Владислав Пристинский - 100 знаменитых изобретений
Идея сотовой телефонной связи появилась у компании «AT&T Bell Labs» в 1946 году. Тогда в городе Сент-Луисе был создан первый в мире радиотелефонный сервис – гибрид телефона и радиопередатчика. С помощью установленной в машине радиостанции можно было передать сигнал на автоматическую телефонную станцию и совершить обычный телефонный звонок. Звонок на радиотелефон был более сложным: абоненту необходимо было позвонить на телефонную станцию и сообщить номер телефона, установленного в машине.
Одновременный разговор был невозможен: связь происходила как в обычных радиостанциях – для разговора было необходимо нажать кнопку, а для того чтобы услышать ответное сообщение, требовалось ее отпустить. Радиотелефоны работали в диапазоне 150 МГц на 6 каналах с расстоянием между каналами 60 кГц. Центральный передатчик мог обслуживать радиотелефоны, находящиеся на значительном расстоянии. Ответный сигнал автомобильного передатчика не всегда достигал базовой станции из-за малой мощности. Для переадресации такого сигнала на принимающий узел требовались принимающие антенны, расположенные на большой территории. Процесс сохранения линии при переходе от одной зоны к другой стал называться «handoff» или «handover».
Для вызова мобильных телефонов центральный передатчик передавал вызовы на одной частоте. Автомобильные телефоны выбирали ближайший приемник из соотношения коэффициента сигнала к шуму и осуществляли передачу на него на другой частоте.
Для связи с мобильным телефоном требовалось позвонить оператору мобильной связи и назвать требуемый телефонный номер машины. Оператор посылал сигнал с терминала радиоконтроля, и в машине звучал звонок. Абонент отвечал по своему телефону, сигнал шел к ближайшему приемнику, с него на центральную антенну и поступал к вызывающему по телефонным проводам.
Для вызова из машины абонент поднимал трубку телефона и нажимал кнопку «разговор». Как только мобильное устройство подавало сигнал, открывались все приемники, установленные в городе. Мобильная телефонная служба собирала все сигналы в единый сигнал, усиливала и посылала в распределительный пункт. Это делало возможным роуминг (англ. «бродяжничество») между различными районами.
В этой системе связи применялись фиксированные каналы. Если один канал был занят, производилось ручное переключение на свободный канал. Позже появилась функция автоматического выбора свободного канала. В 1957–1958 гг. советские ученые Б. П. Терентьев, В. В. Шахгильдян и А. А. Ляховкин предложили и осуществили так называемые транкинговые системы подвижной связи, в которых любой абонент имел свободный доступ к любому незанятому каналу.
Радиотелефоны первоначально предназначались для использования только полицейскими. Но после того как система доказала свою работоспособность, появилась идея сделать ее доступной всем желающим. Для получения соответствующих разрешений от Федеральной комиссии связи потребовался 21 год. Комиссия объясняла свою медлительность тем, что массовое использование радиоканалов может оказать негативное влияние на уже существовавшие линии мобильной связи, например на линии, использовавшиеся полицией и авиадиспетчерами, а также создавать помехи радио– и телепередачам.
Популярность мобильной связи росла. Многие производители радиотехники стали выпускать аппаратуру для ее обслуживания. Но, несмотря на большую потребность, при ее разработке возникали большие проблемы. Аппаратура была громоздкой, ею было неудобно пользоваться. Производители ограничивали выпуск автомобильными радиотелефонами, поскольку носить с собой телефон массой 30–40 кг без аккумулятора было невозможно.
Другой проблемой была ограниченность частотного ресурса. В определенном частотном диапазоне нельзя было бесконечно увеличивать число фиксированных частот, и радиотелефоны с рабочими каналами, близкими по частоте, создавали взаимные помехи. Радиоволны большой длины распространялись на большие расстояния, а мощные передатчики обеспечивали мобильным устройствам широкий диапазон работы. Все это не позволяло использовать телефонным компаниям несколько своих каналов в близлежащих городах. Для повторного использования частоты требовалось расстояние между системами, по меньшей мере, 100 км.
В 1947 г. AT&T наладила радиотелефонное обслуживание на автостраде Нью-Йорк – Бостон. Передача велась в диапазоне 35–44 МГц. В ходе работы системы часто происходили накладки с другими службами, и после 5 лет эксплуатации эта служба закрылась из-за недостатка клиентов.
В этом же году сотрудник «AT&T Bell Labs» Д. Ринг выдвинул идею сотового принципа организации сетей мобильной связи. В таких сетях зоны обслуживания отдельных базовых станций образуют соты, размер которых определяется плотностью абонентов сети на данной территории. Частотные каналы, которые используются одной станцией, повторно распределяются по определенной схеме для работы других станций той же сети. Это обеспечивало высокую эффективность использования отведенных частот.
Находясь в сотовой сети, абонент мог поддерживать постоянную связь как с мобильным абонентом, так и с абонентом проводной телефонной связи, перемещаясь в зонах действия разных базовых станций. Сотовые сети могут охватывать большие территории, и абонент, находясь в зоне действия одной станции, может связываться с другим абонентом независимо от их взаимного расположения (роуминг). Основной отличительный признак сотовой связи от обычной мобильной – повторное использование частоты.
Эта идея воплотилась в сотовых сетях общего пользования спустя много лет. В стандартной же мобильной связи при наличии 6 каналов нельзя было обслужить одновременно более 250 человек.
В 1947 г. AT&T запросила у ФКС добавочные частоты. Годом позже ФКС распределила некоторое число добавочных каналов, но половину из них передала другим каналам, намеревавшимся предоставлять мобильные услуги.
В 1948 г. в Ричмонде начала действовать первая полностью автоматизированная служба радиотелефонии. AT&T в этом отношении отстала на 16 лет.
Лидерами европейской сотовой связи были компании «Эрикссон» и «Маркони». В 1951 г. в Стокгольме была испытана автоматическая мобильная телефонная система, разработанная сотрудником Шведской Сети связи С. Лауреном. В середине 50-х гг. на дорогах Европы появились первые телефонизированные автомобили. Телефон состоял из приемника, передатчика и логического устройства, находившихся в багажнике автомобиля, а также номеронабирателя и телефонной трубки, расположенных на щитке, прикрепленном к спинке переднего сиденья. Радиотелефон питался от автомобильного аккумулятора.
В 1962 г. в СССР была разработана система правительственной спецсвязи «Алтай». Радиально-зоновая сеть обеспечивала подвижность в пределах огромных сот. Небольшое количество абонентов позволяло не заботиться об экономии частотного ресурса. Аппаратура для «Алтая» изготавливалась на Воронежском радиозаводе «Сигнал».
В 1956 г. «Bell System» стала оказывать услуги ручной радиотелефонной связи в диапазоне 450 МГц. Это было сделано для уменьшения тесноты на частотах.
В 1968 г. ФКС решила удовлетворить запрос AT&T о выделении добавочных частот начиная с 1970 г. В 1971 г. AT&T представила в ФКС описание архитектуры сотовой связи, основанной на многократном использовании частот.
В 1969 г. AT&T запустила коммерческую сотовую систему с применением многократного использования частот. Эта сеть предоставляла услуги связи с использованием таксофонов пассажирам поездов, курсировавших между Нью-Йорком и Вашингтоном. Она использовала 6 каналов в диапазоне 450 МГц. Номиналы частот периодически повторялись в 9 зонах. Протяженность линии составляла 362 км.
К началу 1970-х гг. сотовые телефоны стали значительно легче: они весили 12–14 кг.
Основная борьба по созданию компактного сотового телефона шла между «AT&T Bell Labs» и компанией «Моторола». Сотрудники последней должны были продемонстрировать руководству ФКС возможность создания сетей сотовой связи, чтобы получить право на свободные частоты.
3 апреля 1973 года вице-президент компании «Моторола» М. Купер позвонил с нью-йоркской улицы в офис компании-конкурента «AT&T Bell Labs» и попросил к телефону главу исследовательского отдела Дж. Энгеля. Купер держал в руках первый образец действующего мобильного телефона и стоял вблизи базовой станции, установленной на одном из нью-йоркских небоскребов. После этого Купер на пресс-конференции, организованной компанией «Моторола», сообщил о достигнутом успехе журналистам.
Первый сотовый телефон назывался «Dyna-TAC». Его размеры достигали 22,5 см в длину, 12,5 см в ширину при толщине 3,75 см. Вес аппарата составлял 1,15 кг. На его передней панели было 10 цифровых клавиш, кнопка вызова и кнопка прекращения разговора.
