Мобильная связь

В этой статье речь пойдет о наследнице проводных средств коммуникаций — мобильной связи, ее истории, принципах функционирования, плюсах и недостатках.

 

 

1. История возникновения

Изобретение в позапрошлом веке Николой Тесла способа передачи аудиосигнала без проводов, положило начало развитию радио, которое в будущем научились использовать для переговоров между людьми. Сначала это были различные рации, которые прекрасно себя зарекомендовали и применяются до сих пор, потом технический прогресс дал возможность создавать сложные структуры связи, в которых рации приспособили для индивидуальных переговоров как с центральной точкой, например с диспетчером, так и для прямого соединения абонентов между собой.

В первой половине XX века этими предшественниками  мобильной связи пользовалась в основном полиция, береговая охрана и службы такси. Но это не была еще настоящая сотовая сеть, в которой, для соединения между абонентами, используются расставленные по площади базовые станции. Это была просто связь через одну центральную точку. Конечно же такая структура еще не могла называться полноценной мобильной связью.

Для того чтобы были видны преимущества сотовой структуры для переговоров абонентов, должна была появиться и развиться обычная проводная телефония, а уже потом ее бы попытались перенести на беспроводные способы передачи информации.

 

 Абонент, нуждающийся в качественной и удобной связи.

 

Конечно же, в первую очередь, мобильная связь была нужна тем, кто физически не мог пользоваться обычным телефоном, потому что находился в движении. Это водители автотранспорта, которые по роду своей  профессии вынуждены были, длительное время находится в за рулем.

Так в 1949 году в такси Детройта был применен способ связи, когда в роли базовых станций выступали сами абоненты — таксисты. Они были вынуждены вручную переключать каналы, а также, чтобы все работало, должны были находиться в определенных для этого местах. Все это жутко неудобно, поэтому пока такой способ связи не тянул на звание современного сотового. Тем более что в нем не было отдельных расставленных по площади базовых станций.

Первая же истинная коммерческая сотовая сеть для абонентов, которые могли просто ей пользоваться, была построена в Финляндии в 1971 году для автомобилистов. Она называлась «Автомобильный Радиотелефон» (Autoradiopuhelin). В 1978 году эта сеть достигла 100% покрытия территории Финляндии. В ней применялись базовые станции, каждая из которых имела зону действия 30 км и работала на частоте 150 МГц. Сеть стала коммерчески успешной и в 1986 году имела уже 30 тысяч абонентов.

 

2. Принципы функционирования и плюсы мобильной связи

Мобильная связь построена на использовании сотовых сетей, состоящих из сот, которые образуются при помощи установки одиночных ячеек — базовых станций. Радиусы действия каждой такой станции перекрывают друг друга, образуя равномерную зону покрытия. Абонент обычно подключен к ближайшей базовой станции, имеющий в месте его нахождения, максимальную мощность сигнала. Каждая станция способна, прозрачно для пользователя, передавать его телефон соседней. Обычно это происходит во время движения.

Сами же станции обмениваются информацией между собой с помощью радиорелейных или других линий. Таким образом происходит соединение между двумя телефонами, каждый из которых подключен к своей базовой станции. Т.е. суть в том, что в большинстве случаев базовая станция связывается с соседними по воздуху, что требует подведения к ней одного лишь электропитания, и только некоторые из них подключены к центру и к интернету по проводу.

 Упрощенная схема сотовой сети.

 

Глупо бы было, если бы с трудом построенная сотовая сеть использовалась только для разговоров. Конечно же мобильная связь, это не только голос, но и различные данные. Вообще принципиально не важно, какой именно вид контента передается по сотовой сети. В наше время сигнал обычно цифровой, который может передавать любой вид информации, лишь бы хватило пропускной способности оборудования, установленного на вышках. Оборудование же это постоянно модернизируется, по этому  сейчас оно уже достигло такого уровня развития, что в хороших условиях способно передавать видео.

Основные виды информации, с которыми успешно работает мобильная связь, это:

  1. Голос
  2. Текстовые СМС сообщения
  3. Графические мультимедийные ММС сообщения
  4. Односторонний показ видео из центра к мобильным устройствам
  5. Интернет трафик во всем своем многообразии

Как видите, мобильная связь, построенная по принципу сотовой сети, это достаточно универсальная вещь. Ей абсолютно все равно, с чем работать.

 

3. Недостатки мобильной связи

Почему же, если все так замечательно, беспроводной и мобильной связи не вытеснить все остальные способы связи, в том числе проводную, требующую мучительных работ по прокладке проводов ? Все дело в фундаментальных природных ограничениях. Дело в том, что для достижения высокой скорости передачи информации, которую требуют современные видео и интернет приложения, требуется большая ширина радиоканала. Вот так вот просто нужно иметь большой диапазон частот, чтобы запихать в него много информации. Низкие частоты уже все заняты, на них есть место только для голосового трафика. Это стандартные GSM узкие диапазоны в районе 900 или 1800 МГц.

Широкие же диапазоны легко получить на высоких частотах. 2 и более ГГц. Кроме того, высокая частота сама по себе, даже без большого диапазона, передает больше битов, просто потому что она высокая, в ней биты часто, т.е. быстро передаются. На таких частотах и работают современные 3G и 4G устройства. Но проблема в том, что высокие частоты имеют низкую проникающую способность сквозь предметы и, зачастую, требуют прямой видимости между приемником и передатчиком.

  Мобильное устройство, обязанное работать на высокой частоте.

 

Такое положение вещей несовместимо с привычной средой обитания людей, по этому приходится или ставить больше вышек, или наращивать мощность передатчиков и чувствительность приемников, или отказываться от беспроводных способов соединения.  По этому на данном этапе развития техники, мобильная связь не может полностью заменить классические способы коммуникаций.