ВВЕДЕНИЕ

Сотовая связь - это общедоступная (если не считать цены) телефонная связь, рассчитанная на обслуживание подвижных абонентов, причем сегодня уже не только бизнесменов и автомобилистов, предоставляющая все виды услуг обычной телефонной связи. Для передачи информации используется радиоканал, т.е. сотовая связь является радиотелефонной связью, а в ее названии иногда используются словосочетания типа - «подвижная (или мобильная) радиотелефонная связь». В короткой истории сотовой связи - от идеи, высказанной в 1971 г., и первой опытной системы 1978 г. до применения практически во всех странах мира сегодня - небезынтересен сам феномен ее чрезвычайно быстрого развития и распространения, бурно продолжающегося в настоящее время. Поэтому прежде всего в разд. 1 мы кратко излагаем историю развития сотовой связи. При этом вполне может возникнуть вопрос: не исчерпала ли себя сотовая связь при столь стремительном развитии, нет ли признаков насыщения рынка? Сразу укажем, что ответом на этот вопрос является определенное «нет!», а более подробную аргументацию отложим до разд. 1. «Секреты» успеха сотовой связи мы постараемся объяснить в разд. 4, а перспективы ее дальнейшего развития - в разд. 6.

Следующий по очередности вопрос: что же такое сотовая связь? Что скрывается за этим несколько интригующим названием, как она устроена и насколько сложна? Этим вопросам посвящен разд. 2, который неизбежно оказывается наиболее технически насыщенным. Если некоторым читателям он покажется недостаточно интересным или чрезмерно сложным, его смело можно пропустить, понимание остального материала от этого пострадает не слишком сильно. Зато для определенной группы читателей второй раздел, мы надеемся, окажется наиболее интересным. Из него, в частности, видно, что в разработку систем сотовой связи вложено немало интеллекта и труда многих талантливых инженеров и ученых, и поле для приложения усилий продолжает оставаться весьма широким.

Хотя в технических проблемах сотовой связи много нового, важного и поучительного, они, конечно, интересны не всем. Совершенно иное положение в этом смысле занимает разд. 3, в котором сотовая связь рассматривается с позиции пользователя. Здесь затронуты такие вопросы, как набор предоставляемых услуг, обеспечение конфиденциальности связи, биологическая безопасность сотовой связи. Нам представляется, что этот раздел, в отличие от всех остальных, в той или иной степени не обойдет своим вниманием ни один из читателей.

Познакомившись таким образом, хотя и без чрезмерных подробностей, с «кухней» сотовой связи, естественно задаться вопросом: а нужно ли «городить весь этот огород»? Нет ли чего попроще и подешевле? Опять отвечаем сразу же: конечно, есть! И в разд. 4 рассказываем и о том, что подешевле (транковая связь и персональный радиовызов), и о том, что недешево, но обладает большими возможностями (мобильная спутниковая связь), и о том, что в какой-то мере сотовой связи родственно (беспроводной телефон), хотя родство это не очень близкое. И в заключение раздела пытаемся пояснить, благодаря чему сотовой связи удается выстоять при такой конкуренции. А что выстоять удается - в этом сомнений нет, об этом свидетельствуют объективные показатели.

Разобравшись с историей, техникой и потребительскими характеристиками сотовой связи, мы переходим к характеристикам рынка (разд. 5). Сначала мы приводим характеристики основных стандартов (систем) сотовой связи - аналоговых и цифровых, затем - характеристики распространения сотовой связи в мире и наконец - характеристики рынка сотовой связи России, который значительно уже мирового, но зато представляет для нас непосредственный практический интерес. Приводимые сведения в значительной мере являются справочными и могут, по нашему мнению, помочь сориентироваться в непростой обстановке современного рынка сотовой связи тем, для кого это нужно и полезно.

В заключительном разделе мы попытались в какой-то мере очертить пути дальнейшего развития сотовой связи. На этом этапе возникают новые проблемы, которые потребуют новых поисков и усилий, но, будучи решенными, дадут еще более мощные и удобные средства человеческого общения.

Помимо основного текста мы включили в книгу приложение, в котором приведен перечень специальных терминов и сокращений, в изобилии встречающихся в публикациях по сотовой связи. Опыт показывает, что для работающих с литературой (а мы надеемся, что среди читателей книги их будет немало) наличие под рукой справочных сведений такого рода существенно облегчит жизнь.

Этим мы завершаем обзор содержания книги, и пусть каждый читатель сам определит, какие разделы и в какой мере представляют для него интерес, а заодно и оценит, насколько автору удалось воплотить все задуманное.

глава1

сотовой связи - четверть века 1.1. основные даты

Сотовая связь еще очень молода - ее идея была предложена в 1971 г. в США как ответ на насущную необходимость развития широкой сети подвижной радиотелефонной связи в условиях жестких ограничений на доступные полосы частот. Однако этому, как сейчас уже ясно, революционному скачку предшествовал 50-летний период эволюционного развития, в течение которого осваивались различные частотные диапазоны и совершенствовалась техника связи.

Первое использование подвижной радиотелефонной связи в США относится к 1921 г.: полиция Детройта использовала одностороннюю диспетчерскую связь в диапазоне 2 МГц для передачи информации от центрального передатчика к приемникам, установленным на автомашинах. В 1933 г. полиция Нью-Йорка начала использовать систему двусторонней подвижной радиотелефонной связи также в диапазоне 2 МГц. В 1934 г. Федеральная комиссия связи США выделила для радиотелефонной связи 4 канала в диапазоне 30...40 МГц, и в 1940 г. радиотелефонной связью пользовались уже около 10 тысяч полицейских автомашин. Во всех этих системах использовалась амплитудная модуляция. Частотная модуляция начала применяться с 1940 г. и к 1946 г. полностью вытеснила амплитудную. Первый общественный подвижный радиотелефон появился в 1946 г. (Сент-Луис, США; фирма Bell Telephone Laboratories), в нем использовался диапазон 150 МГц. В 1955 г. начала работать 11-канальная система в диапазоне 150 МГц, а в 1956 г. - 12-канальная система в диапазоне 450 МГц. Обе эти системы были симплексными, и в них использовалась ручная коммутация. Автоматические дуплексные системы начали работать соответственно в 1964 г. (150 МГц) и в 1969 г. (450 МГц).

Аналогичным образом, с естественными отличиями и в меньших масштабах, развивалась ситуация и в других странах. Так, в Норвегии общественная радиотелефонная связь использовалась в качестве морской мобильной связи с 1931 г.; в 1955 г. в стране было 27 береговых радиостанций. Наземная мобильная связь начала развиваться после второй мировой войны в виде частных сетей с ручной коммутацией. Таким образом, к 1970 г. подвижная радиотелефонная связь, с одной стороны, уже получила достаточно широкое распространение, но с другой - явно не успевала за быстро растущими потребностями, при ограниченном числе каналов в

жестко определенных полосах частот. Выход был найден в виде системы сотовой связи, что позволило резко увеличить емкость за счет повторного использования частот в системе с ячеечной структурой.

Конечно, как это обычно бывает в жизни, отдельные элементы системы сотовой связи существовали и раньше. В частности, некоторое подобие сотовой системы использовалось в 1949 г. в Детройте (США) диспетчерской службой такси - с повторным использованием частот в разных ячейках при ручном переключении каналов пользователями в оговоренных заранее местах. Однако архитектура той системы, которая сегодня известна как система сотовой связи, была изложена только в техническом докладе компании Bell System, представленном в Федеральную комиссию связи США в декабре 1971 г. И с этого времени начинается развитие собственно сотовой связи, которое стало поистине триумфальным с 1985 г., в последние десять с небольшим лет.

В 1974 г. Федеральная комиссия связи США приняла решение о вьщелении для сотовой связи полосы частот в 40 МГц в диапазоне 800 МГц; в 1986 г. к ней было добавлено еще 10 МГц в том же диапазоне. В 1978 г. в Чикаго начались испытания первой опытной системы сотовой связи на 2 тыс. абонентов. Поэтому 1978 год можно считать годом начала практического применения сотовой связи. Первая автоматическая коммерческая система сотовой связи была введена в эксплуатацию также в Чикаго в октябре 1983 г. компанией American Telephone and Telegraph (AT&T). В Канаде сотовая связь используется с 1978 г., в Японии - с 1979 г., в Скандинавских странах (Дания, Норвегия, Швеция, Финландия) - с 1981 г., в Испании и Англии - с 1982 г. По состоянию на июль 1997 г. сотовая связь работала более чем в 140 странах всех континентов, обслуживая более 150 млн. абонентов. В России сотовая связь начала внедряться с 1990 г., коммерческое использование - с 1991 г., к июлю 1997 г. число абонентов составило около 300 тысяч. К характеристикам современного рынка сотовой связи мы еще вернемся в разд. 5, где рассмотрим их более подробно.

1.2. три поколения сотовой связи

Несмотря на то, что история сотовой связи насчитывает лишь немногим более 25 лет, за этот период с ней успели произойти довольно существенные изменения, и не только количественные, но и качественные, которые продолжаются и в настоящее время. Это дает основание говорить, с известной степенью условности, о трех поколениях систем сотовой связи:

- первое поколение - аналоговые системы, уходящие в прошлое;

- второе поколение - цифровые системы сегодняшнего дня;

- третье поколение - универсальные системы мобильной связи недалекого будущего.

Все первые системы, или, как еще говорят, стандарты, сотовой связи были аналоговыми. К ним относятся:

- AMPS (Advanced Mobile Phone Service - усовершенствованная мобильная телефонная служба, диапазон 800 МГц) - широко используется в США, Канаде, Центральной и Южной Америке, Австралии; известен также как «североамериканский стандарт»; это наиболее распространенный стандарт в мире, обслуживающий почти половину всех абонентов сотовой азл-зи (вместе с цифровой модификацией D-AMPS, речь О которой впереди); используется в России в качестве регионального стандарта (в основном - в варианте D-AMPS), где он также является наиболее распространенным;

- TAGS (Total Access Communications System - общедоступная система связи, диапазон 900 МГц) - используется в Англии, Италии, Испании, Австрии, Ирландии, с модификациями ETACS (Англия) и JTACS/NTACS (Япония); это второй по распространенности стандарт среди аналоговых; еще недавно, в 1995 г., он занимал и общее второе место в мире по величине абонентской базы, но в 1997 г. оттеснен на четвертое место более быстро развивающимися цифровыми стандартами;

- NMT 450 и NMT 900 (Nordic Mobile Telephone - мобильный телефон северных стран, диапазоны 450 и 900 МГц соответственно) - используется в Скандинавии и во многих других странах; известен также как «скандинавский стандарт»; третий по распространенности среди аналоговых стандартов мира; стандарт NMT 450 является одним из двух стандартов сс товой связи, принятых в России в качестве федеральных (второй - цифровой стандарт GSM 900);

- С-450 (диапазон 450 МГц) - используется в Германии и Португалии;

- RTMS (Radio Telephone Mobile System - мобильная радиотелефонная система, диапазон 450 МГц) - используется в Италии;

- Radiocom 2000 (диапазоны 170, 200, 400 МГц) - используется во Франции;

- NTT (Nippon Telephone and Telegraph system - японская система телефона и телеграфа, диапазон 800...900 МГц - в трех вариантах) - используется в Японии.

Во всех аналоговых стандартах применяются частотная модуляция для передачи речи и частотная манипуляция для передачи информации управления (или сигнализации - signaling). Для передачи информации различных каналов используются различные участки спектра частот - применяется метод множественного доступа с частотным разделением каналов (Frequency Division Multiple Access - FDMA), с полосами каналов в различных стандартах от 12,5 до 30 кГц. С этим непосредственно связан основной недостаток аналоговых систем - относительно низкая емкость, являющаяся прямым следствием недостаточно рационального использования выделенной полосы частот при частотном разделении каналов. Этот недостаток стал очевиден уже к середине 80-х годов, в самом начале широкого распространения сотовой связи в ведущих стра-

нах, и сразу же значительные силы были направлены на поиск более совершенных технических решений. В результате этих усилий и поисков появились цифровые сотовые системы второго поколения. Переход к цифровым системам сотовой связи стимулировался также широким внедрением цифровой техники в связь в целом и в значительной степени был обеспечен разработкой низкоскоростных методов кодирования и появлением сверхминиатюрных интегральных схем для цифровой Обработки сигналов.

Вместе с тем переход к цифровым системам натолкнулся и на известные трудности.

В США аналоговый стандарт AMPS получил столь широкое распространение, что прямая замена его цифровым оказалась практически невозможной. Выход был найден в разработке двухре-жимной аналого-цифровой системы, позволяющей совмещать работу аналоговой и цифровой систем в Одном и том же диапазоне. Работа над соответствующим стандартом была начата в 1988 г. и закончена в 1992 г.; стандарт получил наименование D-AMPS, или IS-54 (IS - сокращение от Interim Standard, т.е. «промежуточный стандарт»). Его практическое использование началось в 1993 г. В Европе Ситуация осложнялась наличием множества несовместимых аналоговых систем («лоскутное Одеяло»). Здесь выходом оказалась разработка единого общеевропейского стандарта GSM (GSM 900 -диапазон 900 МГц). Соответствующая работа была начата в 1982 г., к 1987 г. были определены все основные характеристики системы, а в 1988 г. приняты основные документы стандарта. Практическое применение стандарта началось с 1991 г. Еще один вариант цифрового стандарта, по техническим характеристикам схожий с D-AMPS, был разработан в Японии в 1993 г.; первоначально Он назывался JDC, а с 1994 г. - РОС (Personal Digital Cellular - буквально «персональная цифровая сотовая связь»).

Но на этом развитие цифровых систем сотовой связи не остановилось.

Стандарт D-AMPS дополнительно усовершенствовался за счет введения нового типа каналов управления. Дело в том, что цифровая версия IS-54 сохранила структуру каналов управления аналогового AMPS, что ограничивало возможности системы. Новые чисто цифровые каналы управления введены в версии IS-136, которая была разработана в 1994 г. и начала применяться в 1996 г. При этом была сохранена совместимость с AMPS и IS-54, но повышена емкость канала управления и заметно расширены функциональные возможности системы. Стандарт GSM, продолжая совершенствоваться технически (последовательно вводимые фазы 1, 2 и 2+), в 1989 г. пошел на освоение новОго частотного диапазона 1800 МГц. Это направление известно под названием системы персональной связи. Отличие последней от исходной системы GSM 900 не столько техническое, сколько маркетинговое при технической поддержке: более широкая рабочая полоса частот в сочетании с меньшими размерами ячеек (сот) позволяет строить сотовые сети значительно большей емкости, и именно расчет на массовую систему мобильной связи с относительно компактными,