% земной поверхности. Поэтому спрос на персональную подвижную связь во многих регионах мира можно обеспечить только с помощью спутниковых систем связи. Кроме речевой (радиотелефонной) связи они позволяют определять месторасположение (координаты) потребителей.
Спутниковый телефон непосредственно соединяется со спутником, находящимся на околоземной орбите. Со спутника сигнал поступает на наземную станцию, откуда передается в обычную телефонную сеть. Число спутников, необходимое для стабильной связи в любой точке планеты, зависит от радиуса орбиты той или иной системы спутников.
В настоящее время действует первая глобальная система связи "Иридиум". Она позволяет клиенту оставаться на связи, где бы он не находился, и пользоваться при этом одним и тем же телефонным номером.
Система состоит из 66 низкоорбитальных спутников, расположенных на расстоянии 780 км от поверхности Земли. Она обеспечивает прием и передачу сигнала с мобильного телефона, находящегося в любой точке земного шара. Сигнал, поступивший на спутник, передается по цепочке на следующий спутник, пока не дойдет до ближайшей к вызываемому абоненту наземной станции системы. Таким образом обеспечивается высокое качество сигнала.
Основной недостаток персональной спутниковой связи - ее относительная дороговизна по сравнению с сотовой. Кроме того, в спутниковые телефоны встраиваются передатчики большой мощности. Поэтому они считаются небезопасными для здоровья пользователей.
Самые надежные спутниковые телефоны работают в сети Инмарсат, созданной более 20 лет назад. Спутниковые телефоны системы "Инмарсат" представляют собой чемоданчик с откидной крышкой размером с первые портативные компьютеры. Крышка спутникового телефона по совместительству является и антенной, которую необходимо поворачивать по направлению к спутнику (на дисплее телефона отображается уровень сигнала). В основном такие телефоны используются на судах, поездах или большегрузных автомобилях. Каждый раз, когда необходимо позвонить или ответить на чей-то звонок, нужно будет устанавливать спутниковый телефон на какую-нибудь ровную поверхность, раскрывать крышку и крутить его, определяя направление максимального сигнала. Стоят такие спутниковые телефоны более 2500 долларов и весят от 2,2 кг. Минута разговора по такому спутниковому телефону стоит 2,5 доллара США и выше.
Спутниковое цифровое телевидение
Благодаря развитию космонавтики и цифровых технологий в последние годы возникло спутниковое цифровое телевидение. Главным его отличием является возможность прямого приема со спутника на индивидуальную домашнюю антенну, обеспечивающая свободу выбора большого числа телевизионных каналов и программ - на все вкусы.
Цифровое телевидение представляет собой современную замену традиционному аналоговому телевидению. Оно дает возможность передавать и принимать большое число телевизионных программ с идеальным "цифровым" качеством. Поясним, что означает это "цифровое" качество. В аналоговом телевидении качество телевизионных программ зависит от уровня принимаемого сигнала и соотношения сигнал/шум, то есть оно в значительной степени зависит от помех. В цифровом телевидении качество телевизионных программ неизменное и всегда высокое. Для этого только нужно, чтобы принимаемый сигнал превышал некоторый пороговый уровень. Как только этот порог перейден, то телевизионные передачи принимаются с постоянным качеством, не зависящим от помех, а зависящим лишь от качества передаваемого видеоматериала и скорости передаваемого цифрового потока. Он может передаваться с помощью спутниковых, кабельных и наземных эфирных каналов связи. Наибольшее распространение в настоящее время получило спутниковое цифровое телевидение, а в России оно является единственной возможностью приема цифрового телевидения. За 4 года существования оно сумело в значительной степени вытеснить аналоговое телевидение. Сегодня доля цифровых телевизионных программ - около 90% от общего числа спутниковых телевизионных каналов. Это объясняется не только высоким качеством цифрового телевидения, но и его низкой стоимостью: вместо одного аналогового телеканала в каждой частоте можно разместить 4-8 цифровых каналов. Сегодня для жителей Европы доступно более 2000 телевизионных и радиоканалов.
Пейджинговая связь
Пейджинговая связь - это радиотелефонная связь, пересылка по телефону продиктованных абонентом-отправителем сообщений и прием их по радиоканалу абонентом-получателем с помощью пейджера - радиоприемника с жидкокристаллическим дисплеем, на котором высвечиваются принятые буквенно-цифровые тексты. Пейджер - это средство односторонней связи: на него можно только получать сообщения, но отправлять с него сообщения нельзя.
История пейджинга как средства персонального радиовызова началась с середины 1950-х годов в Англии. Первое такое устройство было разработано в 1956 году. Количество абонентов могло быть не более 57. Когда абонент получал тоновый сигнал, он должен был поднести устройство к уху и в речевой форме прослушать сообщение, которое передавал диспетчер. Пользователями первой сети в Англии стали врачи. Сети, существовавшие в то время, носили местный характер и служили нуждам конкретных служб. Самыми крупными из них были службы аэропортов. Некоторые подобные сети существуют и сегодня. Широкое распространение пейджинга началось в конце 1970-х годов в США.
С тех пор системы пейджинга получили достаточно широкое распространение в городах Европы и США. В это же время пейджинг пришел в Россию.
Первые пейджеры были простыми приемниками частотно-модулированного сигнала. Они содержали несколько настроенных контуров, отслеживающих характерную последовательность низкочастотных сигналов (тонов). При получении этих тонов устройство подавало звуковые сигналы. Поэтому такие пейджеры называют тональными.
Переход к цифровым системам был неизбежен. Тональное кодирование не подходило для передачи буквенно-цифровых сообщений.
В 1990-х годах пейджинг начал бурно развиваться, но только до тех пор, пока не появились сотовые телефоны - средство двухсторонней связи. Правда, был разработан твейджер - пейджер с возможностью отправления сообщений, более дешевый, чем сотовый телефон. Но он не смог конкурировать с сотовым телефоном, обеспечивающим двухстороннюю голосовую связь.
Поэтому с момента начала развития сотовой связи развитие пейджинга остановилось. В столичных и в большинстве крупных городов пейджинговые компании закрылись, уступив место операторам сотовой связи. Число пользователей сотовой связи исчисляется многими миллионами. Она стала массовой и конкурирует со стационарной телефонной связью, а цена телефонных аппаратов и тарифы сотовой связи резко снизилась. Пейджинговая связь сохранилась только в регионах, а число клиентов пейджинговых компаний не превышает ста тысяч.
Стандарты беспроводной связи IRDA
IrDA - это международная организация, которая разрабатывает и внедряет стандарты беспроводной связи. IrDA обеспечивает беспроводную связь для устройств, которые, в противном случае, использовали бы для подобных целей кабель.
Для соединения по ИК-порту устройства должны быть в прямой видимости друг от друга (инфракрасный луч испускается в виде 30° конуса) и на расстоянии от полного контакта до одного метра. Скорость передачи варьируется от 9600 bps до 16 Mbps. Популярность этого стандарта связи объяснима - дешевизна и простота в использовании. Главным недостатком возможно назвать то, что для связи устройства должны находиться в прямой видимости. Плюс к тому, некоторые виды освещения (например, солнечное) могут помешать связи, ведь используется, хоть и невидимый глазу, но световой поток. Следующее ограничение - это дальность связи.
Bluetooth
В настоящее время возможна отправка сигнала настольного компьютера к принтеру, копирование файлов с одного декстопа на другой или синхронизация Palm с ноутбуком, причем все эти устройства физически не связаны друг с другом. Иными словами, принтер не подключён к компьютеру, компьютеры не соединены сетевыми проводами, а КПК вообще находится на расстоянии семи метров от ноутбука. Дело в том, что все эти устройства могут быть оснащены маленькими передатчиками, которые были разработаны специально для беспроводных коммуникаций на расстояниях до 10 метров. Эти маленькие чипы — первая волна Bluetooth-продуктов. Сегодня некоторые фирмы уже предлагают микросхемы Bluetooth, способные поддерживать связь на расстоянии до 100 метров.
Bluetooth — это высокоскоростной микроволновый стандарт, позволяющий передавать данные на расстоянии до 10 метров. Работает Bluetooth на частоте 2,56 Ghz и способен одновременно соединять до 8 устройств. Этот стандарт не требует никаких навыков у пользователя - как только Bluetooth-устройства сближаются на определенное расстояние, они тут же обмениваются информацией и устанавливают небольшую локальную сеть. Модуль Bluetooth невелик и потребляет около 1 миливатта энергии, что не очень много даже для мобильных устройств.
Самым большим преимуществом этого стандарта является то, что для связи устройств совершенно не требуется прямой видимости — устройства начинают «видеть» друг друга будучи сближенными на определенное расстояние. С его помощью возможно создавать небольшие сети в условиях квартиры, а например, соединение карманного компьютера с мобильным телефоном может быть осуществлено вообще без извлечения последнего скажем, из кармана.
В глобальном смысле Bluetooth — это технология беспроводной передачи данных для любых устройств с ее поддержкой: мобильных телефонов, КПК, ноутбуков, настольных компьютеров, принтеров, цифровых устройств и даже бытовой техники. Материальное воплощение Bluetooth — это маленький чип, представляющий собой высокочастотный приемопередатчик малого радиуса действия, работающий в диапазоне частот ISM (Industrial, Scientific and Medical) 2.4465-2.4835 ГГц. Диапазон рассчитан на работу медицинских приборов, бытовой техники, беспроводных телефонов, беспроводных локальных сетей стандарта IEEE.
Мобильная сотовая связь
Связь называют мобильной, если источник информации либо ее получатель (или оба) перемещаются в пространстве. Радиосвязь с момента возникновения была мобильной. Первые радиостанции предназначались для связи с подвижными объектами - кораблями. Ведь один из первых приборов радиосвязи А.С. Попова был установлен на броненосце "Адмирал Апраксин". И именно благодаря радиосвязи с ним удалось зимой 1899/1900 годов спасти этот корабль, затертый во льдах в Балтийском море.
Долгие годы для осуществления индивидуальной радиосвязи между двумя абонентами требовался свой отдельный канал радиосвязи, работающий на одной частоте. Одновременную радиосвязь по многим каналам можно было бы обеспечить, выделив каждому каналу определенную полоску частот. Но ведь частоты нужны и для радиовещания, телевидения, радиолокации, радионавигации, военных нужд. Поэтому и число каналов радиосвязи было весьма ограничено. Она использовалась для военных целей, правительственной связи. Так, в автомобилях, которыми пользовались члены политбюро ЦК КПСС, были установлены телефоны мобильной связи. Устанавливалась они в полицейских машинах и радиотакси. Для того чтобы мобильная связь стала массовой, понадобилась новая идея ее организации.
Каждая сота должна обслуживаться базовым радиопередатчиком с ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой. Это дает возможность повторно использовать ту же частоту в других сотах. Во время разговора сотовый радиотелефон соединен с базовой станцией радиоканалом, по которому передается телефонный разговор. Размеры соты определяются максимальной дальностью связи радиотелефонного аппарата с базовой станцией. Эта максимальная дальность является радиусом соты.
Идея мобильной сотовой связи состоит в том, что, еще не выйдя из зоны действия одной базовой станции, мобильный телефон попадает в зону действия любой соседней вплоть до наружной границы всей зоны сети.
Для этого созданы системы антенн-ретрансляторов, перекрывающих свою "соту" - область поверхности Земли. Чтобы связь была надежной, расстояние между двумя соседними антеннами должно быть меньше радиуса их действия. В городах оно составляет около 500 метров, а в сельской местности - 2-3 км. Мобильный телефон может принимать сигналы сразу от нескольких антенн-ретрансляторов, но настраивается он всегда на самый мощный сигнал.
Идея мобильной сотовой связи заключалась еще и в применении компьютерного контроля за телефонным сигналом от абонента, когда он переходит от одной сотовой ячейки к другой. Именно компьютерный контроль позволил в течение всего лишь тысячной доли секунды переключать мобильный телефон с одного промежуточного передатчика на другой. Все происходит так быстро, что абонент просто этого не замечает.
Центральной частью системы мобильной связи являются компьютеры. Они отыскивают абонента, находящегося в любой из сот, и подключают его к телефонной сети. Когда абонент перемещается из одной ячейки в другую, они передают абонента с одной базовой станции на другую, а также подключают абонента из "чужой" сотовой сети к "своей", когда он оказывается в зоне ее действия, - осуществляют роуминг (что по-английски означает "странствие" или "бродяжничество").
Эксплуатация первой в Европе системы сотовой связи стандарта NMT-450 (Nordic Mobile Telephone), предназначенной для работы в диапазоне 450 МГц, началась в 1981 году в Швеции, Исландии, Дании, Норвегии, Финляндии и Саудовской Аравии. Затем началась эксплуатация систем связи того же типа в странах Европы и Юго-Восточной Азии. В 1985 году на базе этого стандарта был разработан стандарт NMT-900 диапазона 900 МГц, позволивший увеличить абонентскую емкость системы связи. Подобные стандарты были введены в США, Франции и Великобритании.
Однако все эти стандарты являются аналоговыми и относятся к первому поколению систем сотовой связи. В них используется аналоговый способ передачи информации с помощью частотной (ЧМ) или фазовой (ФМ) модуляции - как в обычных радиостанциях. Этот способ имеет ряд существенных недостатков, главными из которых являются возможность прослушивания разговоров другими абонентами и невозможность борьбы с замиранием сигналов при передвижении абонента и под влиянием ландшафта и зданий. Перегруженность частотных диапазонов вызывала помехи при разговорах.
Поэтому к концу 1980-х годов началось создание второго поколения систем сотовой связи, основанных на базе цифровых методов обработки сигналов. В 1990 году был разработан стандарт GSM-900 для диапазона 900 МГц, который расшифровывается как Global System for Mobile Communications. А в 1991 году на основе GSM был разработан стандарт для диапазона 1800 МГц. Подобные стандарты были приняты в США и Японии.
В России аналоговые системы сотовой связи на основе стандарта NMT-450 появились с опозданием на 10 лет, но зато цифровые системы на основе стандарта GSM - с опозданием только на 3 года. Стандарты NMT и GSM утверждены в нашей стране в качестве федеральных. В Москве активнее всего развиваются сотовые сети на основе цифрового стандарта GSM, а в регионах - аналоговые сети. Системы стандарта GSM в России наиболее активно продвигают на рынке три оператора - МТС, "Билайн" и "МегаФон". Сегодня на основе этого стандарта работают уже более 70% всех сотовых телефонов в мире. России пошло на пользу опоздание с внедрением сотовой связи. У нас был сразу принят цифровой стандарт GSM. Многие современные сотовые телефоны оснащены возможностью высокоскоростного доступа в Интернет по стандарту GPRS (General Packet Radio Service).
Доли сотовых операторов в общероссийской абонентской базе в 2009 году: лидирует по этому показателю "МТС" (33%), за ней следует компания "ВымпелКом" (25%), на третьем месте "МегаФон" (24%), четвертую позицию занимает TELE2 (7%). Остальные операторы делят между собой 11% абонентской базы.
В США услугами сотовой телефонной связи пользуются примерно 81 миллион человек, что составляет более 31 процента от общей численности населения страны в 260 миллионов.
В странах Европы, включая Россию, этот показатель выше - примерно 33,8% всего населения. Максимальный в мире показатель - в Финляндии: 63,5% населения страны владеют сотовыми телефонами.
Число пользователей сотовой связи в России в 2000 г. составляло 3,3 млн человек, в 2001 г. - 7,8 млн, в 2002 г. - 17,7 млн, в 2003 г. - 32 млн. При этом уровень проникновения сотовой связи на конец октября 2003 г. в Москве и Московской области составляет 63%, в Петербурге и Ленинградской области - 51%, а в других регионах России - 22%.
Персональная сотовая мобильная связь пользуется все большей популярностью, особенно у молодежи. Общее число ее пользователей в мире превышает 600 миллионов абонентов.
Важным преимуществом мобильной сотовой связи является возможность пользоваться ею вне общей зоны своего оператора - роуминг. Для этого различные операторы договариваются между собой о взаимной возможности пользования своим зонами для пользователей. Абонент, покидая общую зону своего оператора, автоматически переключается на зоны других операторов даже при перемещении из одной страны в другую, например, из России в Германию или во Францию. Либо, находясь в России, пользователь может звонить по сотовой связи в любую страну. Таким образом, сотовая связь обеспечивает пользователю возможность связываться по телефону с любой страной, где бы он не находился.
Сотовая связь существуют уже 20 лет, но только в последние годы она начала активно распространяться по всему миру, вовлекая в свои сети любого желающего совместить мобильность с доступностью. Сегодня есть из чего выбрать, поскольку только в нашей стране присутствуют пять стандартов мобильной связи.
Организация сотовой сети
Сотовые телефоны перестали быть роскошью и производственной необходимостью. Они входят в нашу повседневную жизнь, активно изменяя как стиль, так и содержание наших будней.Основная идея организации сотовой телефонной сети предельно проста. Вся обслуживаемая территория разбивается на кусочки-соты, в которых имеются базовые станции, соединяющие мобильные телефоны между собой и с внешним миром. На карте такая сеть мобильной связи напоминает пчелиные соты, откуда и пошло название этого вида телекоммуникации. Телефоны в соседних сотах не мешают друг другу, потому что работают на разных частотах, а вот отстоящие более чем на соту просто не слышат друг друга благодаря тому, что земля круглая, и радиоволны, распространяясь, затухают.
Базовая станция с антеннами и трубка в руках абонента всегда находятся недалеко друг от друга и работают на минимальных мощностях, поэтому телефон становится поистине мобильным, компактным и легким. Между собой базовые станции соединяются высокоскоростной линией связи, по которым наши разговоры и приходят к сотовому оператору. Собравшись на головной сотовой станции, все звонки тарифицируются и коммутируются с адресатами. Естественно, что сотовые операторы имеют выход на телефонную сеть общего пользования, и звонок, если он проходит вне данной сети, начинает свое путешествие по земным линиям связи.
Благодаря единому управлению при переходе из соты в соту телефон автоматически передается на обслуживание новой базовой станции. Процесс передачи обслуживания сопровождается сменой рабочей частоты и занимает некоторое время, практически незаметное при разговоре.
Мобильный телефон не имеет постоянной прописки, и ему приходится периодически регистрироваться в сети, соответственно сотовый оператор даже при роуминге (т.е. когда его абонент путешествует по чужой территории) знает, где именно находится выходящий на связь аппарат, и при запросе подтверждает платежеспособность хозяина телефона
Аналоговые стандарты сотовой связи
Имея много общего, системы сотовой связи существенно отличаются друг от друга и, в первую очередь, потому, аналоговую или цифровую форму передачи информации они используют. Сначала все системы были аналоговыми, а аппараты очень похожими на обычные связные рации. Наиболее широко распространились по миру две такие системы: американская AMPS (Advanced Mobile Phone Service) и европейская NMT (Nordic Mobile Telephone). Сегодня они по-прежнему успешно работают на обширных территориях малонаселенных районов крупных стран, когда плотность звонящих невелика. Эти стандарты имеют ограниченную емкость и не позволяют более чем полусотне человек одновременно выходить на связь в пределах одной соты.
AMPS работает в диапазоне 800 МГц, NMT-450 соответственно вблизи 450 МГц, а активно используемый сегодня в скандинавских странах NMT-900 - около 900 МГц. В NMT максимальный радиус соты может равняться 40 км, в AMPS он не более 20 км. Выходная мощность мобильных трубок в NMT-450 достигает 2-3 Вт, в AMPS - не превышает 0,6 Вт, для стационарных и автомобильных вариантов в NMT-450 она может доходить до 15 Вт, а у базовой станции 50-100 Вт.
Звуковой сигнал в аналоговых сетях не подвергается существенной обработке, и задержка связи составляет всего несколько десятков миллисекунд при местных звонках. Соответственно звучание человеческого голоса в таких телефонах выглядит наиболее естественно и привычно. Характерные для аналоговых сетей шумы и помехи во многом похожи на типичные для проводных телефонов шорохи и трески.
В аналоговых сотовых системах вопрос конфиденциальности телефонных переговоров полностью открыт, и любопытные конкуренты могут свободно слушать интересующие их разговоры, не только сидя в машине под окнами офиса, но и находясь за пару кварталов от объекта наблюдения. Более того, практически сразу появились "усовершенствованные" модели аналоговых телефонов, способные перехватывать идентификационные номера законных пользователей сотовых сетей. Причем нелегальные аппараты, звонящие за чужой счет, были довольно-таки интеллектуальны и, прежде чем выйти в эфир, проверяли, не находится ли тот, кто за них платит, на связи.
Воровство так распространилось в мире аналоговой сотовой связи, что изготовителям оборудования пришлось срочно усложнять процедуру опознания своих абонентов. И сегодня проблема двойников, по крайней мере в NMTi, решена. Однако возможность прослушивания даже при включении "шифрования" осталась.
Роуминг в сотовых сетях возможен только в пределах выбранного вами стандарта, поскольку телефоны, работающие в разных стандартах, принципиально несовместимы. Там же, где есть нужная сеть, имеет место так называемый полуавтоматический роуминг, требующий участия владельца для выбора нужного кода страны.
Телефоны стандарта NMT еще совсем недавно были существенно крупнее своих собратьев по сотовой связи, но сегодня благодаря успехам электроники только выдвижная антенна порой выдает тот факт, что это аппарат аналогового стандарта.
В США очень быстро столкнулись с тем, что аналоговый стандарт не может обеспечить связью всех желающих. И новый почти полностью цифровой стандарт D-AMPS ( Digital Advanced Mobile Phone Service), пришедший на смену AMPS, при прежнем максимальном радиусе соты 20 км повысил число одновременно идущих в соте разговоров до трехсот. Это был шаг, существенно улучшивший конфиденциальность телефонных разговоров и снявший проблему двойников. Переход к цифре, естественно, немного сказался на качестве речи. Данный стандарт позволяет вполне спокойно обеспечивать стабильной мобильной связью не слишком плотно расположенных абонентов. Он не стал международным стандартом, поэтому путешествуя с таким телефоном по миру, далеко не везде удастся выйти на связь.
В мире было разработано и внедрено 9 аналоговых стандартов, работавших на разных частотах и не совместимых друг с другом. Сейчас успешно работают два из них: скандинавский NMT и американский AMPS, причем оба используются и в нашей стране.
Эволюция к цифровым стандартам
Цифровых стандартов с возможностью организации сот радиусом от 0,5 км до 20-30 км сегодня 4: американские D-AMPS и CDMA, глобальный общеевропейский GSM и сугубо японский JDC (Japan Digital Cell).
Первопроходцам всегда труднее, и сегодня, чтобы удержаться на плаву, сотовым операторам, работающим в NMT и D-AMPS, приходится не только снижать цены, но и предлагать услуги, которых изначально данные стандарты не предполагали. Автодозвон, определение номера, голосовая почта, конференц-связь, передача данных и даже работа в Internet сегодня стали доступны не только современным цифровым стандартам.
Широкая популярность сотовых сетей заставила разработчиков всерьез задуматься об увеличении их емкости и стандартизации в рамках всей планеты. Поскольку только при унификации телефонов можно спокойно путешествовать по всему миру, оставаясь на связи благодаря услугам автоматического роуминга. К этому времени, началу 90-х годов, уже было ясно, что решение этих двух задач возможно только при переходе к цифровым способам передачи речи и управления связью.
Разработкой общемирового стандарта занялись как в Европе, так и в Америке. Старый и Новый свет пошли немного разными путями, и в итоге имеется два стандарта, работающих не только на разных частотах, но и использующих принципиально разные способы разделения одновременно звонящих абонентов. Американцы в той же полосе частот, где работали раньше AMPS и D-AMPS, с 1995 года начали внедрение CDMA (Code Division Multiple Access). При прежнем размере сот и той же базовой инфраструктуре переход к новому стандарту увеличил количество одновременно звонящих в соте до тысячи, повысил экономичность аппаратов, существенно улучшил конфиденциальность переговоров и исключил проблему двойников.
Каждый CDMA-телефон имеет свой индивидуальный идентификационный номер и поменять аппарат без участия сотового оператора просто невозможно. Видимо, в том числе и поэтому пока не поступало сообщений о клонировании (т.е. дублировании) такого типа телефонов. Записная книжка с номерами и ваш личный органайзер оказываются в неотъемлемой памяти телефона и, меняя телефон, придется перезаписывать всю полезную информацию.
Цифровые системы очень большое внимание уделяют кодированию речи. Потому что без сжатия информационного потока цифровые системы не получат преимущества по количеству обслуживаемых абонентов. Вычислительные возможности телефонного микрокомпьютера, отвечающего за кодирование и декодирование речи, далеки от любого Pentium, и поэтому впору не сетовать на качество передачи речи в цифровых системах мобильной связи, а восхищаться тем, что голоса самых разных народов мира передаются столь узнаваемым образом.
CDMA и GSM
CDMA имеет на сегодня наибольшую скорость передачи данных (14,4 кбит/с) и достаточно хорошее качество звука. Аппараты, работающие в этом стандарте, вполне миниатюрны и достаточно долго удерживаются на связи. Этот стандарт сегодня широко распространен в Северной Америке и Южной Корее. В нашей стране также есть операторы, выбравшие данный стандарт, однако распространенность таких сетей пока невелика, и потенциальный роуминг сильно ограничен (а в ситуации, когда данная связь лицензирована только как беспроводная, и законодательно невозможен).
Наиболее популярным типом сотовой связи сегодня, безусловно, является GSM (Global System for Mobile Communications). Этот европейский цифровой стандарт глобальной мобильной связи, стартовав в 1991 году в Европе, сегодня де-факто стал самым популярным стандартом в мире. Он очень быстро распространяется по нашей планете, и сегодня почти во всех странах, имея в руках GSM-телефон, можно спокойно звонить и отвечать на звонки, как будто вы находитесь дома. GSM был разработан с учетом многолетнего опыта эксплуатации сотовых сетей, ориентирован на всеобщее применение и допускает существенную модификацию без изменения основных функций.
В GSM радиус соты может достигать 35 км, и возможно до тысячи одновременных звонков. Максимальная импульсная мощность мобильных трубок не превышает 1 Вт, хотя для стационарных и автомобильных вариантов телефонов она может доходить и до 20 Вт. Аппараты этого стандарта на сегодня наиболее миниатюрны и дольше всех удерживаются на связи и в состоянии ожидания звонка.
Цифровые системы связи обеспечивают чистое и без помех звучание, лишь немного искажая тембр и интонационную окрашенность речи. Только при слабых уровнях сигнала и неустойчивой связи возможна ситуация, когда телефон как бы глотает кусочки слов. Выигрыш в выходной мощности и пропускной способности при переходе к цифре столь существенны, а разборчивость речи страдает так мало, что однозначно можно простить телефонам цифровую обработку человеческого голоса.
При разговоре мы примерно половину времени молчим, слушая собеседника. Цифровые системы активно используют это обстоятельство, почти полностью выключая передатчик в паузах речи, стараясь не засорять понапрасну эфир и экономя батарею. А чтобы не было звенящей тишины в ушах говорящего, телефон в это время подает в динамик "комфортный шум", напоминающий типичные звуки на том конце "провода".
Эфирное подслушивание GSM-переговоров затруднено, здесь разработчики постарались от души. И дело не только в сложном виде используемых сигналов и закрытости алгоритмов шифрования, но и в том, что процедура кодирования все время меняется, и каждый новый звонок имеет свой ключ.
Интересным шагом в борьбе за плотность звонящих было введение GSM 1800, существенно увеличившее пропускную способность за счет перехода к более мелким сотам и расширению диапазона частот. Судя по опыту эксплуатации таких сетей в крупнейших мегаполисах, этот шаг полностью снимает проблему перегрузки сети даже при поголовной "мобилизации" населения.
Во все мире GSM работает на частоте 900 МГц и 1800 МГц, но только не в Америке. Федеральная комиссия по радиосвязи сочла свободным и продала операторам лишь небольшой участок спектра в районе 1900 МГц, и тут же возник американский GSM 1900. Причем в этом диапазоне могут работать как GSM, так и CDMA и даже D-AMPS-сотовые операторы. Сегодня выпускаются не только "всемирные" телефоны, работающие на 1800 и 1900 МГц, но и воистину всеядные "трехбендовые", умеющие выходить на связь во всех трех GSM-диапазонах.
Сотовые сети и Internet во многом похожи друг на друга, и неслучайно почти все телефоны GSM имеют WAP-броузеры и активно обсуждаются проекты нового всемирного стандарта сотовой связи, который будет иметь существенно большую скорость передачи данных и обеспечивать вполне комфортную работу во всемирной паутине благодаря более широкой рабочей полосе и увеличенный по отношению к GSM и CDMA темпу передачи речи, изображений и данных. Сегодня такая надстройка над GSM в виде GPRS-технологии уже освоена обоими московскими операторами и достигнута скорость 40,2 кбит/с на прием.
В GSM-телефонах используется сменный модуль, отвечающий за идентификацию абонента, - так называемая SIM-карта (Subscribe Identity Module). Эта маленькая микросхема не только отвечает за то, чтобы никто не звонил за ваши деньги, но и содержит обширную память, способную хранить до 255 номеров и имен ваших знакомых. Соответственно переставив SIM-карту из одного телефона GSM в другой, переносишь не только записную книжку, но и свой телефонный номер, на который теперь будет отзываться фактически уже другой телефон.
Персонализация средств связи идет быстрыми темпами, и сегодня уже можно смело переходить от понятия "рабочий" и "домашний" телефон к понятию "личный индивидуальный телефонный номер", который всегда при вас. Наиболее логичным решением этой задачи является применение SIM-карт. Универсальность этой маленькой микросхемы позволяет использовать ее во всех новых, готовых к запуску и разрабатываемых как сотовых, так и спутниковых системах связи.
Спектр услуг, предоставляемых сегодня операторами GSM, наиболее обширен, и он непрерывно пополняется. Короткие текстовые сообщения SMS (Short Message Servic) и возможность работы в Internet прямо с клавиатуры телефона, используя WAP-броузер, передача данных и факсов (скорость 9,6 кбит/с), конференц-связь и переадресация звонков, информационные услуги (цены, погода, адреса, телефоны) и формирование различных групп пользователей - это далеко не полный перечень тех возможностей, которые получает хозяин телефона GSM.
Раздел сотовых стандартов уже завершен, и почти все операторы выбирали какой-то один тип связи. У нас в стране сегодня работает несколько десятков сотовых операторов, обслуживающих почти два миллиона пользователей. Московский оператор "Би Лайн", развернув свою сеть D-AMPS, не стала внедрять в том же диапазоне CDMA, а занялась европейским GSM 1800. Другой столичный оператор МТС начал с работы в GSM 900, а сейчас они оба делают основную ставку на двухдиапазонный GSM 900/1800. Старейшая российская сотовая сеть МСС вместе с СОТЕЛ по-прежнему продолжает охватывать необъятные просторы нашей Родины стандартом NMT-450i, подумывая о цифровизации. Региональные операторы успешно осваивают все стандарты сотовой связи, включая CDMA. Московская сеть СОНЕТ выбрала CDMA пока в стационарном, но в перспективе, естественно, в мобильном виде.
И если операторы предоставляют услуги в разных стандартах, то производители стараются максимально расширить возможности сотовых телефонов, делая их все более функциональными и многостандартными. Объединение в одном корпусе спутникового, сотового и офисного радиотелефона сегодня идет полным ходом, и в XXI веке будет вполне реально в пустыне звонить по спутниковому каналу, в городе - по сотовому, а в офисе - по местной радио-АТС, и все это будет происходить по одному аппарату и единому личному номеру владельца телефона.
Ведущие компании-производители сотовых телефонов ориентируются на единый европейский стандарт - GSM. Именно поэтому их аппаратура технически совершенна, но относительно недорога. Ведь они могут позволить себе выпускать огромные партии телефонов, находящих сбыт.
Удобным дополнением к сотовому телефону стала система коротких сообщений SMS (Short Message Service). Она используется для передачи коротких сообщений прямо на телефон современной цифровой системы GSM без применения дополнительного оборудования, только с помощью цифровой клавиатуры и экранчика-дисплея сотового телефона. Прием SMS-сообщений производится также на цифровой дисплей, которым оснащен любой сотовый телефон. SMS можно использовать в тех случаях, когда обычный телефонный разговор не является самым удобным видом связи (например, в шумном переполненном поезде). Можно послать знакомому по SMS свой номер телефона. Из-за низкой стоимости SMS является альтернативой телефонному разговору. Максимальная величина SMS-сообщения составляет 160 символов. Посылать его можно несколькими способами: звонком в специальную службу, а также с помощью своего телефона GSM с функцией отправки, с помощью Интернета. Система SMS может обеспечивать дополнительные услуги: посылать на Ваш телефон GSM курс валют, прогноз погоды и т.д. По существу, телефон GSM с системой SMS является альтернативой пейджеру.
Но и система SMS - не последнее слово в сотовой связи. В наиболее современных сотовых телефонах (например, фирмы Nokia) появилась функция Chat (в русской версии - "диалог"). С ее помощью можно общаться в режиме реального времени с другими владельцами сотовых телефонов, как это делается в Интернете. По существу, это новый вид обмена посланиями SMS. Для этого вы составляете послание своему собеседнику и отправляете его. Текст вашего послания появляется на дисплеях обоих сотовых телефонов - вашего и вашего собеседника. Потом он вам отвечает и на дисплеях высвечивается его послание. Таким образом, вы ведете электронный диалог. Но если сотовый телефон вашего собеседника не поддерживает данную функцию, то он будет получать обычные SMS-сообщения.
Появились и сотовые телефоны с поддержкой высокоскоростного доступа в Интернет через GPRS (General Packet Radio Service) - стандарт пакетной передачи данных по радиоканалам, при котором телефону не нужно "дозваниваться": аппарат постоянно поддерживает соединение, отправляет и принимает пакеты данных. Выпускаются и сотовые телефонные аппараты со встроенной цифровой фотокамерой.
По данным исследовательской компании Informa Telecoms & Media (ITM) число пользователей мобильной связи в мире в 2007 году составляет 3,3 млрд. человек.
Наконец, самые сложные и дорогие аппараты - это смартфоны и коммуникаторы, сочетающие возможности сотового телефона и карманного компьютера.
Технологии передачи сообщений Short Message Service (SMS)
Short Message Service (SMS) на сегодняшний день является самым распространенным и используемым способом отправки и получения коротких сообщений посредством мобильной связи стандарта GSM. SMS хорошо себя зарекомендовал как средство коммуникаций в направлении человек - человек и при отправке сообщений, носящих преимущественно информационный характер, от сервера к абоненту и между серверами.
Работа SMS обеспечивается за счет SMS-центра (Short Message Service Center или SMSC), который выступает в качестве банка данных, где хранятся сообщения, и движущего средства, переправляющего их дальше. Короткие сообщения пересылаются по тому же каналу сотовой сети, что и телефонные звонки. А в случае сети, обеспечивающей пакетную передачу данных, сообщения могут отправляться даже непосредственно во время разговора по телефону.
В спецификациях к стандартным коротким сообщениям указано, что оно не может превышать 160 знаков. Теоретически, сообщение может быть в 255 раз больше, но, к сожалению, ни один из существующих телефонных аппаратов не сможет сохранить такое количество информации. В среднем, их память рассчитана всего лишь на 4 полных сообщения.
Multimedia Message Service (MMS)
MMS относится к новому поколению решений для мобильных сообщений. До сих пор окончательно не стандартизированный этот сервис обещает добавить телефонам множество функций, которые не может обеспечить EMS.
Стандарт MMS предназначен для сетей GPRS, которые в отличие от более простого GSM обладают постоянным подключением к сети, более высокой пропускной способностью и возможностью пакетной передачи данных, что в совокупности с более мощными устройствами и обеспечивает переход к мультимедийным сообщениям.
Работа MMS основана на стандартах SMS и e-mail. Он включил в себя лучшее от обеих систем, и в результате получился «гибридный» стандарт, оптимизированный для использования с мобильными устройствами. Это позволяет упростить процесс интеграции с существующими системами, приложениями и, главное, пользователями. Одним из достоинств нового стандарта является то, что при отправке сообщения могут быть использованы как номера телефонов, так и адреса электронной почты.
Стандарт Multimedia Message Service позволяет включать в сообщение текст, картинки в формате JPEG, сжатые посредством кодировщика AMR аудио-файлы, SMS-сообщение, спрятанное внутри MMS.
В будущем MMS планируется добавить поддержку видео форматов и различные «надбавки», например, Synchronised Multimedia Integration Language (SMIL), которая позволит представлять медиа-данные в структурированной форме.
Также, как и SMS требует наличие некоего сервис-центра для хранения и отправки сообщений, для работы MMS необходим сервис-центр для управления потоком мультимедийных сообщений.
MMS-центр (в документации он называется MMS Relay/Server) отвечает за следующий набор задач:
- получение и отправка медиа-сообщений с и на мобильные устройства;
- конвертирование медиа-форматов в зависимости от возможностей телефонного аппарата, на которое отправляется сообщение;
- генерация информации о счете;
- получение и доставка сообщений с и на зарубежные MMS-центры;
- получение и доставка сообщений с и на внешние системы, например, электронную почту;
-получение и доставка сообщений внешним провайдерам, обеспечивающих дополнительными услугами.
Интернет-телефония
Одним из самых современных и экономичных видов связи стала Интернет-телефония. Днем ее рождения можно считать 15 февраля 1995 года, когда фирма VocalTec выпустила свой первый soft-phone - программу, служащую для обмена голосом по сети IP. Затем Microsoft выпустил в октябре 1996 года первую версию NetMeeting. А уже в 1997 году стали вполне обычными соединения через Интернет двух обычных телефонных абонентов, находящихся в совершенно разных местах планеты.
Почему обычная междугородная и международная телефонная связь так дорога? Объясняется это тем, что во время разговора вы занимаете целый канал связи, причем не только когда вы говорите или слушаете собеседника, но и когда вы молчите или отвлекаетесь от разговора. Так происходит при передаче голоса по телефону обычным аналоговым способом.
При цифровом же способе информацию можно передавать не непрерывно, а отдельными "пакетами". Тогда по одному каналу связи можно посылать информацию одновременно от многих абонентов. Этот принцип пакетной передачи информации подобен перевозке множества писем с разными адресами в одном почтовом вагоне. Ведь не "гоняют" же один почтовый вагон для перевозки каждого письма в отдельности! Такое временное "пакетное уплотнение" позволяет намного эффективнее использовать существующие каналы связи, "сжимать" их. На одном конце канала связи информация делится на пакеты, каждый из которых, подобно письму, снабжается своим индивидуальным адресом. По каналу связи пакеты многих абонентов передаются "вперемежку". На другом конце канала связи пакеты с одним адресом снова объединяются и направляются своему адресату. Такой пакетный принцип широко используется в сети Интернет.
Через персональный компьютер можно по сети Internet посылать и получать письма, тексты, документы, рисунки, фотографии. Но точно так же работает и Интернет-телефония (IP-телефония) - телефонный разговор двух пользователей персональных компьютеров. Для этого оба пользователя должны иметь микрофоны, соединенные с компьютером, и наушники или звуковые колонки, а их компьютеры - звуковые карты (желательно для двухсторонней связи). При этом компьютер преобразует аналоговый "голосовой" сигнал (электрический аналог звука) в цифровой (комбинации импульсов и пауз), который затем передается по сетям Интернета. На другом конце линии компьютер вашего собеседника производит обратное преобразование (цифровой сигнал в аналоговый), и голос воспроизводится как в обычном телефоне. Интернет-телефония значительно дешевле междугородных и международных разговоров по обычному телефону. Ведь при IP-телефонии нужно платить только за пользование Интернетом.
Имея персональный компьютер, звуковую карту, совместимые с ней микрофон и наушники (или звуковые колонки), Вы можете с помощью Интернет-телефонии позвонить любому абоненту, у которого обычный городской телефон. При этом разговоре Вы также будете платить только за пользование Интернетом.
Перед началом пользования Интернет-телефонией абоненту - владельцу персонального компьютера необходимо установить на него специальную программу.
Для пользования услугами Интернет-телефонии вообще не обязательно иметь персональный компьютер. Для этого достаточно иметь обычный телефон с тональным набором. В этом случае каждая набранная цифра уходит в линию не в виде разного количества электрических импульсов, как при вращении диска, а в виде переменных токов разной частоты. Такой тоновый режим есть в большинстве современных телефонных аппаратов.
Для пользования Интернет-телефонией с помощью телефонного аппарата нужно купить кредитную карточку, и позвонить на мощный центральный компьютер-сервер по указанному на карточке номеру. Затем автомат сервера голосом (по выбору на русском или английском языке) сообщает команды: набрать с помощью кнопок телефонного аппарата серийный номер и ключ карточки, набрать код страны и номер своего будущего собеседника. Далее сервер превращает аналоговый сигнал в цифровой, отправляет его в другой город, страну или на другой континент в находящийся там сервер, который снова преобразует цифровой сигнал в аналоговый и отправляет его нужному абоненту. Собеседники разговаривают как по обычному телефону, правда, иногда чувствуется небольшая (на доли секунды) задержка ответа. Напомним еще раз, что для экономии каналов связи голосовая информация передается "пакетами" цифровых данных: ваша голосовая информация расчленяется на отрезки, пакеты, называемые Интернет-протоколами (IP).
TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) - это основной интернет-протокол, или формат передачи данных в Интернете. При этом IР обеспечивает продвижение пакета по сети, а ТСР гарантирует надежность его доставки. Они обеспечивают разбивку передаваемых данных на пакеты, передачу каждого из них получателю по произвольному маршруту, а потом - сборку в правильном порядке и без потерь.
По каналу связи последовательно передаются не только ваши пакеты, но и пакеты нескольких других абонентов. На другом конце линии связи все ваши пакеты снова объединяются, и ваш собеседник слышит всю вашу речь. Для того чтобы не чувствовать задержки в разговоре, этот процесс не должен превышать 0,3 секунды. Так производится сжатие информации, благодаря которому Интернет-телефония в несколько раз дешевле обычных междугородных и тем более международных переговоров.
В 2003 году была создана программа Skype (www.skype.com), совершенно бесплатная и не требующая от пользователя практически никаких знаний ни для ее установки, ни для использования. Она позволяет разговаривать с видеосопровождением собеседникам, сидящим у своих компьютеров в разных концах света. Для того чтобы собеседники могли видеть друг друга, компьютер каждого из них должен быть снабжен web-камерой.
Вот такой длинный путь в развитии средств связи проделало человечество: от сигнальных костров и барабанов до сотового мобильного телефона, который позволяет практически мгновенно связаться двум людям, находящимся в любых точках нашей планеты.