От автора

Предложенная Вашему вниманию работа – попытка проследить современный уровень и тенденции дальнейшего развития мобильных систем связи по состоянию на начало – первое десятилетие 21 века. В первую очередь книга ориентирована на широкий круг читателей, не имеющих специального образования в области связи. Учитывая это, автор изначально ставил перед собой задачу раскрыть данную тему максимально простым и понятным неспециалисту языком без привлечения сложного математического аппарата. Насколько это удалось – судить читателю…

Книга рождалась достаточно долго, что наложило определенный отпечаток на ее структуру и содержание. Первые наброски схемы общей классификации систем мобильной связи вместе с идеей написания подобной работы появились в 2001 году, сама работа писалась в течение 7 лет – с 2002 по 2009 год. За это время в отрасли произошли значительные изменения, поэтому в процессе работы уже написанные главы многократно перерабатывались (везде, где это требуется по ходу повествования, основные дополнения снабжены датировками их внесения). В целом, уследить за всеми новшествами и нюансами развития столь динамично развивающейся отрасли очень трудно, поэтому автор заранее просит прощения у своих читателей за то, что некоторые подробности этого развития остались за рамками данной работы. Вместе с тем, информация по ряду вопросов изложена в книге весьма кратко. Это сделано сознательно ввиду ограниченности объема данной работы.

Книгу можно начинать читать как последовательно с первой до последней главы, так и отдельно по главам, рассматривая только интересующий Вас материал. Такое построение работы было задумано с самого начала и каждая глава является вполне законченной статьей с минимумом ссылок на другие части книги, хотя полностью от таких ссылок избавиться не удалось.

Тематика книги охватывает практически все существующие в настоящее время виды мобильной связи. Вопросы развития теле- и радиовещания, как весьма обширные и требующие отдельного подробного изучения, здесь рассматриваться не будут.

Ввиду того, что основные виды современной мобильной связи и принципы, на которых она основывается, особенно интенсивно стали развиваться всего полтора–два последние десятилетия, терминология, описывающая эти принципы, не всегда стройна и общепринята. Ещё в большей степени это утверждение относится к русскоязычной терминологии, поэтому в рамках данной работы автор во всех вопросах, касающихся русскоязычной терминологии, в основном придерживается источника [1], как достаточно полного и очень логично построенного. Наряду с русскоязычной терминологией автором широко используется и ряд

5

англоязычных терминов, очень часто встречающихся у нас в последние годы в журнальных публикациях и специальной литературе и уже практически ставших де–факто общепризнанными и общепринятыми.

6

ВВедение

…Связь, передача информации на расстоянии. Человечество нуждалось в ней всегда, на всех этапах своего развития. В разное время проблему пытались решать сообразно эпохе и её техническому уровню, но каждый раз этот уровень оказывался недостаточным, а решения – громоздкими, трудновыполнимыми на практике и малоэффективными в действии. И только сравнительно недавно, примерно с середины 50-х годов 19 века, проводная электрическая связь по–настоящему становится неотъемлемой частью цивилизации. Её различные виды – телеграфия, фототелеграфия, а в дальнейшем – и телефония, – практически полностью удовлетворяют в качественном отношении всем запросам того времени. Последнее, однако, справедливо лишь в отношении связи между стационарными объектами. Подвижные (по современной терминологии – мобильные) объекты до конца 19 века для электросвязи остаются недоступны.

Через несколько лет после изобретения принципа радиосвязи в 1895 году она находит практическое применение. Благодаря тому, что радиоволны (электромагнитные волны) принципиально не требуют для своего распространения никакой среды, отпадает необходимость в построении специальной линии связи как таковой. В качестве линии связи любой радиоканал использует естественную среду распространения радиоволн, то есть пространство между передающей и приёмной антеннами радиостанций [1]. С другой стороны, на первых порах радиосвязь по качеству, дальности, помехозащищенности и другим параметрам не может конкурировать ни с одним видом проводной электросвязи конца 19 – начала 20 века. Поэтому областью практического применения радиосвязи становится, в основном, военное дело и связь с подвижными объектами. Поскольку первые радиостанции были чрезвычайно громоздки, тяжелы и энергоёмки, из всех подвижных объектов реально они в то время могли быть установлены только на судах, несколько позже появились сухопутные возимые военные радиостанции.

Таким образом, несмотря на массу недостатков первых систем радиосвязи, они с самого начала своего существования решили главную проблему, стоявшую перед связистами конца 19 века – сделали возможным обеспечение связи с мобильными объектами. И до настоящего времени различные виды связи посредством электромагнитных волн остаются практически единственным средством для решения подобных задач.

Развиваясь в течение всего 20 века, радиосвязь, однако, практически до 80-х годов не могла серьёзно потеснить проводную электросвязь в её классических видах (телеграфия, телефония, зарождающаяся передача данных), хотя полностью господствовала в областях радиовещания, телевещания и при организации связи с подвижными объектами. С другой

7

стороны, совершенствование техники привело к тому, что в качестве подвижного (мобильного) объекта стало возможным рассматривать не только судно с его огромными площадями, грузоподъёмностью и энергетическими ресурсами, но и другие транспортные средства (самолёт, автомобиль), и, в конце концов, отдельного человека, не пользующегося в данный момент никаким транспортным средством. Использование компьютерного оборудования в составе базовых станций позволило реализовать применительно к мобильной связи принцип автоматизированного индивидуального вызова (на котором основывается автоматическая телефонная проводная связь с использованием АТС – автоматических телефонных станций), а применение сотового принципа построения сети дало возможность значительно увеличить ёмкость (количество абонентов) системы за счёт повторного использования одних и тех же частот удаленными друг от друга базовыми станциями. Кроме того, сотовая структура сети привела к значительному снижению мощности передатчиков мобильных терминалов, что сразу же отразилось на их габаритах и весе (в первую очередь за счёт уменьшения необходимой ёмкости источников питания). Тенденции уменьшения и удешевления радиоаппаратуры, микроминиатюризация и интеграция в одном полупроводниковом кристалле десятков, тысяч и миллионов элементов, широкое применение вычислительной техники позволили создавать очень сложные системы связи, в частности, полностью цифровые сети (для современных цифровых стандартов это утверждение касается как самих мобильных терминалов и базовых станций, их объединяющих, так и сигналов, которыми они обмениваются), тем самым многократно увеличивая их возможности. Концепция интеграции проводной телефонной сети общего пользования в качестве второго уровня в систему мобильной голосовой связи с радиоканалами в качестве первого уровня [1] впервые дала возможность объединения мобильной и стационарной сетей связи. С другой стороны, уже упоминавшееся усложнение терминальной и базовой аппаратуры позволило за счёт более рационального использования (уплотнения) радиочастот многократно увеличить количество каналов на первом уровне системы (радиоуровне) и повысить стабильность действия систем. Все это привело к стремительному расширению сферы применения мобильных систем связи, темпы которого очень трудно прогнозировать. Так, источник [1] (2001 год) приводит прогноз, согласно которому к 2010 году во всем мире число мобильных терминалов сотовой телефонии, находящихся у пользователей, превысит количество терминалов стационарных телефонных сетей. Реальный рост количества сотовых телефонов и уровни проникновения мобильной связи задолго до 2010 года значительно превзошли эти предположения. Только в Украине уже к концу 2007 года степень проникновения мобильной и фиксированной телефонной связи имела следующее соотношение: на 12 миллионов абонентов фиксированной

8

связи приходилось 40 миллионов абонентов мобильной связи. На конец марта 2008 года последняя цифра увеличилась до 55,24 миллиона абонентов, что фактически означает уровень проникновения мобильной связи 119% (за этот период количество абонентов фиксированной телефонной связи увеличилось незначительно). Если мы посмотрим на статистику по такой стране, как КНР – Китайская Народная Республика (имеющей самую большую численность населения в мире), цифры будут несколько иными. К лету 2008 года в Китае уровень проникновения сотовой связи составил 40%, было зарегистрировано 550 миллионов абонентов сотовой и 365 миллионов абонентов стационарной телефонной связи. Ежемесячный прирост абонентской базы сотовых систем Китая в этот период составлял фантастические для нас 7 – 10 миллионов человек. Как видим, соотношение цифр другое, но общая тенденция прослеживается очень четко: число абонентов мобильной связи давно превысило число абонентов фиксированной телефонии. В мировом масштабе это соотношение тоже сохраняется.

Масштабы распространения и темпы развития сотовых сетей поражают воображение. К январю 2008 года на Земле было развернуто 3 миллиона базовых станций, большинство которых работало в стандарте GSM (при этом за 2007 год было установлено 300 тысяч базовых станций). В Европе уровень проникновения 3G–сетей к январю 2008 года составил 10%, общее количество абонентов стандарта UMTS достигло 68,3 миллиона человек. Основной прирост абонентов европейских 3G–сетей – 85% – произошел в течение 2007 года. На начало 2009 года в мире насчитывалось 4 миллиарда пользователей мобильной связи, что составляло более 60% населения Земного шара. При этом услугами сетей стандарта GSM пользовались около 3,4 миллиардов абонентов (85% от их общего количества). Сервисами 3G в этот же период пользовались 415 миллионов абонентов, 77% из которых использовали стандарт UMTS.

Здесь приведены цифры, отражающие темпы роста только одного, наиболее динамично развивающегося вида мобильной связи – сотовых (территориальных) систем. Совершенствование других видов мобильной связи проходило не столь бурно, но они тоже не стояли на месте. В результате сложилась ситуация, при которой мы можем с большей или меньшей долей вероятности давать прогнозы относительно дальнейшего развития отрасли только на самую ближайшую перспективу. Сегодня динамика развития мобильной связи такова, что любой долговременный прогноз становится попросту невозможен – действительность многократно превосходит все самые смелые предположения.

если в начале своего развития современные системы мобильной связи делали упор на передачу голосовой информации, то сейчас всё больше внимания они уделяют передаче данных и, в частности, различным интернет–приложениям, иногда обгоняя по этим показателям проводные

9

системы. С появлением широкой сети мобильной телефонной связи изменилась даже сама концепция использования телефона как средства связи: если раньше возможно было установить связь только с местом пребывания человека (дом, работа и т.д.), то сейчас связь устанавливают с конкретным человеком вне зависимости от того, где он находится.

Хотя собственно мобильная телефония (т.е. двухсторонняя автоматическая голосовая радиосвязь с индивидуальным вызовом, максимально интегрированная с наземными телефонными сетями общего пользования) и является в настоящее время самой значительной по масштабам применения системой мобильной связи, существуют и другие, не менее важные области, использующие радиотехнологии: пейджинг, транкинговая радиосвязь, другие виды радиосвязи и т.д. Кроме того, и сама мобильная телефония сегодня всё больше интегрируется с глобальной компьютерной сетью Internet и другими видами систем передачи данных и связи. Фактически речь идет о том, что все мобильные технологии поколения выше 3G являются плодом конвергенции (слияния) систем беспроводной телефонии и передачи данных. Вот на какую высоту поднялся в наше время уровень современных систем мобильной связи, которым и посвящается эта книга.

10