24 К концу 1956 г. Во всей Швеции насчитывалось всего 26 абонентов.

25 Возможность переключения из одной сети в другую носит название «роуминг» (roaming).

Но у радиотелефонной связи была другая — значительно более сложная проблема: проблема нехватки радиочастотного ресурса. Радиотелефоны стали создавать взаимные помехи, и их число приш­лось ограничить. Стандартные решения по расширению диапазона частот только немного отодвигали кризис. Требовалось новое нестандартное решение, и оно также было предложено специалиста­ми Белловских лабораторий. Это решение базируется на повторном использовании частот на относительно небольших расстояниях. Для этого вся территория разбивается на сравнительно малые зоны (соты), в каждой из которых используется своя частота. Благодаря невысокой мощности сигнала через несколько сот можно повторно использовать те же частоты без взаимного влияния. При этом обес­печивается переключение радиотелефона из одной соты в другую без разрыва соединения²⁶. Идея сотовой связи родилась в середине сороковых годов прошлого века, но практическая реализация стала возможной только в начале семидесятых.

И здесь случилось удивительное событие: идея Белловских лабораторий оказалась реализованной совсем другой компанией — Моторолой (Motorola). В 1954 году ее отдел по разработке новых пор­тативных устройств связи возглавил выпускник Иллинойсского тех­нологического института Мартин Купер (Martin Cooper). Этот отдел занимался разработкой новых радиоустройств. Так в 1967 году были созданы первые рации для чикагской полиции. Работая в Мотороле, Мартин Купер пришел к выводу, что необходимо создать портатив­ные радиотелефоны. Но в собственной компании его поддержали не сразу. «Люди думали, что я сумасшедший, когда я пытался объяснить им, что маленький, помещающийся в кармане беспроводной теле­фон не только возможен, но его ожидает огромный успех, — вспоми­нал Купер. — Они не верили, что за удобство общения без обязатель­ной необходимости найти телефонную будку или таксофон на стене кто-то будет платить деньги». Как ни странно, среди скептиков были и специалисты Белловских лабораторий. В интервью газете The Chronicle Купер вспоминал: «В те годы в Bell Laboratories изобрели технологию сотовой связи и обратились к правительству с просьбой отдать им весь бизнес персональных коммуникаций. Они заявили миру, что только одни способны сделать это и единственные, кто располагает достаточными для этого средствами. Однако их цель

заключалась в создании телефонов для автомобилей. Мы же счита­ли, что мир уже готов принять портативные аппараты. Люди хотят говорить с другими людьми, а нес машинами, офисами или автомо­билями. При наличии выбора люди непременно захотят обшаться в каком бы то ни было месте и не зависеть от каких-то медных прово­дов. Именно такую степень свободы мы и хотели продемонстриро­вать в 1973 году».

В возглавляемом Купером отделе был разработан проект построения сети, создано необходимое оборудование. Первый радиотелефонный аппарат назывался Dyna-Tac. Трубка весом около 1,15 кг и размерами 22,5x12,5x3,75 см (почти как кирпич) имела на передней панели двенадцать клавиш, из них десять цифровых и две для отправки вызова и прекращения разговора. Заряда аккумулято­ра хватало на 35 минут, а заряжать его приходилось более десяти часов.

Весной 1973 года на вершине 50-этажного небоскреба в Нью-Йорке монтажники установили базовую станцию. А 3 апреля 1973 года на углу 56-й Стрит и Лексингтон Авеню, в сердце Манхэттена, состоялось историческое событие. Мартин Купер прямо с улицы позвонил Джоэлу Энгелю, начальнику исследовательского отдела Bell Laboratories. Как рассказывал позже сам Купер, он произнес сле­дующие слова: "Представь себе, Джоэл, я звоню тебе с первого в мире сотового телефона. Он у меня в руках, а я иду по нью-йоркской улице». Прохожие изумленно глазели на человека, идущего по улице и разговаривающего по телефону. «Мы даже не ожидали такого вни­мания, — вспоминал Купер, — Думали, что жители Нью-Йорка слиш­ком искушенные люди, чтобы чему-то удивляться. Тем не менее, эта демонстрация произвела настоящий фурор».

Отдадим должное юмору Мартина Купе­ра, сделавшего первый звонок своим глав­ным оппонентам. Таким образом, днем рож­дения сотовой связи можно считать 3 апреля 1973 года. Однако первая коммерческая сеть сотовой связи была запущена в мае 1978 года не в США, но в Бахрейне. Две соты с 20 каналами в диапазоне 400 МГц обслуживали 250 абонентов.

Создание сетей сотовой связи в разных странах осуществля­лось по разным направлениям. В Белловских лабораториях был раз-

работай стандарт AMPS (Advanced Mobile Phone Service). В 1983 г. в США, в Чикаго вступила в коммерческую эксплуатацию первая сеть этого стандарта. Абонентский аппарат стоил свыше 3,5 тысяч долла­ров (для сравнения — автомобиль Ford Mustang Mach 1 был дешевле на 200 долларов). Но уже через 7 лет в США число абонентов перева­лило за миллион. В Европе в конце 70-х годов начались работы по созданию единого стандарта сотовой связи NMT-450 (Nordic Mobile Telephone) для 5 североевропейских стран — Швеции, Финляндии, Исландии, Дании и Норвегии. Он был предназначен для работы в диапазоне 450 МГц. Эксплуатация первых систем сотовой связи этого стандарта началась в 1981 г. Но, как и в предыдущем случае, первая система сотовой связи стандарта NMT-450 заработала снача­ла в Саудовской Аравии, и лишь через месяц в Европе. Сети на осно­ве стандарта NMT-450 и его модифицированных версий стали широ­ко использоваться в Австрии, Голландии, Бельгии, Швейцарии, а также в странах Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока. На базе этого стандарта в 1985 г. был разработан стандарт NMT-900 диапазо­на 900 МГц, который позволил расширить функциональные возмож­ности и значительно увеличить абонентскую емкость системы.

В 1985 г. в Великобритании был принят в качестве национально­го стандарт TACS (Total Access Communications System), разработан­ный на основе американского стандарта AMPS. В 1987 г. в связи с резким увеличением в Лондоне числа абонентов сотовой связи была расширена рабочая полоса частот. Новая версия этого стандарта сотовой связи получила название ETACS (Enhanced TACS).

Во Франции, в отличие от других европейских стран, в 1985 г. был принят стандарт Radiocom-2000.

Все названные выше стандарты относятся к стандартам сотовой связи первого поколения. Общее свойство всех этих стандартов — аналоговый способ передачи информации при помощи частотной или фазовой модуляции. Главные недостатки стандартов первого поколения: сложности с передачей данных, возможность прослуши­вания разговоров другими абонентами, отсутствие эффективных методов борьбы с замираниями сигналов под влиянием окружающе­го ландшафта и зданий или вследствие передвижения абонентов.

Кроме того, возникли проблемы межгосударственной коорди­нации частотных присвоений (особенно в Европе). Достаточно слож­но было использовать свой телефонный аппарат в другой стране, из-за различий в национальном частотном планировании.

В 1982 году СЕРТ принял 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 несколько позднее, учитывая перс­пективы развития сотовой связи в Европе и во всем мире, было приня­то решение выделить для нового стандарта и диапазон 1800 МГц. Новый стандарт 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 этого 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.

В создании сетей сотовой связи второго поколения Европа и США также шли разными путями. В 1990 г. американская Промы­шленная Ассоциация в области связи TIA (Telecommunications Indus­try Association) утвердила национальный стандарт IS-54 цифровой сотовой связи. Этот стандарт более известен под аббревиатурой D-AMPS или ADC. В отличие от Европы, в США не были выделены новые частотные диапазоны, поэтому система должна была работать в полосе частот, выделенной для аналоговой AMPS. Такое решение значительно ускорило переход американских сетей сотовой связи на цифровой стандарт. Одновременно американская компания Qual-comm начала активную разработку нового стандарта сотовой связи, основанного на технологии шумоподобных сигналов и кодовом раз­делении каналов, — CDMA (Code Division Multiple Access).

Япония стала третьим мировым центром развития сотовой связи второго поколения. В этой стране был разработан собствен­ный стандарт сотовой связи JDC (Japanese Digital Cellular), близкий по своим показателям к американскому стандарту D-AMPS. Стандарт JDC был утвержден в 1991 году Министерством почт и связи Японии.

В 1993 г. TIA приняла стандарт CDMA как внутренний американ­ский стандарт цифровой сотовой связи, назвав его IS-95. В сентябре 1995 г. в Гонконге была открыта первая сеть этого стандарта.

Во втором поколении сетей сотовой связи были устранены недостатки, присущие первому поколению, и число абонентов стало стремительно расти, достигнув в середине 2005 года 2 миллиарда. На рисунке 25 представлена динамика изменения числа абонентов, начиная с 1994 года.

Общее число абонентов в настоящее время составляет пример­но треть населения Земного шара. Большая часть из них используют сети связи стандарта GSM. По оценке российской Ассоциации опе­раторов сетей GSM, в 2005 году из 2 миллиардов абонентов почти 1,5 миллиарда использовали технологию GSM. Сети этого стандарта работают в 212 странах мира.

По различным прогнозам к 2010 году половина населения Земли будет иметь мобильные телефоны. Основной прирост числа сотовых абонентов обеспечивают крупные регионы с наименее развитым рынком сотовой связи, такие как Китай, Индия, Восточная Европа, Латинская Америка и Африка, что иллюстрирует рисунок 26.

Кроме количественного роста, сотовые сети стали предоста­влять множество услуг нового качества. Самой известной и популяр­ной услугой стала передача коротких текстовых сообщений — SMS (Short Message Service).

Бурное развитие Интернета в конце 90-х годов привело к тому, что многие пользователи сотовой связи захотели получить доступ к этой сети со своих мобильных терминалов. Для этого технология GSM была дополнена WAP-протоколом (Wireless Application Protocol). Но этот протокол имел ряд недостатков, в том числе использовал для передачи данных голосовой канал, поэтому применялся абонентами сотовых сетей весьма редко.

В рамках стандарта GSM была разработана технология GPRS (General Packed Radio Services), где используется принцип разде­ления каналов для передачи голоса и данных, а также сохраняет­ся возможность принимать телефонные вызовы и SMS-сообще-ния во время GPRS-соединения.

После появления технологий GPRS сети стали именоваться сетями связи 2,5 поколения. Разработчики и операторы теперь пред­лагают все больше и больше дополнительных услуг служб передачи данных и мультимедийных услуг. Так, например, был создан новый формат передачи сообщений MMS (Multimedia Messaging Service). Он позволяет отправлять с абонентского терминала различную мультимедиа информацию, например звукозаписи, фотографии и даже видеоклипы.

Сегодня абоненты сетей подвижной связи активно пользуются услугой передачи SMS. Появилось, например, новое направление финансовой деятельности — SMS-банкинг, позволяющее осущест­влять дистанционное банковское обслуживание физических и юри­дических лиц посредством обмена SMS-сообщениями. Менее актив­но пользователи обращаются к другим услугам служб передачи дан­ных. По отчету компании Forrester Research (2005 г.) только 9% евро­пейских владельцев мобильных телефонов используют их для полу­чения информации из сети Интернет.

Активно ведутся работы по созданию сетей связи третьего поколения [67]. МСЭ разработал концепцию создания таких сетей — IMT-2000 (International Mobile Telecjmmunications). Под мобильной связью третьего поколения 3G (3-rd Generation) пони­мается сеть, обеспечивающая следующие скорости передачи данных:

• для абонентов с высокой мобильностью (до 120 км/ч) — не менее 144 кбит/с:

• для абонентов с низкой мобильностью (до 3 км/ч) — 384 кбит/с;

• для неподвижных объектов на коротких расстояниях (внутри- офисная связь) — 2,048 Мбит/с.

В сетях связи третьего поколения передача данных существен­но доминирует над передачей речевой информации.

3G включает в себя широкий спектр конкурирующих беспровод­ных технологий: UMTS (Universal Mobile Telecommunications Service) и CDMA.

Система UMTS разработана в Европе, основана на эволюционном развитии стандарта GSM и предполагает длительное сосуществование систем второго и третьего поколения. Одним из шагов этой эволюции стала технология HSCSD (High Speed Circuit Switched Data — высокоско­ростная передача данных с коммутацией каналов). Она базируется на использовании существующих GSM-каналов, в которых канальные интервалы объединяются в группы по четыре, создавая общий канал с пропускной способностью 38,4 кбит/с (4 канала по 9,6 кбит/с) или тео­ретически 57,6 кбит/с (4 канала по 14,4 кбит/с). Внедрение этой техно­логии не изменяет инфраструктуру действующей сети GSM, поскольку модифицируются лишь протоколы верхнего уровня, работу с которыми обеспечивает прикладная HSCSD-служба передачи данных. Следую­щим шагом на этом пути, как уже указывалось, стала технология GPRS, обеспечивающая пакетную передачу на скорости до 114 кбит/с. Далее на пути к UMTS предусмотрено применение технологии EDGE (Enhanced Data Rates for the Global Evolution). Процесс эволюции от GSM к UMTS показан на рисунке 27.

В основе технологии CDMA 2000 [1 ] лежит принцип эволюцион­ного перехода от узкополосых систем с кодовым разделением кана­лов (стандарт IS-95) к широкополосным системам CDMA. Отличи­тельными особенностями архитектуры CDMA 2000 являются:

• возможность предоставления пользователям широкого ком­плекса услуг с обеспечением требований качества обслуживания для различных категорий пользователей;

• эффективность системы сигнализации при передаче различ­ных видов информации, что позволяет снизить затраты на передачу служебного трафика и, тем самым, повысить пропускную способ­ность системы;

• возможность взаимодействия с существующими и перспек­ тивными IP-сетями и сетями с коммутацией каналов;

• возможность внедрения новых протоколов и услуг без предъявления дополнительных требований к существующим сетям;

• надежность системы и плавная «деградируемость» в случае отказа отдельных элементов сети;

■ согласованность с иерархической структурой систем третьего поколения;

• эволюционный переход от существующих систем CDMA к сетям связи третьего поколения.

Первоначальная реализация CDMA 2000 1Х обеспечивает мак­симальную скорость передачи данных до 153,6 кбит/с, усовершен­ствованный стандарт CDMA 2000 1xEV-DO позволяет увеличить ско­рость передачи до 2,4 Мбит/с.

R последнее время на рынке сотовой связи появились системы CDMA, работающие в диапазоне 450 МГц, — CDMA 450. Скорость передачи данных в сети CDMA 450 примерно соответствует скоростям в HSCSD²⁷.

В отличие от эволюционного перехода к новым технологиям третьего поколения, в рамках концепции IMT-2000 предусмотрена и

⁷⁷ Многие эксперты не считают технологию CDMA 450 полноценной технологией 3-го поколения, некоторые называют ее »2,75G».

революционная стратегия в рамках технологии WCDMA. Она предус­матривает полную замену оборудования и программного обеспече­ния.

Наиболее успешным в плане развития Зв-сетей остается азиат­ско-тихоокеанский регион. В октябре 2001 года японская компания NTT DoCoMo запустила первую сеть 3G (на основе WCDMA) для ком­мерческого использования. Сегодня в этой стране половина населе­ния уже пользуется услугами сетей сухопутной подвижной связи третьего поколения.

В Европе и США Зв-связь развивается пока более скромными темпами. На конец 2005 года в мире насчитывалось всего 44,4 млн. абонентов WCDMA. Услуги сотовой связи стандарта WCDMA сейчас доступны в таких странах, как: Австралия, Австрия, Бахрейн, Бельгия, Бруней, Хорватия, Кипр, Чехия, Дания, Эстония, Финляндия, Фран­ция, Германия, Греция, Гонконг, Венгрия, Ирландия, Израиль, Италия, Япония, Корея, Люксембург, Малайзия, Маврикий, Нидерланды, Новая Зеландия, Норвегия, Польша, Португалия, Румыния, Сингапур, Словения, Южная Африка, Испания, Швеция, Швейцария, Тайвань, Таджикистан, Великобритания, США и др.

Компания ABI Research (США), более 15 лет занимающаяся рыночными исследованиями, в феврале 2006 г. опубликовала прог­ноз, согласно которому к 2010 году в мире будет миллиард пользова­телей сетей связи третьего поколения. Автору представляется, что эта цифра существенно завышена.

Но третье поколение — это промежуточный этап в развитии сотовых сетей. На выставке, сопровождавшей Всемирный кон­гресс 3GSM в Барселоне в 2006 году, демонстрировались коммер­чески доступные решения HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) — технологии, называемой супер 3G или 3,5 G. В Японии уже развернута опытная зона сети по технологии HSDPA и планиру­ется в октябре 2006 года начать коммерческую эксплуатацию этой сети. О начале производства оборудования HSDPA заявил ряд ком­паний.

В сентябре 2005 г. ETSI опубликовал интересную информацию о владении различными производителями оборудования важными патентами на технологии третьего поколения. Мы приводим ее на рисунке 28.

Японские компании уже приступили к тестированию сотовых сетей связи четвертого поколения. В ходе эксперимента, прове-

денного корпорацией NTT DoCoMo, удалось добиться скорости передачи информации до 2,5 Гбит/с при физическом перемеще­нии терминала со скоростью 20 км/ч. Не исключено, что пока эта книга выйдет из печати, будут достигнуты более высокие показате­ли,

Выше указывалось, что для сетей сухопутной подвижной связи общего пользования разработаны специальные абонентские терми­налы. Одним из направлений здесь является конвергенция в одном терминале различных технологий сотовой связи, например, CDMA и GSM.

Для использования в сетях связи третьего поколения созданы абонентские устройства (терминалы), называемые коммуникатора­ми.

Коммуникаторы делятся на 4 категории:

• мобильный телефон;

• плата для компьютера;

• блок, интегрируемый в ноутбук;

• блок, интегрируемый в Pocket PC,

Оконечный терминал все больше и больше становится много­функциональным устройством. Уже не вызывает удивление мобиль­ный телефон со встроенным в него фотоаппаратом или видеокаме-

рой. Созданы модели, в которых сочетается телефон и музыкальный плеер.

Новые методы защиты информации позволяют использовать мобильный телефон в качестве кредитной карты (мобильный бан­кинг).

Важным направлением развития коммуникаторов является их конвергенция с другими технологиями беспроводного доступа. Так, например, Ассоциация GSM и корпорация Intel с участием других заинтересованных организаций ведут работы по использованию SIM-карт, применяемых в сетях GSM, также в устройствах, работаю­щих по технологию Wi-Fi.

Следует указать, что тенденция конвергенции характерна не только для коммуникаторов, но и в целом для сетей сухопутной подвижной связи и сетей широкополосного беспроводного доступа. Процесс конвергенции здесь заключен во взаимодопол­нении сетей, что получило свое подтверждение на состоявшемся в феврале 2006 года Конгрессе 3GSM в Барселоне. Такой подход прежде всего выгоден операторам сотовых сетей, которые смо­гут уменьшить объем высокоскоростного трафика в сетях, сни­зить затраты на обеспечение уровня качества предоставляемых услуг и, соответственно, стоимость услуг. Взаимодополняющие решения позволяют также повысить эффективность использова­ния радиочастотного спектра. Ожидается, что оборудование бес­проводного доступа станет частью радиоподсистем сетей сото­вой связи.

Использование технологий беспроводного доступа во взаимо­дополняющих сетях позволяет операторам сотовых сетей подгото­вить своих пользователей к внедрению новых услуг со значительно меньшими затратами, чем на развертывание полноценной сети сото­вой связи третьего поколения.

Wi-Fi стала первой технологией беспроводного доступа, исполь­зованной как дополнение к сетям сотовой связи. Наибольших успе­хов в этой направлении достигла компания T-Mobile USA, развернув­шая на территории США сеть точек доступа Wi-Fi, услугами которой пользуются более полумиллиона абонентов.

Большие надежды возлагаются на технологию WiMAX после завершения сертификации оборудования. В перспективе роль сетей широкополосного беспроводного доступа во взаимодополняющих сетях будет увеличиваться.

Появление взаимодополняющих сетей стало еще одним под­тверждением тенденций современного рынка телекоммуникаций: чтобы успешно конкурировать на этом рынке деятельность операто­ра должна все больше и больше носить универсальный характер. Только универсальность позволяет предоставить пользователю любые запрашиваемые им услуги по конкурентным ценам. Необхо­димость универсального характера деятельности операторов элек­тросвязи заставляет пересмотреть в развитых странах подходы к лицензированию и демонополизации рынка.