Развитие телефона

Доклад на тему:

«РАЗВИТИЕ ТЕЛЕФОНА»

В своем докладе я рассмотрю путь развития телефона, как передачи информации с самых его истоков, мифа о Тесее до современных мобильных смартфонов.

Первое упоминание о передаче информации на расстояние встречается еще в древнегреческом мифе о Тесее. Отец этого героя, Эгей, отправляя сына на битву с чудовищем Минотавром, проживавшем на острове Крит, попросил сына в случае успеха поднять на возвращающемся корабле белый парус, а в случае поражения - черный. Тесей убил Минотавра, но паруса, как всегда, перепутали, и несчастный отец, подумав, что чудовище задрало сына, утопился. В честь этого события море, где утопился чадолюбивый Эгей, до сих пор носит название Эгейского. Далее человечество особо не мудрствовало над трансляцией сигналов и символов на дальние расстояния.

В целом, телефон -- это любой механизм, который способен передавать звук на большое расстояние. Самые первые телефоны были механическими приборами, которые базировались на передаче звука, используя воздух или другие физические средства, в отличие от электрических приборов, которые базируются на электромагнитных сигналах. Согласно письму в Peking Gazette, в 968, китайский изобретатель Кунг-фу-винг создал thumtsein, который вероятно передавал звук через трубы. Разговоры через трубы используются и сегодня.Верёвочный телефон был также известен веками, связывая две диафрагмы с бечёвкой или с проводом, которые передают звук с одного конца до другого вибрациями бечёвки, а не через электрический ток.

Самым надежным средством связи всегда были гонцы, как люди, так и птицы. Когда особо желающих бегать в любую, даже самую отвратительную погоду с всякими сообщениями не находилось, то пользовались просто голосом, или дымом, или огнем костра или еще чем-то условным. Правда, в конце ХVI итальянский ученый Джованни делла Порта предложил проложить «переговорные трубы» вроде тех, что используются на пароходах для связи капитана с машинным отделением, по всей Италии. Но эта идея, почему-то, не встретила понимания со стороны его современников.
Французская революция принесла с собой колоссальный прорыв в сфере передачи информации. В 1789 году механик Клод Шапп предложил Конвенту покрыть Францию сетью башен с установленными на них устройствами, состоящими из планок, хорошо видимых на расстоянии. Ночью на концах планок зажигались фонари. Телеграфист, сидящий внутри башни, менял расположение планок, ориентируясь на башню, находящуюся в пределах его видимости. Следующий телеграфист копировал его и так сообщение шло по цепочке от отправной точки до конечной. Меняя расположение планок, можно было получить около 200 комбинаций. Шифр, применяемый в телеграфе Шаппа, состоял из 92 страничной тетради, на каждой странице которой было ровно по такому же количеству слов. Телеграфист передавал номер страницы и номер слова. Телеграфисты промежуточных станций, как правило, не знали шифра и просто передавали комбинации, которые видели с соседних станций. Наполеон был большим поклонником телеграфа Шаппа и постарался внедрить его по всей Европе. Скорость передачи сообщений была очень высокой. Например, по линии оптического телеграфа Петербург - Варшава собщение шло в хорошую погоду за 45 минут. «...Махина, устроенная на возвышении, через которую посредством разных знаков можно извещать о том, что происходит». Так характеризовал телеграф российский словарь за 1818 год.

Открыв электричество, ученые долго не могли придумать, куда его приспособить. Передача информации на расстояние - первый опыт его полезного применения. Идея электрического телеграфа первой пришла в головы австрийским военным, которые, видя недостатки телеграфа Шаппа, а именно: зависимость от погодных условий, - захотели иметь у себя что-нибудь этакое. В 1809 Член Мюнхенской академии Земмеринг изобрел нечто, соединяющееся 35 проводами, соответствующими буквам алфавита и цифрам. Сообщение поступало в ванночку с водой, где при замыкании электрической цепи выделялись пузырьки газа, по которым и читалось сообщение. Столь сложная, по сравнению с аппаратом Шаппа конструкция, как-то не прижилась, и первый, более пригодный к эксплуатации электротелеграф появился только в 1832 году. Его изобрел русский ученый Шиллинг. В дальнейшем его усовершенствовали англичане Уитстон и Кук.

В 1837 году Морзе публично продемонстрировал свой передающий аппарат и свою телеграфную азбуку. Началось триумфальное шествие электрического телеграфа по миру. В течении десяти лет телеграфные линии буквально опутали большую часть Европы и Северной Америки. Подлинным триумфом электрического телеграфа стала прокладка кабеля по дну Атлантического океана специально построенным для этого кораблем «Грейт Истерн» в 1866 году. Телеграф жил долго и счастливо.

С изобретением радио азбука Морзе перекочевала в эфир. До сих пор, несмотря на массовое распространение Интернета, сотовой, спутниковой и прочей навороченной связи, находятся любители отправлять телеграммы, как в крупных городах, так и в отдаленных аулах.

Изобретению устройства, которое для передачи и приёма звука использовало бы свойства электричества, предшествовало появление электрического телеграфа и его успешное применение в течение первой половины XIX века.

В 1861 году немецкий физик и изобретатель Иоганн Филипп Рейс продемонстрировал устройство, которое могло передавать музыкальные тона и разборчивую речь по проводам. Аппарат имел микрофон оригинальной конструкции, источник питания (гальваническую батарею) и динамик. Сам Рейс назвал сконструированное им устройство Telephon. В том же году в США иммигрант итальянского происхождения Антонио Меуччи продемонстрировал другое устройство, которое также могло передавать звуки по проводам, и названное им Teletophon.

Телефон, запатентованный в 1876 году американцем Александром Беллом, назывался «говорящий телеграф». Трубка Белла служила по очереди и для передачи, и для приёма человеческой речи. B телефоне Белла не было звонка. Вызов абонента производился через трубку при помощи свистка. Дальность действия этой линии не превышала 500 метров. B 1877 году изобретатель Ваден применил для вызова абонента телеграфный ключ, который замыкал цепь звонка (позднее ключ был заменён кнопкой). B том же году петербургский завод немецкой фирмы «Сименс и Гальске» начал изготавливать телефонные аппараты с двумя телефонными трубками -- одна для приёма другая для передачи речи. B следующем году русский электротехник П.M. Голубицкий применил в телефонных аппаратах конденсатор и разработал первый русский телефон оригинальной конструкции, в котором было применено несколько постоянных магнитов. В 1885 году Голубицкий разработал систему централизованного питания микрофонов телефонных аппаратов. В 1877--1878 годах Томас Эдисон предложил использовать в угольных микрофонах вместо угольного стержня угольный порошок, то есть изобрёл угольный микрофон с угольным порошком, который практически без изменений проработал до 1980 года, а в некоторых местах работает до сих пор. Первый коммерческий телефонный разговор между Нью-Йорком и Лондоном произошёл 7 января 1927 по трансатлантическому телефонному кабелю.

История дальнейшего развития телефона включает в себя электрический микрофон, пришедший на замену угольному, громкую связь, тоновый набор, цифровое сжатие звука. Новые технологии IP-телефония, ISDN, DSL, сотовая связь, DECT.Телефон, наверное, основное средство связи начала ХХ века, родился значительно позже своего предшественника телеграфа. Уже тогда, когда телеграф стал основным, не считая почты, средством связи и передачи информации. В 1861 году немецкий ученый Филипп Райс изобрел аппарат, который, как он сам объяснял, «наглядно демонстрировал принцип действия человеческого уха и переносил с помощью гальванического тока любые тона на любые расстояния». Прошло 15 лет и преподаватель школы для глухонемых Александр Грехем Белл на всемирной выставке в Филадельфии продемонстрировал первый электрический телефонный аппарат. Первым его можно назвать только условно. Изобретатель Элиш Грей опоздал на два часа с заявкой на аналогичное изобретение. Идея носилась в воздухе. Не прошло и пяти лет, как простое по сравнению с телеграфом средство связи прочно вошло в быт. Усовершенствованный знаменитым Томасом Эдисоном аппарат стал именно бытовым средством связи в отличие от общественного телеграфа. Простота в обращении и быстрота развертывания сделало полевой телефон незаменимым для военных. В 1878 году открывается первая телефонная станция.

Как телефон, так и телеграф приобрели статус неприкосновенных. Ни войны, не революции не могли помешать их нормальному функционированию. «Алле, Смольный». «Алее, Зимний». Любимым занятием военоначальников красной и белой армий во время Гражданской войны в России было переругиваться по телеграфу. Можно для начала посмотреть рассказы Андрея Платонова о гражданской войне.

В двадцатых годах прошлого века телефонные станции, обслуживающиеся телефонистками, постепенно вытесняются автоматическими телефонными станциями, сокращенно АТС. В 1956 году прокладывается первый телефонный трансатлантический кабель ТАТ-1. Он соединил Шотландию и Канаду. После этого было проложено более 100 000 километров телефонных трансатлантических кабелей, в число которых вошел знаменитый специальный правительственный провод Москва - Вашингтон, по которому могли общаться только руководитель СССР и американский президент. Хотя кабельная, проводная телефонная связь является более дорогостоящей, учитывая количество зарытой и утопленной в качестве телефонных кабелей меди, подсчитать ее стоимость по сравнению с радиотелефонной связью невозможно. Тем не менее, она не собирается сдавать своих позиций. Казалось бы, наступление сотовой связи должно было поставить крест на развитии проводной связи, но большая надежность и внедрение новых технологий, оптико-волоконной и т.д. и т.п., говорят о живучести традиционного телефона, особенно в крупных мегаполисах. Не надо забывать, что Интернетом мы пользуемся по тем самым телефонным линиям, по которым разговаривали наши бабушки и дедушки, а в центре Москвы, например, прабабушки и прадедушки. Телефон, благодаря новым технологиям прочно освоив эфир, из неподвижного объекта превратился в удобного спутника современного человека.

Далее мы ближе остановимся на мобильных телефонах.

3 апреля 1973 года глава подразделения мобильной связи Motorola Мартин Купер, прогуливаясь по центру Манхеттена, решил позвонить по сотовому телефону. Прохожие очень удивлялись и не понимали, что происходит: до появления коммерческой сотовой телефонии оставалось еще 10 лет. Собственно говоря, основные принципы мобильной телефонии - использование частот многими абонентами, передача звонка от одной "соты" к другой - были разработаны в знаменитых лабораториях Белла еще в 1946 г. Но лишь в конце 1960-х гг. эти разработки вызвали реальный интерес у AT&T (владелец Bell Labs) и конкурентов из Motorola. AT&T, предлагавшая американцам аренду автомобильных радиостанций, решила и сотовую телефонию развивать в том же стиле. Устройство весом около 12 кг размещалось в багажнике машины, пульт управления и трубку выносили в салон, а ради антенны приходилось продырявить крышу машины. Зато это устройство работало, и его владельцам не приходилось таскать тяжести в руках. Менеджеры Motorola решили найти новую нишу на рынке. Сын основателя компании Роберт Гелвин, в начале 70-х занимавший пост исполнительного директора, выделил $15 млн. и велел подчиненным в течение 10 лет создать устройство, которое пользователь сможет носить с собой. Окрыленные подчиненные представили проект уже через три дня, а через два месяцев выдали работающий прототип. Правда, на портативное устройство это моторолловское детище было мало похоже. Как вспоминает сегодня Мартин Купер, тот исторический звонок он совершил с помощью телефона, похожего на кирпич. Высота 25 см, толщина и ширина около 5 см. Первая в мире "мобила" весила около килограмма - Купер утверждает, что постоянное ношение ее в руках сильно укрепило его мышцы. Техника была явно недоработана. Но ее создателям надо было торопиться. Федеральная комиссия по связи США уже рассматривала проекты постановлений, регулирующих зарождающуюся сотовую телефонию. На повестке дня стоял вопрос о выделении частот, завязалась дискуссия о допустимых мощностях. Руководители Motorola очень боялись, что все будет сделано под нужды AT&T. Им надо было показать, что "пешеходная" сотовая телефония уже существует, что они тоже игроки на рынке. Итак, 3 апреля 1973 г., гуляя по улицам Манхеттена, Мартин Купер сделал несколько звонков. Как вы думаете, кому он позвонил в первую очередь? Конечно же, конкурентам. "Это был один парень из AT&T, продвигавший телефоны для автомобилей, - рассказывает Купер 30 лет спустя в интервью San Francisco Chronicle. - Его звали Джоел Эйнджел. Я позвонил ему, и рассказал, что звоню с улицы, с настоящего "ручного" сотового телефона. Я не помню, что он ответил. Но вы знаете, я слышал, как скрипят его зубы". "Хорошо ли было слышно?" - поинтересовался корреспондент. "Просто замечательно, - ответил первооткрыватель. - У нас была одна базовая станция и один мобильных телефон, так что слышимость была отличной. Это сейчас операторы пытаются засунуть огромное количество разговоров в один частотный канал. Естественно, это сказывается на качестве". После беседы с конкурентами из AT&T Купер начал звонить корреспондентам. "Я сделал много звонков, - вспоминает он, на этот раз в интервью Cellular News. - Помню, как я пересекал улицу, беседуя с репотером радио Нью-Йорка. - Одна из самых рискованных вещей, что я делал в жизни". В общем - типичная PR акция. Задача была выполнена, общественное мнение и профильное ведомство взбудоражили. У AT&T отобрали кусочек монополии. А первый коммерческий сотовый телефон появился на рынке только через десять лет, 6 марта 1983 г. Он весил гораздо меньше прототипа, всего полкило, - и продавался за три с половиной тысячи долларов. И еще семь лет прошло, прежде чем количество абонентов мобильной связи в Соединенных Штатах достигло одного миллиона. Сегодня не редкость сотовые трубки массой менее 100 г. Количество абонентов мобильной связи во всем мире, по данным Gartner Dataquest, сейчас составляет около 1 млрд. В минувшем году в мире было продано около 423 млн. сотовых трубок. В отдельных странах, этим видом коммуникаций пользуются больше 80% населения. В России, по данным агентства J'son & Partners, количество клиентов сотовых компаний недавно достигло 20 млн. и к концу нынешнего года может преодолеть 30-миллионный рубеж (данные на 2002 год). А Мартин Купер сегодня руководит маленькой частной фирмой ArrayComm, продвигающей на рынок собственную технологию быстрого беспроводного Интернета. Он подробно рассказывает о своей новой работе всем корреспондентам, с которыми беседует по поводу 30 летия "первого звонка". Так что юбилей беседы Купера с Эйнджел, как и сам тот исторический звонок, во многом является пиаровской акцией. Впрочем, с юбилеями всегда так. В 2003 году исполнилось 30 лет с момента создания сотового телефона. Вероятно, ни одна другая современная технология так долго не пробивалась к потребителю. С момента создания новой технологии связи и до момента получения разрешения на ее коммерческое использование прошло 37 лет.

Как сообщает Washington ProFile, идея сотовой телефонной связи появилась у компании AT&T Bell Labs еще в 1946 году. Тогда эта фирма создала первый в мире радиотелефонный сервис: это был гибрид телефона и радиопередатчика - с помощью радиостанции, установленной в машине, можно было передать сигнал на АТС и совершить обычный телефонный звонок. Звонок на радиотелефон совершался значительно более сложным путем: абоненту необходимо было позвонить на телефонную станцию и сообщить номер телефона, установленного в машине. Говорить одновременно было невозможно: связь происходила как в обычных радиостанциях того времени - для того чтобы говорить, надо было нажать кнопку и отпустить ее, чтобы услышать ответное сообщение. Возможности радиотелефонов были ограничены: мешали помехи и небольшой радиус действия радиостанции.

До начала 1960-х годов многие компании отказывались проводить исследования в области создания сотовой связи, поскольку приходили к выводу, что, в принципе, невозможно создать компактный сотовый телефонный аппарат. Их также останавливал опыт AT&T, которая в 1947 году создала систему "дорожного сервиса" - она предлагала радиотелефоны бизнесменам и водителям, постоянно совершавшим поездки между Нью-Йорком и Бостоном. После пяти лет работы этот сервис закрылся из-за недостатка клиентов. Сети радиотелефонов были созданы в ряде городов США, но в большинстве случаев они не достигали заметного коммерческого успеха.

***

Около десяти лет AT&T Bell Labs и Motorola вели исследования параллельно. Motorola сумела быстрее добиться успеха и победила. На разработку первой модели сотового телефона она затратила 15 лет и огромную сумму - $100 млн. В апреле 1973 года инженер Мартин Купер, сотрудник компании Motorola, позвонил с нью-йоркской улицы в офис компании AT&T Bell Labs и попросил к телефону главу исследовательского отдела Джоэля Энгеля. Купер держал в руках первый образец действующего мобильного телефона и стоял вблизи первой сотовой антенны, установленной на одном из нью-йоркских небоскребов. После этого Купер отправился на пресс-конференцию, организованную Motorola, чтобы сообщить о достигнутом успехе журналистам. Это был первый звонок, совершенный с сотового телефона и он, фактически, стал началом новой эпохи в области телекоммуникаций.

Motorola первой начала массовый выпуск мобильных телефонов и на долгое время стала законодателем мод в мире беспроводной телефонной связи. Успех сотовых телефонов был ошеломляющим. Телефонные компании не могли предоставить телефоны всем желающим, потому что их возможности были ограничены недостаточным количеством частот, мощностями АТС и недостаточным количеством сотовых передатчиков. К примеру, компания Bell System, создавшая свою модель сотового телефона на полгода позже Motorola, в 1978 году в Нью-Йорке имела 545 клиентов, а еще 3.7 тыс. стояли в очереди на покупку. В масштабах США в очереди на покупку стояли 20 тыс. клиентов Bell System, им было сообщено, что период ожидания может занять 5-10 лет.

Однако уже в 1983 году в мире насчитывался 1 млн. абонентов, в 1990 году - 11 млн. Распространение сотовых технологий сделало этот сервис все более дешевым, качественным и доступным. В результате, по данным Международного Телекоммуникационного Союза \International Telecommunication Union, в 1995 году в мире насчитывалось уже 90.7 млн. владельцев сотовых телефонов, за последующие шесть лет их число выросло более, чем в 10 раз - до 956.4 млн. По состоянию на сентябрь 2003 года, в мире насчитывалось 1.29 млрд. пользователей "трубок".

Представляют собой систему, состоящую из базы, к которой подключаются линии от городской АТС, и одной или нескольких беспроводных трубок, которые могут переговариваться, как между собой, так и звонить по внешним линиям. Работают на разных частотах. Раньше выпускались только аналоговые аппараты с несущей частотой несколько десятков мегагерц. Эти аппараты были подвержены помехам и иногда в своей трубке можно было слышать разговоры по такому же телефону из соседней квартиры. Такие телефоны в основном были оснащены только одной трубкой. Затем в продаже появились телефоны с несущей частотой 900 МГц и цифровым кодированием сигнала. В этих приборах качество звука лучше, увеличена дальность надёжной работы и исключено случайное подслушивание вашего разговора соседями. Следующим шагом были телефоны с несущей частотой 2.4 ГГц. Эти аппараты иногда делали с несколькими трубками, увеличена дальность связи и качество звука. Сейчас в продаже появились телефоны с несущей частотой 5.8 ГГц, имеющие дальность связи иногда достаточную, чтобы работать в пределах квартала с хорошим качеством звука. Эти телефоны часто позволяют подключать несколько трубок и обычно могут работать без взаимных помех в квартирах, оборудованных другими беспроводными устройствами (например, с беспроводным интернетом). Данные несущих частот работы телефонов приведены для телефонов, продающихся в США.

Беспроводные телефоны представляют собой систему, состоящую из базы, к которой подключаются линии от городской АТС, и одной или нескольких беспроводных трубок, которые могут переговариваться как между собой, так и звонить по внешним линиям. Система, призванная повысить качество телефонной связи и позволить во время разговора одновременно передавать данные через одну телефонную линию, представляет собой (в интерфейсе BRI) два логических канала передачи данных по 64 кбит в секунду, которые могут использоваться как для разговора, так и для передачи данных по выбору, а также канал сигнализации 16 кб, по которому передаётся служебная и управляющая информация. Если использовать оба канала для передачи данных скорость составит 128 кбит в секунду или примерно в 4 раза больше скорости обычного модема.

Сотовый (мобильный) телефон - система радиосвязи, направленная на то, чтобы обеспечить пользователя связью в любом месте, состоит из большого количества базовых станций, связанных между собой центральными коммутаторами и сотовых телефонов. Сотовый телефон при включении регистрируется на ближайшей базовой станции и, если на его номер звонят, центральный коммутатор находит телефон и переводит на него вызов через ближайшую базовую станцию. Во время движения по городу сотовый телефон передаётся из одной базовой станции на другую без потери связи, даже если идёт разговор (функция Handoff).

IP-телефония - технология, направленная на то, чтобы передавать голос оцифрованный и сжатый с помощью цифровых методов через сети, построенные на IP-технологии. Например, через Интернет. Позволяет значительно удешевить разговоры на большие расстояния. В числе недостатков -- проблема задержки сигнала, связанная с особенностями IP-технологии. Начиная с 2005 года, использование специализированных программ (например, Skype) сделало IP-телефонию практически бесплатной.