История развития мобильной связи

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Современному человеку трудно даже представить, что 150 лет назад телефонов не существовало. А между тем нашим не очень далеким предкам для того, чтобы передать привет или узнать, как обстоят дела у родственников и друзей, нужно было посылать гонца или письмо, Ответа приходилось ждать несколько дней, а то и недель. Нам же, использующим мобильные телефоны, для этого требуются считанные секунды. Сейчас провожая наших любимых отпуск или командировку, мы не сомневаемся, что через несколько часов узнаем, благополучно ли они доехали.

1. История связи. На заре цивилизации

История мобильной связи уходит корнями в прошлое и берет свое начало со времени изобретения телеграфа, первого телефонного аппарата и освоения радиоволн.

Слово “телеграф” - греческого происхождения и означает “пишу издалека”. Еще в 1184 году н.э. древние греки и римляне использовали систему телеграфа, основанную на подаче сигналов огнем между возвышениями, например с башни на башню. Предводитель греческого войска Агамемнон передавал, таким образом, сообщение о падении Трои. Увидев костер, зажженный на башне Трои, расставленные заранее на вершинах гор воины зажигали костры и “по цепочке” донесли эту радостную весть его супруге.

На протяжении всей своей истории человечество испытывало острую необходимость в средствах быстрой передачи информации на большие расстояния. На заре цивилизации для этого использовались различные примитивные способы: звуки гонгов и барабанов, колокольный звон, свистки, дымовые сигналы, сигнальные огни, гонцы, почтовые голуби. Необходимость передавать не только отдельные сигналы типа “тревога”, но и различные сообщения, привела к применению “кодов”, когда разные сообщения различались, например, числом и расположением костров, числом и частотой свистков или ударов в барабан и т.п.

С развитием науки эти способы совершенствовались. Главную роль в развитии средств связи сыграло открытие электричества.

2. История связи. Две вехи: электричество и оптический телеграф

Поистине XIX век стал в истории человечества веком электричества. В 1800 году 55-летний итальянский физик и физиолог Алессандро Вольта изобрел химический способ получения постоянного тока в проводнике, создав прообраз современных батареек. Через 20 лет после этого события взаимосвязь электричества и магнетизма была доказана 43-летним датским физиком Хансом Эрстедом.

Британский физик Майкл Фарадей провел множество экспериментов и выяснил, что электрический ток можно вызывзть изменениями магнитного поля. И через 11 лет после открытия А. Вольта, в 1831 году 40-летний ученый сформулировал законы электромагнитной индукции, которые стали основой промышленного получения электрического тока - электростанции.

Значительным достижением в области передачи сообщений было изобретение оптического телеграфа. Свое изобретение французский провинциальный священник и механик-энтузиаст Клод Шапп продемонстрировал правительственной комиссии в Париже в 1794 году. Системы Шаппа быстро завоевали популярность и действовали не только по всей Европе, но и в Египте, Индии. В то время это был единственный быстродействующий способ передачи сообщений. Но, несмотря на столь широкое распространение, оптический телеграф уже не мог удовлетворить нарастающих потребностей человечества в связи. Ученые начали предпринимать попытки использовать электричество для передачи сообщений.

Первый в мире электромагнитный телеграф

И вот через год после открытия М. Фзрадея, 21 октября 1832 года, 46-летний русский ученый Павел Львович Шиллинг продемонстрировал первую в мире линию электромагнитного телеграфа. Передатчик был установлен в одном конце здания, где собрались приглашенные, а приемник - в другом, в кабинете Шиллинга. Расстояние между аппаратами составило свыше 100 метров. Первая телеграмма, состоявшая из десяти слов, на глазах у присутствующих была принята лично П. Л. Шиллингом. Демонстрация вызвала огромный интерес публики. В разработанном Шиллингом коде передача всех букв русского алфавита обеспечивалась отклонением в разные стороны одной или двух стрелок из шести. Цифры обозначались отклонением трех стрелок.

В том же году, когда П.Л. Шиллинг продемонстрировал свое изобретение, первая телеграфная линия соединила Зимний дворец и здание Главного штаба, а затем и некоторые дворцы Санкт-Петербурга. В ноябре 1843 года начала действовать телеграфная линия Петербург - Царское село. Однако она также предназначалась в основном для личных связей императора Николая I.

Современник Пушкина и Гоголя, Шиллинг первым в мире доказал возможность практического применения электромагнитных явлений для нужд связи и открыл путь для работ Морзе, Кука и Уитстона.

Код Морзе.

Через 12 лет после демонстрации П. Шиллинга американский художник-портретист и изобретатель-самоучка Самуэль Морзе изготовил первый электрический телеграф, который мог работать на большом расстоянии, и разработал код с использованием сочетаний коротких и длинных сигналов в качестве букв алфавита - азбуку Морзе. Морзе искал наиболее легкий путь передачи алфавита и нашел его в один прекрасный вечер, когда читал газету. Заметив, что в статьях используются точки и тире для придания тексту большей эмоциональности, Морзе решил заменить ими все буквы.

Потеряв свою молодую прекрасную жену, С. Морзе долго путешествовал по Европе, изучая устройство рисовальных школ и выдающиеся произведений живописи. Но пора было возвращаться к работе - преподаванию дизайна в Нью-Йоркском университете, и в октябре 1832 года С. Морзе отправился из Гавра в Нью-Йорк на паруснике «Салли». На его борту находился знаменитый врач тех времен (открыватель наркоза и новых методов обезболивания в медицине) - Чарльз Т. Джексон. Во время плавания доктор демонстрировал пассажирам фокус-опыт: начинала вращаться стрелка компаса при поднесении к нему куска провода, подсоединенного к батарее. За опытом внимательно наблюдал Самюэл. Увиденное и натолкнуло художника на идею его изобретения. Не очень давно, в 1939 году - через сто лет после изобретения «азбуки» самим Морзе, появился современный взриант международного «кода Морзе» (International Morse). Именно тогда была проведена последняя корректировка (так называемого «континентального» варианта), коснувшаяся в основном знаков препинания. Звучит еще невероятнее, но факт - первоначальный вариант «кода Морзе» кое-где использовался на железных дорогах до середины 60-х годов XX века!

Для передачи посылок С. Морзе пользовался ключом, изобретенным российским ученым Б.С. Якоби, а для приема применил электромагнит, якорь которого упрзвлял перемещением чернильного пера по бумаге. 24 мая 1844 года им была отправлена первая в мире телеграмма - «Что сотворил господь». И в этом же году начала действовать первая в мире телеграфная линия между Балтимором и Вашингтоном.

Электрических телеграфов было уже недостаточно для передачи информации. Идея телефона витала в воздухе. Исследованиями занимались многие ученые одновременно. Александр Грэхем Белл, работая учителем детей с ослабленным слухом, сначала надеялся создать устройство, превращающий звуки в световые сигналы. Он хотел с помощью своего прибора научить говорить глухих детей.

Изобретение телефона.

Знаете ли вы, почему 14 февраля 1876 года считается днем изобретения первого в мире телефонного аппарата? Именно в этот день в патентное ведомство США были поданы две заявки на изобретение телефона, основанные на одном и том же принципе. Поистине удивительное совпадение! В 11.00 заявку подал житель Бостона А. Г. Белл, а в 13.00 - проживавший в Чикаго Элайша Грей. Грей был электротехником, Белл разрабатывал методику обучения речи глухих людей, в которой символы передавались положением губ и языка. Удача сопутствовала Александру Беллу, и 7 марта 1876 года ему был выдан патент на изобретение телефона. Белл патентовал устройство. Грей - идею. В основе изобретений лежала возможность преобразования звуковых колебаний в электрические и наоборот.

Возможность передачи живой человеческой речи на большие расстояния издавна занимала умы изобретателей. Термин «телефон», составленный из греческих слов «теле» - далеко и «фон» - звук, употреблялся еще в XVIII веке. Первые «телефоны» были механического действия и передавали сообщения по трубам, шнурам, рельсам. В Париже, например, речь передавалась по чугунным трубам, уложенным в землю. Однако правительство сочло проект слишком дорогим для государственной казны. На первых железных дорогах была организована сторожевая сигнализация: вместо труб прокладывались металлические проводники, по которым распространялся условный звон колокола, оповещавший о приближении поезда.

Вскоре начался промышленный выпуск телефонов и прокладка телефонных линий, и к концу XIX века стала привычной такая картина: мужчина неспешно выходил из кэба, давал кучеру на чай и шел крутить ручку телефона, чтобы договориться о предстоящем свидании или игре в карты. Светские дамы бурно обсуждали по телефону последние городские сплетни и модные наряды.

Первый промышленный телефон обладал многими недостатками. Во-первых, приходилось и говорить, и слушать в одно и то же отверстие. Это, конечно, было очень неудобно. Сказал что-нибудь и скорее приставляй трубку к уху, чтобы не пропустить ответ. Чтобы люди не забывали об этом, рядом с аппаратами такой системы подчас крепилось довольно оригинальное объявление: «Не слушайте ртом и не говорите ухом». Во-вторых, телефонный передатчик давал слишком маленькую мощность, чтобы ее могло хватить на сколько-нибудь значительное расстояние. Возникла необходимость придумать какой-то новый прибор для превращения звуковых колебаний в электрические. В последующие годы телефон стали активно совершенствовать. К 1900 году было выдано более 3 тысяч патентов на изобретения, связанные с телефонными устройствами. В США к тому времени уже установили 1,5 миллиона аппаратов.

После изобретения Белла началось активное строительство телефонных линий. В 1881 голу в России был заключен государственный контракт на строительство телефонных сетей в пяти крупнейших городах - Санкт-Петербурге, Москве, Риге, Одессе и Варшаве. А 1-го июля 1882 года на ручную телефонную станцию Международного общества телефонов Белла в Москве поступил первый телефонный вызов. Это дата основзния Московской городской телефонной сети.

Многие изобретатели оспаривали приоритет А. Белла. Один из наиболее настойчивых, американец итальянского происхождения Антонио Меуччи утверждал, что работал над проблемой телефона еще с 1857 года. А в 1871 году изобрел свой аппарат и составил заявку на патент, но не смог собрать 250 долларов для его официального оформления. Меуччи не повезло со спонсорами - один из них потерял единственный прототип телефонного устройства. Суд вынес компромиссное решение: права на устройство остались за Беллом, а Меуччи признали первым, кто «механически передал речь по проводам».

Первая в мире радиопередача.

В 1888 году (через 12 лет после изобретения телефона) гениальному немецкому учёному Генриху Герцу удалось с помощью опытной установки доказать сам факт существования электромагнитных волн и найти возможность их обнаружения. Герц доказал, что эти волны ведут себя как световое и тепловое излучение - распространяются в пространстве подобно кругам на воде, расходящимся от брошенного камня. Герц проводил свои эксперименты с ультракороткими волнами.

Герц понял, что для доказательства теории Максвелла необходимо получить такие быстрые электромагнитные колебания, чтобы соответствующие им электромагнитные волны можно было наблюдать в пределах лаборатории. Ученый сконструировал передатчик («вибратор Герца») и приемник («резонатор Герца»). Когда происходили электрические разряды между шариками вибратора, в приемнике проскакивали маленькие искры. Появление искорок свидетельствовало о том, что происходит прием электромагнитных волн приемником. Поскольку передатчик и приемник разделяло воздушное пространство, то это доказывало существование в нем электромагнитных волн.

Через 7 лет после открытия Г. Герца, 7 мая 1895 года, 36- летний русский физик и электротехник Александр Степанович Попов выступил с докладом, посвящённым методу использования излученных электромагнитных волн для передачи электрических сигналов, содержащих информацию, и продемонстрировал свою аппаратуру беспроводной связи. Опираясь на результаты опытов Г. Герца, А.С. Попов изобрел электрическую схему, сконструировал «Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний», - первый в мире радиоприёмник, и осуществил первую в мире радиопередачу. Это произошло в марте 1896 года. А. С. Попов провел эксперимент, в котором на 250 метров передал радиограмму с двумя словами «Генрих Герц». Передача велась кодом Морзе из одного здания университета в другое и регистрировалась на бумажной ленте телеграфным аппаратом, подключенным к выходу радиоприемника.В России 7 мая является Днем радио.

Через несколько лет после исторической демонстрации А.С. Попова в Кронштадте под руководством учёного был налажен выпуск принимающей и передающей аппаратуры. Попов надеялся, что его прибор поможет передавать срочные сообщения, спасет многие человеческие жизни. В 1900 году его прибор активно использовался во время спасения ледоколом «Ермак» группы рыбаков, унесенных на льдине в Балтийском море. Радиолиния обслуживала проведения аварийных работ по снятию с камней броненосца береговой охраны «Генерал-адмирал Апраксин».

Будучи истинным ученым, А.С. Попов думал о развитии науки и не собирался извлекать коммерческую выгоду из своего радиоприемника. Он не заботился о получении патента, но и не делал секрета из своего изобретения.

Через год после первой радиограммы, весной 1897 года, Попов достиг дальности радиосвязи 600 м, летом 1897 - 5 км, а в 1901 году - около 150 км. Увеличение дальности передачи было достигнуто благодаря использованию более чувствительного поиемника нового типа - «Телефонного приемника Депеш», разработанного А. С. Поповым в 1899 году и запатентованного в России, Франции и в Англии. В этом приемнике использовался чувствительный наушник.

В процессе проведения первых экспериментов А.С. Поповым была замечена способность радиоприемника реагировать на электромагнитные сигналы атмосферного происхождения. Ученый создал «Грозоотметчик», снабженный самописцем для автоматической регистрации принимаемых сигналов на бумажной ленте. За грозоотметчик и аппаратуру для беспроволочного телеграфирования А.С. Попову была вручена Золотая медаль и диплом на Всемирной выставке в Париже в 1900 году.

Научные интересы А.С. Попова не ограничивались одной областью, а охватывали многие разделы физики и электротехники. Ученый также увлекался фотографией и оптикой: для экспедиции по наблюдению полного солнечного затмения в августе 1887 года им был сконструирован оригинальный фотометрический прибор. Попов одним из первых в России провел исследования физических свойств рентгеновских лучей.

3. Первая мобильная связь

В это же время подобные исследования проводились и в других странах, и в 1897 году предприимчивый 23-летний итальянец Гульельмо Маркони получает в Англии патент на устройство, похожее на прибор А. С. Попова. В своих аппаратах Маркони использовал мощные антенны, что обеспечивало большую дальность передачи.

В 1899 году Маркони послал сообщение на 50 км из Англии во Францию. Маркони открыл сеть беспроволочных станций по всей Англии; корзбли оснащались его двусторонней коммуникационной системой «море - берег».

В 1901 году Мзркони установил радиопередатчик на паровом автомобиле «Торнисрофт», таким образом произведя первую наземную мобильную связь (передачу данных).

При этом имелась возможность передавать только данные (точка-тире), но не голос. Рзсшифровкой сообщений занимались специальные операторы, хорошо владевшие азбукой Морзе.

В начале XX века, на первом этапе развития радиотехники, мобильная связь развивалась как морская подвижная связь. 12 января 1901 года Гульельмо Маркони принял первый трансатлантический радиосигнал с помощью азбуки Морзе, он переговаривался с трансатлантическим лайнером, возвращавшимся в Северную Америку.

Конечно, говорить о настоящей мобильности было еще рано, размеры устройства Маркони были просто огромными. А перед тем как автомобиль начинал движение, необходимо было опустить высокую цилиндрическую антенну в горизонтальное положение. 11 декабря 1901 года была проведена передача с мыса Полду в Корнуэлле в Англии в порт Сент-Джонс на Ньюфаундленде. Маркони установил принимающую антенну на аэростате, на высоте 150 метров.

В конце 90-х годов XIX века беспроволочная телеграфная система была настоящим чудом, позволявшим вовремя отправлять спасательные корабли к месту крушений на море, а также передавать поминутный репортаж с соревнований американского яхт-клуба для газет в Нью-Йорке. Вдовствующая королева Виктория получила 150 сообщений о состоянии здоровья принца Уэльского, который повредил колено и восстанавливал силы на борту королевской яхты.

Служил беспроволочный телеграф и правосудию. В июле 1910 года он принес долгожданную весть об зреете американского врача Криппена, убившего свою жену в Лондоне. Криппен бежал в Канаду на борту лайнера «Монтроуз» в компании 27-летней любовницы, которая выдавала себя за его сына. Капитан обратил внимание на чересчур нежные отношения «Робинса» и его «сына» и сообщил о своих подозрениях в Скотланд-Ярд. В ответ на эту «маркониграмму» инспектор полиции на более быстром судне догнал «Монтроуз» и арестовал преступника. В своем сообщении капитан передал, что Криппен во время плавания частенько восклицал: «Какое же это прекрасное изобретение - телеграф!».

В 1909 году Маркони поделил Нобелевскую премию в области физики с немецким ученым Карлом Брауном, который изобрел спаренный беспроводной передатчик и приемник.

Приоритет в изобретении радио до сих пор вызывает споры.

4. Сотовый принцип организации сетей подвижной связи

оптический мобильный морзе телеграф

Прошло 70 лет после изобретения телефона А. Беллом. Мобильное радио по-прежнему использовалось только спасательными службами и государственными агентствами. И вот в 1946 году в Сент-Луисе, США, Служба Мобильной Телефонии «AT&T», а точнее, исследовательская лаборатория «Bell Laboratories» (принадлежала она именно «AT&T») впервые выступила с идей создания коммерческого мобильного телефона. Но идея оказалась не очень удачной: разработчики изначально ограничились идеей телефона, предназначенного исключительно для монтажа в автомобилях. Не решена была и главная проблема - узкий частотный диапазон. Поэтому «авторадио» - сервис проработал с горем пополам 5 лет и зачах. Специалисты все той же «Bell Laboratories» (а она была одной из крупнейших и известнейших лабораторий на тот момент) ставили под сомнение возможность создания действительно компактных устройств в ближайшие годы. Их интерес к радиотелефонной мобильной связи практически пропал.

Первые радиотелефонные коммерческие услуги предоставлялись частным клиентам. С помощью радиостанции, установленной в машине, можно было передать сигнал на АТС и совершить обычный телефонный звонок. Легко понять, почему эти телефоны монтировались только на автомобилях. Ведь невозможно представить, что кто-то будет способен таскать при себе 30-40 килограммовый телефон (и это без источника питания!). А для работы он требовал подключения к электросети.

Переключение абонента между каналами связи, в поисках свободного, осуществлялось вручную. Надо упомянуть, что само телефонное общение было сложным - нельзя было и слушать и говорить одновременно. Так, чтобы донести своё сообщение до собеседника, нужно было нажать и удерживать кнопку телефонной трубки, а чтобы услышать ответ, кнопку надо было отпустить (зато, таким образом можно говорить сколько угодно, и знать, что вас никто не сможет перебить).

Чтобы позвонить на радиотелефон, приходилось сначала звонить на телефонную станцию и затем сообщать номер оператору. Всего такая «первобытная» система связи оказывала услуги всего 23 пользователям одновременно и предназначалась для бизнесменов, переезжающих из Нью-Йорка в Бостон.

И все-таки именно в Сент-Луисе в 1947 году произошло событие, перевернувшее представление о мобильной связи. Один из сотрудников «Bell Laboratories» Д. Ринг во внутреннем меморандуме выдвинул идею сотового принципа организации сетей подвижной связи. Ее суть состояла в разделении областей обслуживания на соты, размер которых определялся бы территориальной плотностью абонентов. Подобная сеть охватывала бы обширные территории, а ее клиенты могли бы поддерживать непрерывную связь со своим собеседником. Основным элементом сотовой связи явилось повторное использование частоты. Таким обрззом, было определено основное различие между сотовой и стандартной мобильной связью, основанной на радиоволнах. Но прошло два десятка лет, прежде чем эта идея нашла свое воплощение в сотовых сетях подвижной связи общего пользования.

Конечно, возможности радиотелефонов были еще очень ограничены: мешали помехи и небольшой радиус действия радиостанции. Число фиксированных частот в определенном диапазоне не может увеличиваться бесконечно, поэтому радиотелефоны с близкими по частоте рабочими каналами начинали создавать взаимные помехи. К счастью, радиоволны в нижних частотах путешествуют на большие расстояния. Поэтому передатчики высокой мощности давали мобильным устройствам широкий рабочий диапазон. Из-за этого телефонные компании не могли многократно использовать несколько своих драгоценных каналов в соседних городах. Необходимо было, по крайней мере, 100 км между системами, чтобы использовать частоту вновь. Тем не менее, популярность средств мобильной связи стремительно росла. Потребность в радиотелефонии была огромна. Многие производители радиотехники стремились приложить руку кразработке беспроводной аппаратуры.

«Bell Telephone Company» была основана самим Александром Беллом для продвижения его изобретения. Конкуренция в телефонной промышленности уже тогда была чрезвычайно высокой. Через некоторое время произошло ее слияние с самой крупной телефонной компанией - «AT&T», зарегистрированной в 1885 году. Так возникли всемирно известные «Bell Telephone Laboratories». Этот крупнейший научный центр дал миру транзистор, цифровую АТС, узлы коммутации с программным управлением и многие другие изобретения и открытия, а по количеству сотрудников - нобелевских лауреатов уступил только Кембриджу.

Размещено на Allbest.ru