Сегодня сложно представить себе жизнь современного человека без использования сотового — ведь он позволяет не только звонить из любой точки мира, но и способен заменить нам многие привычные еще пять-десять лет назад вещи. Особенно заметный рывок в своем развитии сотовая связь совершила за последнее десятилетие, хотя первый мобильный появился сорок лет назад, а первый звонок совершен еще на пятнадцать лет раньше.
А задумывались ли вы как работает сотовая связь? Сегодня расскажем, как сигнал от одного телефона передается на другой, находящийся за тысячи километров, от чего зависит скорость интернета, и какие возможности ждут нас уже в недалеком будущем.
История появления
Возможность общаться по телефону на расстоянии и без проводов всегда привлекала человека. Свое начало привычная нам сегодня сотовая связь берет почти столетие назад. В двадцатых годах прошлого века в США полиция Детройта начала использовать односторонний радиосигнал от диспетчеров к приемникам, установленным на машинах. За двадцать лет такая связь уже обеспечивала до десяти тысяч полицейских автомобилей.
И вот здесь стоит отметить первое упоминание про частотный диапазон, благодаря которому радиосигнал поступает от одного пользователя к другому. Так, в Москве сегодня сотовые операторы МТС, билайн, МегаФон, и другие, работают на частотах в диапазоне от 800 до 2600 мегагерц. А вот первые полицейские машины в Америке в двадцатых годах использовали частотный диапазон в два мегагерца.
Позже радиосвязь появилась во многих странах, но ограниченный частотный диапазон не позволял обеспечить дальность сигнала, и пропускную способность радиосети. Реальные очертания будущего технологического прорыва появились лишь через десятилетия в начале семидесятых годов.
Именно тогда американские инженеры предложили использовать установку антенн в виде сот, что позволило бы пользователям перемещаться между ними не замечая переключения между станциями, сдающими и принимающими сигнал. Благодаря такому построению сетей новая технология связи и получила свое название. Именно такая технология была одобрена в США в начале семидесятых годов, и после выделения частот в диапазоне восемьсот мегагерц, началось тестовое построение сети на две тысячи абонентов.
На протяжении следующего десятилетия сотовая связь появилась в большинстве стран Европы и Азии. Отметим, что первым успешным проектом в коммерческом плане стала сеть в Финляндии. Autoradiopuhelin за семь лет смогли покрыть всю территорию страны сотовым сигналом.
В России сотовая связь появилась только в 91 году прошлого столетия. Именно тогда начал работу первый оператор “Дельта Телеком” в Северной столице. Связь предоставлялась в аналоговом стандарте на частоте 450 мегагерц.
Первые мобильные телефоны имели возможность использовать связь только для передачи голосового трафика. Возможность использовать подключение к интернету появилась только с запуском стандарта 2G, который со временем был расширен до 2,5G. Интернет хоть и не обладал высокими скоростями, но был сопоставим с качественным Dial-UP соединением от стационарных провайдеров.
В начале нового тысячелетия появился 3G. Это позволило сотовому телефону стать реальной альтернативой проводному интернету, несмотря на существенно более низкие скоростные возможности. Особенностью стандарта является то, что с его появлением появилась возможность не только совершать голосовые вызовы, но и видеозвонки. Более широкий канал позволяет одновременно передать не только голос, но и изображение.
Актуальное на сегодня в России четвертое поколение позволило предоставлять абонентам реальную альтернативу проводному интернету, и многие используют мобильный интернет не только за городом и во время путешествий, но и дома. Особенностью 4G является то, что стандарт изначально использовался исключительно для передачи данных, и если во время работы в интернете на телефон поступал голосовой вызов, то устройство переключалось на 3G.
Сейчас большинство современных моделей телефонов получили возможность передавать голосовой трафик по LTE. Для абонента это означает то, что качества голоса ощутимо лучше, а соединение с интернетом не прерывается во время совершения голосового вызова. Достаточно активировать функцию VoLTE в настройках своего телефона.
Как работает связь
Современная мобильная связь, хоть и имеет превосходящие в сотни раз возможности первых сетей, работает по аналогичному принципу радиосигнала. Наш сотовый и базовые станции оператора находятся в постоянном контакте, а вот если во время движения сигнал становится слабым, то телефон переключается в эфир другой станции, предоставляющей более мощный сигнал.
Современные сети позволяют использовать сигнал в разных диапазонах, что позволяет обеспечить более качественный прием и стабильную работу. Особенность более низкого частотного диапазона в том, что он позволяет охватить большую территорию, и имеет большую силу проникновения через преграды на своем пути — горы или здания. А вот более высокие частоты (именно они обеспечивают нам скоростной интернет) имеют более низкую проходимость, и требуют более плотной установки базовых станций для обеспечения качественного покрытия.
Именно поэтому операторы проводят рефарминг сетей – перераспределение частотного диапазона. Это позволяет использовать более низкие частоты для 4G, обеспечивая абонентам более высокую скорость интернета, обеспечивая более стабильное подключение.
Сети сотовых операторов также связаны между собой магистрально, что позволяет абонентам разных операторов разговаривать между собой. Также компании заключают договоры о роуминге, что позволяет абоненту одного оператора регистрироваться в сети другого. Это относится не только к использованию связи в другой стране, но и в другом регионе одной страны, где у оператора нет собственного покрытия.
Для того чтобы иметь возможность идентифицировать абонента в сети, необходим уникальный идентификатор — он прописывается на сим-карте. При регистрации в сети телефон отправляет этот код в сеть оператора через базовую станцию. Совершая звонок другому человеку именно по этому коду определяется местоположение абонента, и сигнал от базовой станции поступает на телефон.
В режиме ожидания наш телефон постоянно сканирует радиосигнал и в момент набора номера связывается с ближайшей базовой станцией, которая выделяет канал для совершения звонка. По этому каналу наш вызов через базовую станцию передается на коммутатор оператора, отправляющий сигнал на базовую станцию, ближайшую к вызываемому абоненту. Если на момент звонка абонент находится вне поля радиоэфира сети оператора или выключен, то система сообщит об отсутствии связи.
Перспективы
Подготовка к запуску сетей пятого поколения началась в 2010 году. Именно тогда в разных странах началось тестирование отдельных тестовых элементов сетей, на основе которых и появился новый стандарт связи. Однако стоит отметить, что пятое поколение существенно отличатся по своей сути от действующих сейчас сетей. Это связано с тем, что скорости, которые будут доступны с 5G, ориентированы в первую очередь на связь между устройствами.
Поэтому именно с появлений новой технологии эксперты связывают более активное использование интернета вещей в медицине, транспорте, медиасвязь в реальном времени. По прогнозам уже в самое ближайшее время будет использоваться по всему миру более трех с половиной миллиарда устройств IoT.
Первая коммерческая сеть 5G запущена американским оператором Verizon в октябре. Компания позиционирует новую услугу как ультраскоростной интернет без проводов. Сеть была запущена в четырех городах. Услуги были рассчитаны на домашнее использование, а не в привычном понимании мобильной связи. Первым клиентам предоставили бесплатное оборудование и его установку.
Следующие годы стали временем повсеместного запуска сетей нового поколения. В продаже появились устройства с поддержкой 5G у всех ведущих производителей. Сети 5G уже работают во многих странах мира, а в России запуск нового поколения ожидается в ближайшие пару лет – в 2026 связь по технологии 5G должна появиться в коммерческой эксплуатации, а к концу текущего десятилетия во всех субъектах страны. Однако уже сегодня у многих операторов работают тестовые зоны, и каждый, при наличии смартфона с поддержкой 5G на определенных частотах может протестировать новый стандарт.
Как будет развиваться построение сетей в России пока сложно предсказать, поскольку только утверждена концепция развития технологии. Также на рассмотрении находится проект создания единого оператора инфраструктуры 5G сетей. Участники потенциального консорциума (МегаФон, Ростелеком, Ростех) позволят объединить усилия операторов в построении новых сетей. Однако другие участники рынка опасаются ограничения конкуренции, поскольку консорциум будет диктовать тарифы.
Между тем уже ведутся активные разработки следующего стандарта связи шестого поколения, в том числе и в России. Однако пока точных данных, что именно принесет для пользователей новый стандарт, нет. Однако уже в ближайшее время, информации станет больше, поскольку станут известны детали наработок и первых тестирований нового стандарта.