ИСТОРИЯРАЗВИТИЯ ТЕЛЕФОНА
И ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ
ИСТОРИЯРАЗВИТИЯ ТЕЛЕФОНА
Наряду ссовершенствованием проволочного телеграфа в последней четверти XIX векапоявился телефон. В начале 60 — х годов XIX века И.Ф. Рейс сконструировалтелефонный аппарат, который однако не получил практического применения.Дальнейшая разработка телефона связана с именами американских изобретателей И.Грея (1835 — 1901) и А.Г. Белла (1847 — 1922). Участвуя в конкурсе попрактическому разрешению проблемы уплотнения телеграфных цепей, они обнаружилиэффект телефонирования. 14 февраля 1876 г. оба американца сделали заявку напрактически применимые телефонные аппараты. Поскольку заявка Грея была сделанана 2 часа позже, патент был выдан Беллу, а возбужденный Греем процесс противБелла был им проигран. Несколькими месяцами позже Белл продемонстрировалразработанный им электромагнитный телефон, который выполнял роль передатчика иприемника. Аппаратом заинтересовались деловые круги, которые и помоглиизобретателю основать “Телефонную компанию Белла”. Впоследствии онапревратилась в могущественный концерн.
В 1878 г. Д.Э. Юз доложилЛондонскому королевскому обществу, членом которого он состоял, об открытии иммикрофонного эффекта. Исследуя плохие электрические контакты, Юз обнаружил, чтоколебания плохого контакта прослушиваются в телефоне. Испробовав контакты,изготовленные из различных материалов, он убедился, что эффект с наибольшейсилой проявляется при применении контактов из прессованного угля. Основываясьна этих результатах, Юз в 1877 сконструировал телефонный передатчик, названныйим микрофоном. “Компания Белла” использовала новое изобретение Юза, так как этадеталь, отсутствовшая в первых аппаратах Белла, устраняла основной ихнедостаток — ограниченность радиуса действия.
Над усовершенствованиемтелефона трудились многие изобретатели (В. Сименс, Адер, Говер, Штэкер, Дольбири др.). Вскоре Эдисон сконструировал другой тип телефонного аппарата (1878).Впервые введя в схему телефонного аппарата индукционную катушку и применивугольный микрофон из прессованной ламповой сажи, Эдисон обеспечил передачузвука на значительное расстояние.
Открытие Белла знаменовалоначало эры телефонии. А термин “Телефония” имеет достаточно широкое значение, охватывающеевсе научно — технические аспекты телефонной связи.
После 1876 г. телефоннаясвязь стала самым массовым видом связи, как по количеству абонентов-пользователей,так и по объемам информации, передаваемой по сетям. Такая значимость телефоннойсвязи объясняется тем, что она лучше других технических средств обеспечиваетэффект личного контакта: телефонное сообщение одновременно передает смысловуюинформацию (текст),индивидуальные признаки говорящего и эмоциональную окраску сообщения. Приближение к непосредственномуобщению стало еще более значительным с появлением видеотелефона.
За прошедшие 125 леттелефония прошла путь от предложенного Беллом простейшего электромагнитноготелефона, позволявшего вести разговор в полудуплексном режиме с абонентом всоседнем помещении, до глобальных сетей телефонной связи наших дней.
Вскоре после изобретенияБелла стало ясно, что сам по себе телефонный аппарат без средств, обеспечивающихустановление различных соединений «по требованию» не найдет широкогоприменения. Уже в 1878 г. была введена в эксплуатацию первая телефоннаястанция, обслуживающая абонентов в зоне небольшого города Нью-Хейвен (США).Далее, по мере создания других зон телефонной связи, возникла необходимостьсоединения между абонентами отдельных зон. Так родилась концепциямногоуровневой иерархической структуры сети телефонной связи.
Телефонные сети, внезависимости от масштабов и сложности, состоят из элементов, которые можнообъединить в три группы:
абонентские терминалы(обычно — телефонные аппараты);
линии связи (абонентскиеи соединительные линии);
центры коммутации илителефонные станции.
РЕВОЛЮЦИЯВ ТЕЛЕФОНИИ
Второй период развитиятелефонии, начавшийся в 70-е годы XX столетия, внес в нее радикальныеизменения.
Основой телефонии сталиновые технологии:
электронная технологияпозволила перевести все аппаратные средства телефонии на электронную элементнуюи технологическую базу;
цифровая технология наоснове представления различных видов информации в единой цифровой формеинтегрировала обслуживание различных видов связи, а также объединила системыпередачи и коммутации;
компьютерная технология,применение которой выразилось не только в использовании компьютеров в ролиустройств управления АТС, но и в создании компьютерных терминалов, позволилаабоненту получать услуги разных видов связи с помощью единого терминала.
Компьютеризациятелефонии, называемая компьютерно-телефонной интеграцией (Computer TelephoneIntegration — CTI), позволяет объединять различные сети, системами передачи,коммутации, управления и терминальные устройства.
Говоря о втором периоде вистории телефонии, следует отметить не только радикальный характер происходящихизменений, но и высокий их темп, особенно возросший в течение последнихдесятилетий. Появились системы и сети с интеграцией услуг (ISDN — IntegratedServices Digital Network). Успешно развиваются такие приложения телефонии, какмобильные сети связи, а также сети беспроводного абонентского доступа.Направление компьютерно-телефонной интеграции привело к созданию единыхпрограммно-аппаратных платформ с сосредоточением всех функций в одной системе — интеллектуальном сервере сети. Отмечается рост мультимедийных приложений(передача видеоконференций и т.п.).
Наконец, развиваетсятехнология IР-телефонии, обеспечивающая передачу речи по сетям пакетнойкоммутации.
В таблице вхронологическом порядке собраны этапные события из истории телефонии, хотя этотперечень не претендует на полноту; слишком много открытий и свершений в историителефонии. Обратим внимание на другую особенность приведенных фактов — набольшие разрывы между датами рождения идей, изобретений, разработок и временемих реализации. Такое запаздывание характерно для систем телефонии — системмассового пользования, смена которых связана с необходимостью замены большогоколичества оборудования, зачастую продолжающего исправно функционировать.
В заключение отметим, чтос изменением содержания телефонии (новые технологии, приобретение новых свойстви возможностей в предоставлении услуг) изменяется отношение к нейпользователей. В наши дни признано, что любое дело невозможно вести безкачественной связи, поэтому пользователи требуют предоставления им широкогокруга услуг. И конкурентоспособность любой системы телефонии сейчасопределяется степенью удовлетворения этого требования.
С внедрением в телефониюновых технологий изменяется ее содержание, но не изменяется ее роль в общениимежду людьми. Поэтому телефонии предстоит отметить еще не один юбилей.
РАЗВИТИЕТЕЛЕФОНЫХ СТАНЦИЙ
Первая телефонная станциябыла построена в 1877 г. в США по проекту венгерского инженера Т. Пушкаша (1845- 1893), в 1879 г. телефонная станция была сооружена в Париже, а в 1881 г. — вБерлине, Петербурге, Москве, Одессе, Риге и Варшаве. Для последующего развитиятелефонных сетей имела большое значение предложенная П. М. Голубицким (1845 — 1911) в 1885 г. схема телефонной станции с электропитанием от центральнойбатареи, расположенной на самой станции. Эта система питания телефонныхаппаратов позволяла создать центральные телефонные станции с десятками тысячабонентских точек. В 1882 г. П. М. Голубицкий изобрел высокочувствительныйтелефон и сконструировал настольный телефонный аппарат с рычагом дляавтоматического переключения схемы с помощью изменения положения телефоннойтрубки. Этот принцип сохранился во всех современных аппаратах. В 1883 г. им жебыл сконструирован микрофон с угольным порошком.
В 1887 г. русскийизобретатель К. А. Мосцицкий создал «самодействующий центральныйкоммутатор» — предшественника автоматических телефонных станций (АТС). Онне представлял собой АТС в современном понимании, так как коммутация соединенийна станции хотя и выполнялась без телефонистки, однако управлялась самимиабонентами. В 1889 г. американский изобретатель А. Г. Строунджер получил патентна автоматическую телефонную станцию
Изобретение в 1889 г.братьями Строуджер декадно-шагового искателя создало технологическую основу длясоздания АТС декадношаговой системы (АТС ДШ), ставших в 40-50-е годы основнымтипом АТС в мире. Благодаря простоте и неприхотливости в обслуживанииэлектромеханические АТС декадно-шаговой системы (станции типа АТС-47, АТС-54)находятся в эксплуатации и в наши дни, хотя выпуск их и прекращен.
Хронологически последнейи наиболее совершенной системой среди электромеханических АТС стала АТСкоординатной системы (АТСК) с централизованным релейным устройством управленияи высокопроизводительным устройством коммутации, выполненном на многократныхкоординатных соединителях (МКС). Идея МКС была предложена еще в 1914 году,первая же АТСК была пущена в 1926 г. в Швеции; там же в 40-х годах фирмаEricsson начала серийный выпуск семейства АТСК. В 50-х и 60-х годах XX столетияв промышленно развитых странах система АТСК заняла лидирующее положение. ВСоветском Союзе выпускались системы АТСК, АТСК-У для городских телефонныхсетей; междугородные станции АМТС-2 и АМТС-3, а также ряд малых и средних АТСтипов К-100/2000; К-40/80; К-50/200. Станции АТСК и их модификации обслуживаютбольшую часть сети телефонной связи Украины наших дней. Следует отметить, чтопредпринимаются попытки модернизации эксплуатируемых АТСК: электромеханическиерелейные устройства управления (блоки маркеров и регистров) заменяютсяэлектронными аналогами, внедряются электронные схемы в комплекты абонентского илинейного интерфейсов и т.п. Эти меры улучшают некоторые параметры АТСК.
АТС квазиэлектроннойсистемы (АТСКЭ) — хронологически последняя система АТС для аналоговых сетейсвязи. Разработка АТСКЭ началась в 50-е годы XX столетия, а в 1964 г. перваяАТСКЭ (США, станция Е881) была введена в опытную эксплуатацию. При созданииАТСКЭ использовались новейшие для тех лет технологии. Так, схемы коммутации(коммутационные поля) собраны из коммутационных матриц на герконах и ферридах.Миниатюрность и быстродействие таких матриц (по сравнению с релейнымисоединителями МКС) объясняет термин «квазиэлектронные». Но основное ипринципиальное отличие системы АТСКЭ от предыдущей системы АТСК заключалось втом, что задачи управления в АТСКЭ стал выполнять специализированный компьютер.
Применение компьютера вроли центрального устройства управления превратило телефонную станцию в«АТС с управлением по записанной программе» или «АТС спрограммным управлением». Последний термин краток, понятен иобщеупотребителен, хотя и недостаточно корректен, поскольку любая телефоннаястанция выполняет программу обслуживания вызовов.
Необходимо подчеркнуть,что в предыдущих системах АТС (декадно-шаговых и координатных) их устройствауправления (УУ) были автоматами с «вмонтированной» (жесткой) логикой,другими словами, автоматами, выполняющими лишь ту программу, которая былазаложена в них при изготовлении. Сказанное относится как к электромеханическим,так и к электронным УУ, которыми оборудовались модификации поздних АТСК.
АТС с программнымуправлением (АТС ПУ), в отличие от предыдущих систем АТС, приобрели целый рядчрезвычайно важных свойств. Во-первых, — это увеличение пропускной способностиАТС за счет большей производительности компьютера, а также уменьшение габаритови упрощение периферийных функциональных узлов АТС благодаря заменемногочисленных интерфейсов между функциональными узлами АТС единым интерфейсом«компьютер — функциональные узлы».
Во-вторых (по порядку, ноне по значимости), — это приобретение важных свойств и возможностей:
обеспечение надежностиАТС за счет организации тестирования и глубокого контроля, обнаружения иисправления ошибок. При этом в АТС ПУ сокращаются расходы на нужды техническогообеспечения и эксплуатации;
расширение номенклатурыдополнительных видов обслуживания (ДВО), предоставление абонентам новыхэкономичных услуг;
гибкая тарификация;
выполнение комплексазадач динамического управления телефонной сетью; обеспечение административногоуправления.
Одновременно сприменением методов программного управления начался бурный процессэлектронизации аппаратных средств телефонной связи. Ее основные элементы(терминалы, устройства передачи и телефонные станции) переводились на новуюэлектронную элементную и технологическую базу. Этот процесс начался в ходесоздания АТС квазиэлектронной системы с электронным устройством управления. Вследующем поколении АТС — АТС электронной системы (АТСЭ) — процессэлектронизации завершился полностью.
Помимо очевидныхпреимуществ (технологичность производства, массогабаритные показатели и т.п.)электронизация телефонии создала технологические условия для цифровизациипоследней.
Первоначально переход отаналоговых сетей и систем телефонной связи к цифровым преследовал достижениетехнических преимуществ: использование новых цифровых технологий, упрощениесистем сигнализации и способов группообразования (уплотнения) в линиях связи,улучшение регенерации сигналов и увеличение дальности связи и др. В дальнейшемодновременное воздействие на традиционную телефонию таких мощныхтехнологических факторов, как электронизация, цифровизация и компьютеризация(привнесшая в телефонию средства программного управления) привели креволюционным изменениям современной телефонии.
До 70-х годов XX столетияразвитие телефонии носило эволюционный характер: сети телефонной связиоставались аналоговыми и предназначались для доставки речевой информации позаданному адресу (телефонному номеру). Конечно, помимо точной адресацииинформации к сети телефонной связи предъявлялись требования по качествупередачи речи (достаточная громкость, разборчивость и натуральность речи вместе приема) и вероятностно-временным характеристикам доставки (нормы задержеки потерь информации). Эволюционные изменения системы телефонной связи имелихарактер количественного увеличения емкости и пропускной способности сетей иулучшения показателей качества обслуживания. Также заметим, что на этом этапедругие виды связи (телеграфная, документальная и факсимильная, передача данных)обслуживались специализированными сетями и только частично прибегали к услугамсетей телефонной связи вследствие высокой степени их распространения.
РАЗВИТИЕСОТОВОЙ СВЯЗИ
На протяжении всей своейистории человечество испытывало острую необходимость в средствах быстройпередачи информации на большие расстояния. На заре цивилизации для этогоиспользовались различные примитивные способы – сигнальные костры, барабаны,почтовые голуби и т. д. С развитием науки эти технологии все болеесовершенствовались – изобретение электричества со временем позволило соединятьпроводами между собой удаленные на большое расстояние объекты и практическимоментально обмениваться между ними достаточно приличными объемами информации.Это было очень большим достижением, но местоположение абонентов было строгофиксировано, что иногда создавало большие неудобства.
Первым шагом к появлениюмобильных средств связи было открытие в 1888 году немецким физиком ГенрихомГерцем электромагнитных радиоволн и нахождение способа их обнаружения. Немногопозже русский ученый Александр Степанович Попов, опираясь на результатыисследований Г. Герца, создает прибор для регистрации электрических колебаний — первый примитивный радиоприемник.
Начало было положено и в1901 году итальянец Гульельмо Маркони установил радио -приемопередающееустройство на борт парового автомобиля и провел первую наземную мобильнуюсвязь. При этом имелась возможность передавать только данные (точка-тире), ноне голос. Однако говорить о настоящей мобильности было еще рано, размеры устройствабыли просто огромными, о чем говорит хотя бы тот факт, что перед тем какавтомобиль начинал движение, необходимо было опустить высокую цилиндрическуюантенну в горизонтальное положение.
Но технологии не стоят наместе, и в 1921 году в США появилась диспетчерская служба телеграфной подвижнойсвязи. Первоначально такие радиосистемы располагались только на автомобиляхполиции и используя азбуку Морзе вызывали патрули для того чтобы те связались сполицейским участком посредством проводного телефона. То есть это была системаоднонаправленного действия и ее смело можно назвать прообразом современнойпейджинговой связи.
В 1934 году Конгресс СШАсоздает Федеральную Комиссию Связи (ФКС), которая помимо регулированияпроводного телефонного бизнеса, также управляла и радиодиапазоном. Комиссиярешала, кто и какие частоты будет получать. Самый высокий приоритет получилиспасательные службы, государственные агентства и прочие службы, которые, помнению ФКС, помогали наибольшему числу людей. Следом за ними шли компаниипредоставляющие услуги транспортировки грузов, такси и им подобные. Частот дляиспользования частными лицами вообще не выделялось до окончания Второй МировойВойны.
Ограниченное количествочастот, и как следствие, небольшое количество клиентов, являлось одной изпричин задержки развития радиотелефонной связи. Производители телефонных системне видели достаточной экономической выгоды в переходе к беспроводнымтехнологиям.
Но как уже было сказановыше, ФКС со временем все же выделила частоты для использования частными лицамии 17 июня 1946 года в Сент Луисе, США, лидер телефонного бизнеса компанияAT&T и Southwestern Bell запускают первую радиотелефонную сеть для частныхклиентов. Аппаратура была очень громоздкой и предназначалась только для установкив автомобили – таскать на себе 40 килограммовый телефон (без учета весаисточника питания!) было просто невозможно. Но, несмотря на это, популярностьмобильной связи стала стремительно расти. Но тут возникла еще одна, болеесерьезная, чем большой вес аппаратуры, проблема – ограниченность частотногоресурса. Радиотелефоны, с близкими по частоте каналами, начинали вызыватьвзаимные помехи, и необходимо было минимум 100 километров между двумярадиосистемами, чтобы стало возможным использовать частоту вновь.
В 1947 году происходятдва события, имеющие огромное значение для дальнейшего развития радиотелефоннойсвязи. В июле У. Шокли, У. Браттайн и Дж. Бардин – сотрудники BellLaboratories, изобретают транзистор. Это в дальнейшем позволило заметноуменьшить вес и размеры мобильных телефонных аппаратов.
Немногим позже Д. Ринг,сотрудник все той же Bell Laboratories, на внутреннем меморандуме выдвигаетидею сотового принципа организации сетей мобильной связи. Эта схема решалапроблему конфликта близких по частотам каналов и позволяла повторно ихиспользовать.
Разработкой системсотовой связи стали заниматься сразу несколько производителей радиотехники, нопрошло более 20 лет, прежде чем появились первые подобные сети.
И вот в 1973 году вНью-Йорке, на вершине 50 этажного здания Alliance Capital Building, компаниейMotorola, была смонтирована первая в мире базовая станция сотовой связи. Онамогла обслуживать не более 30 абонентов и соединять их с наземными линиямисвязи. Первый сотовый телефон получил название Dina-TAC, его вес составлял 1,15килограмма, размеры – 22,5х12,5х3,75 сантиметра.
Утром, 3 апреля этого жегода, вице-президент Motorola Мартин Купер, взяв Dina-TAC в руки, вышел наулицу и совершил первый в мире звонок по сотовому телефону. И позвонил он некому иному, как начальнику исследовательского отдела Bell Laboratories. Какрассказывал в последствии сам Купер, он произнес следующие слова: «Представьсебе, Джоэл, что я звоню тебе с первого в мире сотового телефона. Он у меня вруках, а я иду по нью-йоркской улице».
Таким образом, днемрождения сотового телефона, да и всей сотовой связи можно считать 3 апреля1973. Но, несмотря на то, что основные разработки велись в США, перваякоммерческая сеть сотовой связи была запущена в мае 1978 года в Бахрейне. Две сотыс 20 каналами в диапазоне 400 МГц обслуживали 250 абонентов.
Немногим позже сотоваясвязь начала свое шествие по всему миру. Все больше и больше стран понималивыгоду и удобства, которые она может принести. Однако использование своегособственного частотного диапазона в каждой стране, со временем привело к тому,что владелец сотового телефона приезжая в другое государство не мог импользоваться. Помимо этого все существующие на тот момент системы былианалоговым, что не позволяло обеспечивать конфиденциальность разговора даже насамом примитивном уровне. Их принято называть системами первого поколения. И врезультате для решения всех этих проблем в 1982 году Европейская КонференцияАдминистраций Почт и Электросвязи (СЕРТ) объединяющая 26 стран, приняла решениео создании специальной группы Groupe Special Mobile. Ее целью была разработкаединого европейского стандарта цифровой сотовой связи. Было принято решениеиспользовать диапазон 900 МГц, а затем, учитывая перспективы развития сотовойсвязи в Европе и во всем мире, было принято решение выделить для новогостандарта и диапазон 1800 МГц. Новый стандарт получилназвание GSM – Global System forMobile Communications. GSM1800 МГц также носит название DCS-1800 (Digital Cellular System 1800). Первымгосударством, запустившим сеть GSM, является Финляндия, коммерческая сетьтакого стандарта была там открыта в 1992 году. В следующем году вВеликобритании заработала первая сеть DCS-1800 One-2-One. С этого моментаначинается глобальное распространение стандарта GSM по всему миру.
Если же сети первогопоколения позволяли передавать только голос, то второе поколение систем сотовойсвязи, которым является и GSM, позволяют предоставлять и другие неголосовыеуслуги. Самой известной и популярной услугой, скорее всего, является передачакоротких текстовых сообщений – SMS (Short Message Service). Это двунаправленныйсервис позволяющий передавать текстовое сообщение с одного сотового телефонаGSM на другой, и является улучшенным аналогом пейджинговой связи, так как нетнеобходимости связываться с операторской службой, для того чтобы отправитьсообщение другому абоненту.
Все также способенпринимать звонки и SMS-сообщения. На данный момент современные модели телефоновпредставленные на рынке, при совершении разговора приостанавливаютGPRS-соединение, которое автоматически возобновляется по окончании разговора.Такие аппараты классифицируются, как GPRS-терминал класса В. Планируетсяпроизводство терминалов класса А, которые будут позволять одновременнозагружать данные и вести разговор с собеседником. Также существуют специальныеустройства, которые предназначены только для передачи данных, и их называютGPRS-модемами или терминалами класса С.
Теоретически GPRSспособен передавать данные со скоростью 115 килобит в секунду, но на данныймомент большинство операторов связи предоставляют канал, который позволяетразвивать скорость до 48 килобит в секунду. Это связано в первую очередь соборудованием самих операторов и как следствие, отсутствием на рынке сотовыхтелефонов поддерживающих более высокие скорости.
С появлением GPRS вновьвспомнили и о WAP-протоколе, так как теперь, посредством новой технологии,доступ к небольшим по объему WAP-страницам становится во много раз дешевле, чемво времена CSD и HSCSD. Более того, многие операторы связи за небольшуюежемесячную абонентскую плату предоставляют неограниченный доступ кWAP-ресурсам.
Неголосовые услугистановятся все более востребованными, происходит слияние сотового телефона,компьютера и сети Интернет. Разработчики и операторы предлагают нам все большеи больше дополнительных услуг.
Именно для решения этихзапросов и предназначены, достаточно недавно созданные сети третьего поколения3G, в которых передача данных доминирует над голосовыми услугами.
3G это не стандарт связи,а общее название всех высокоскоростных сетей сотовой связи, которые вырастут иуже вырастают из ныне существующих. Огромные скорости передачи данных позволяютпередавать прямо на телефон высококачественное видеоизображение, осуществлятьпостоянное соединение с Интернет и локальными сетями. Применение новых,усовершенствованных, систем защиты позволяет уже сегодня использовать телефондля проведения различных финансовых операций – мобильный телефон вполнеспособен заменить кредитную карту.
Вполне естественно, чтосети третьего поколения не станут финальным этапом развития сотовой связи — какговориться, прогресс неумолим. Ныне проходящая интеграция различных видов связи(сотовой, спутниковой, телевизионной и т. д.), появление гибридных устройств,включающих в себя сотовый телефон, КПК, видеокамеру, безусловно, приведет кпоявлению сетей 4G, 5G. И о том, чем закончится это эволюционное развитие,сегодня вряд ли смогут рассказать даже писатели-фантасты.