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 тридцать пять лет назад, а первый звонок совершен еще на десять 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 установленных 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. Именно 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 прошлого столетия. Именно тогда начал работу первый оператора “Дельта Телеком” с 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 видео. Более широкий канал позволяет одновременно передать не только голос, но и изображение.
Актуальное на сегодня четвертое поколение позволило предоставлять абонентам реальную альтернативу проводному интернету. Особенность 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 многие современные модели 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.
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.
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, 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 появится новый стандарт связи. Однако стоит отметить, что пятое поколение будет существенно отличаться по своей сути от действующих сейчас сетей. Это связано с тем, что скорости, которые будут доступны с 5G, будут 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 через пять лет 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 рассчитаны на домашнее использование, а не в привычном понимании мобильной связи. Первым клиентам предоставили бесплатное оборудование и его установку.
Следующий год должен стать годом повсеместного запуска сетей нового поколения. Именно с начала следующего года в продаже должны появится устройства с поддержкой 5G у всех ведущих производителей. А вот активное развитие стоит ожидать не ранее следующего года.
Как будет развиваться построение сетей в России пока сложно, поскольку еще не 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.
