3.3.3.Эволюция к цифровым стандартам

Цифровых стандартов с возможностью организации сот радиусом от 0,5 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 всерьёз задуматься об увеличении их ёмкости 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 гг., 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 г. 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, придётся 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.

3.3.4.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 распространён в Северной Америке и Южной Корее. В нашей стране также есть операторы, выбравшие данный стандарт, однако распространённость 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 г. 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 учётом 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 подаёт 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 всё 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 счёт 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 всём мире GSM работает на частоте 900 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. Причём 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 «трёхбендовые», умеющие выходить на связь во всех трёх 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 темп 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 приём.

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 имён 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 её 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 завершён, 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 стал внедрять в том же диапазоне CDMA, а занялся 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 всё более функциональными и многостандартными. Объединение в одном корпусе спутникового, сотового и офисного радиотелефона сегодня идёт полным ходом, и в XXI в. будет вполне реально в пустыне звонить по спутниковому каналу, в городе – по сотовому, а в офисе – по местной радио-АТС, и всё 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. Приём SMS-сообщений производится также на цифровой дисплей, которым оснащён 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 её 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 ведёте 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 г. составляет 3,3 млрд чел.

Наконец, самые сложные и дорогие аппараты – это смартфоны и коммуникаторы, сочетающие возможности сотового телефона и карманного компьютера.