Энциклопедия GSM-связи. Часть 1

История GSM связи

У каждого события или вещи есть своя история. Достаточно один раз проявить себя в этом мире и народная молва увековечит ваше имя. Помните Безумного Герострата? Так этого малого несколько тысячелетий пробуют забыть всем миром. А результат? Одним словом, история самая долгоиграющая вещь. Вы можете сломать любимые часы или завести собаку, но это не скажется на ходе минувших дней. История никогда не была, да и не сможет стать точной наукой. Ведь призма человеческого толкования страшная штука. Каждый последующий рассказчик добавляет в историю что-то свое. Еще удивительнее тот факт, что большинство событий для вчерашнего дня появляются в будущем. Каждый историк считает своим долгом найти в прошлом что-то новое и принести свой личный вклад. В результате, нет более спорной и неправдоподобной науки, чем история. Слова о непреложности фактов и прямом толковании документов вызывают лишь легкую усмешку. Но, с другой стороны, согласитесь, что именно в истории есть что-то магическое и романтическое. Наверно каждый из нас в детстве мечтал стать археологом. Ьродить по пустыням с совочком и раскапывать дюны. Результат нам представлялся, как невероятная старая гробница с несметными сокровищами и мумией фараона. Кстати, мумия у большинства людей не ассоциируется с бренными остатками… Однако мы ушли в сторону. Сегодня нам предстоит написать историю GSM-связи, которая должна максимально отвечать существующим фактам и содержать минимум следствия времени – вымысла. Не судите нас строго за попытку, ведь «за доброе желание к игре – прощается актеру исполнение». Нельзя не отметить один факт. GSM-связь имеет историю всего лишь на несколько десятилетий, но количество противоречий в ней поражает бывалых следователей прокуратуры. Одним словом, мы отправляемся в не самое простое путешествие, которое должно открыть первую главу «Энциклопедии GSM-Связи», первую главу – «История GSM-связи».

Как все начиналось

У всякой истории есть логическое начало. Сотовая связь, как и все в этом мире, упирается в определенную дату, когда один из чудаков решил, что настал момент связать людей по телефону, но без проводов. Идея эта была революционной. Она относится к 1946 году. Один из английских ученых предложил и начал реализовывать концепцию сотовой связи. Я подчеркну – сотовой, а не мобильной. Разница между двумя рациями и рацией в паре с базовой станцией ощущается каждым. Однако все эксперименты по строительству были буквально сразу свернуты в силу их технической незаконченности. Действительно, если вы помните, то изобретение транзисторов Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли произошло лишь в 1948 году. А до этого вся радиосвязь строилась на ламповой базе. Что это такое, многие из нас наверно не знают. Представьте себе обыкновенный сотовый телефон, если из него вынуть все полупроводниковые транзисторы (полупроводниковая микросхема была изобретена в 1959 году американскими инженерами Джеком Килби и будущим основателем корпорации Intel Робертом Нойсом) и заменить их лампами, то его размеры увеличатся до скромного десятиэтажного дома. Пожалуй, такую трубку носить с собой будет трудновато. О смартфонах лучше сразу забыть. Долгое время идея строительства сотовых сетей если и обсуждалась, то только в аналоговом аспекте. Действительно, все серьезные цифровые преобразования стали возможны лишь в 80-х годах. До этого момента аналоговая база была настолько узкой, что все серьезные микропроцессорные расчеты больше походили на игру со счетными палочками или подключение педального привода к машине «Железный Феликс». Попытки сделать телефон свободным от проводов с успехом проводились в Европе, Америке и Советском Союзе. Речь, разумеется, не шла о полной сотовой мобилизации. Изначально связь планировали дать высоким чиновникам и спецслужбам. Дальше всего в таких экспериментах ушли англичане и наши соотечественники. Впрочем, их технологические решения были примитивны и абсолютно не масштабировались. Это значит, что создание очередного беспроводного номера превращалось в новую битву за абонента. Установка беспроводных аппаратов шла в автомашины и на вилы. В Америке и Европе в самом начале 80-х годов мобильная связь стала мелькать на экранах телевизоров. В то время назвать ее модной язык не поворачивался. Ведь можете ли вы сказать, что «полеты в космос нынче в моде». Нет. Это не больше, чем диковинка. Сотовые операторы имели несколько десятков абонентов и крайне ограниченную территорию покрытия. Однако тогда находились люди, которые были готовы платить 10–50 тысяч долларов в месяц за красивую диковинку. Связь 80-х строилась исключительно на базе аналоговой передачи данных, а о цифровых технологиях, в силу их дороговизны и недоступности - не говорили. Удивительно, но история забыла имя первого сотового оператора. Возможно, именно его маленький размер и привел к этому. Ведь помните ли вы имя первой коммерческой радиостанции? Большинство первых сотовых сетей представляли простую радиосвязь. Роуминг, текстовые сообщения и всевозможные сервисы являлись чем-то неосуществимым в техническом плане. Операторы работали не только на разных частотах, которые предоставляло им местное правительство, но и по-разному модулировали сигнал. Зачастую мобильный телефон выпускался строго под опредёленную сеть. Одним словом, в основании лежал настоящий хаос. Наивно полагать, что ввергая тот или иной процесс в самотечение, мы получим упорядоченный и законченный продукт. Лишний раз в этом можно убедиться, взглянув на историю нашей страны. Чего стоили попытки наладить нашу экономику и сделать людей богатыми «свободным рынком»? Годы развала. То же и в сотовой связи. Существовало множество маленьких операторов. Каждый из них понимал, что надо договариваться и вырабатывать совместные стандарты. Они помогут сотрудничать с производителями мобильных телефонов и операторам между собой. Однако подобные разговоры привели бы к неизбежным слияниям. В результате, часть руководителей осталась бы без своих мест. Так и вымирали первые «гордые» операторы сотовой связи. Откуда возникла идея развития цифрового стандарта, который стал бы единым для многих государств? Прежде всего, причина в том, что на заре сотовой связи ни одно государство не хотело в полной мере инвестировать миллионы в не совсем понятное начинание. С одной стороны, все понимали, что договариваться пора, а, с другой стороны, строительство башни в Вавилоне как минимум грешно. Всегда кажется, что твой партнер халтурит или меньше вкладывает в общее дело. Честно говоря, практически все мировые проекты, где принимают участие сразу несколько стран, становились предметами раздора. Хорошо, что были исключения, которые подарили человечеству, в частности, GSM-связь. Первые международные договоренности и исследования прошли под управлением Европейской конференции административных работников почты и телекоммуникаций СЕРТ (Conference des administrations Europcennes des Postes et Telecommunications). Реальное участие в проекте принимали немцы и французы. Учёные ограничились частотными исследованиями. Проводили их в большей мере французы, но немцы очень исправно финансировали совместный проект. Через пару лет, в 1982 году, к проекту примкнули 26 европейских стран. Нужно отдать должное, что союз немцев и французов смог переубедить всю Европу и стать родоначальником сотовой связи стандарта GSM. Эта победа не имеет аналогов в истории. Страны, входящие в проект, поставили интересы создания единого стандарта связи выше своих национальных интересов и выиграли. Жаль, что человечество отказалось от сооружения памятника по этому поводу. Вы будете удивляться, но идеи в этом направлении выдвигались на самом высоком уровне. В далёком 1982 году Европейской конференцией была инициирована "Специальная группа по разработке мобильной связи". Позднее Global System for Mobile communications стали сокращать до аббревиатуры GSM (Groupe Special Mobile (Fr.)). Так началась история современной связи. Большинство постулатов GSM зародилось двадцать лет назад и практически не претерпело никаких изменений, как сама фундаментальная физика. Это говорит, что учёные, работавшие над проектом, не просто создали великолепный стандарт, но и заложили в него принципы масштабирования (например, передачи данных). Нельзя не отметить, что скандинавские страны всегда проявляли собственную инициативу в строительстве и проектировании сотовых сетей. Так, в Европе в 1981 году появилась первая международная система, объединившая Норвегию, Данию, Швецию и Финляндию. Совместно они запустили очень перспективный проект - NMT450 (Nordic Mobile Telephone). Сеть оказалась очень долгоживущей. Бытует мнение, что сеть NMT450 перед своим запуском в Скандинавии была продана арабам, и они сделали коммерческий старт на месяц раньше Шведов. Однако точной информации у нас нет. Хорошо известна сеть Comvik. Она стартовала в Швеции в 1981 году. Сеть отличалась тем, что имела все необходимые механизмы для роуминга абонентов и возможность передачи данных. Итак, перед тем, как вернуться к GSM-стандарту и его эволюции, нельзя не сказать несколько слов о производителях сотовых телефонов. До 1981 года существовало шесть основных производителей трубок: AP, Handic, Mitsubishi, Salora, SRA и Storno (продажи более одного процента от общего числа реализованных за год мобильников). Они создавали практически штучный товар и ориентировали продукцию на небольшие компании. До 1986 года количество крупных производителей увеличилось до двадцати. Однако погреть руки вокруг такого «денежного дела», как молодые сотовые сети, они не смогли. В итоге с 1986 по 1991 год на рынке осталось только семь основных производителей: Ericsson, Motorola, Nokia-Mobira, Panasonic, Philips, Technophone и Mitsubishi. Эти имена нам хорошо знакомы. Но даже такие громкие имена не смогли удержаться на молодом рынке. В результате до 1994 года балом правили - три основных производителя: Ericsson, Motorola и Nokia-Mobira. Почему мы отошли от истории GSM и заговорили о других первых сетях? Любое событийное явление не может жить само по себе. На него накладывают влияние другие исторические процессы. Поэтому важно понимать ситуацию в целом. Именно она дает представление о становлении исследуемого нами события. Настал момент перейти или вернуться к Истории GSM.

Активное становлении GSM

Итак, успешные исследования в области GSM не могли быть гарантам развития новой связи. Проекту была необходима ратификация и поддержка других государств. Через несколько лет после старта работ она последовала. В 1984 году GSM была признана Францией, Италией и Германией, а через пару лет к договору присоединилась Великобритания. Эта четвёрка и стала родоначальником 900 МГц цифровой связи. Какие требования выдвигались к новой сети? Сейчас они хорошо известны:

• Хорошее субъективное качество речи
• Низкая стоимость оборудования и абонентной подписки
• Поддержка международного роуминга
• Возможность создания портативных терминалов
• Поддержка ряда новых возможностей и услуг
• Спектральная эффективность
• Совместимость с ISDN

Первостепенной задачей для проектировщиков стала расчистка требуемого диапазона частот. Надо заметить, что он очень плотно эксплуатировался военными. А забрать у людей в погонах что-то для гражданских нужд очень тяжело. Люди с оружием в руках очень неохотно делятся «своей собственностью». Кстати, в Западной Европе ситуация не сильно отличалась от Советского Союза. Впрочем, если у нас в стране в то время подобная деприватизация частот не состоялась бы в принципе, то западники смогли добиться своего. Ключевым событием развития сети стало декабрьское выступление Франции на международной конференции 1986 года, где была провозглашена дата коммерческого запуска сети. Он намечался на 1991 год. Так общественность услышала о дате запуска первой массовой единой сотовой сети. Действительно, любое изыскание или дело обретает смысл после того, как разработчики заявляют о конкретном результате или дате его получения. Нам кажется, если бы праздник Новый Год отмечали быв в середине зимы, то он не был бы так ожидаем и значим, как событие, приуроченное к 12 часам ночи с 31 декабря на 1 января. Франция проявила себя лидером международного проекта. Именно её инженеры провели исследования в области передачи данных. В 1987 году на совещании в Мадейре было подписано соглашение, что новая система будет основана на методе многостанционного доступа с временным разделением каналов TDMA (Time Division Multiple Access). Иногда этот способ передачи данных радиосигналом называют с временным уплотнением (мультиплексирования). В GSM часто одни и те же вещи носят разные названия. Впрочем, радиофизика полна таких примеров. Нельзя не назвать институт, где зародилась радиосоставляющая GSM связи – CNET, впоследствии преобразованный во France Telecom. Одним словом, мы точно знаем, куда стоит относить цветы или слать гневные письма по поводу радостей и злоключений с GSM-связью. Виноватый, так сказать, найден. Уже в 1988 году было построено несколько тестовых сетей. За год работы они показали миру свою жизнеспособность и то, что все требования, выдвигаемые к ним заранее, выполнялись. Это говорило об огромной победе инженеров. Действительно, сделать подобное до настоящего момента не представлялось возможным. В 1989 году тестовые сети начали обкатывать роуминг. Этот технически сложный сервис сетей заработал буквально с первой попытки. Что делали для проекта другие страны? Английские инженеры проснулись лишь в 1990 году, но буквально за год создали и расписали работу GSM в частотном диапазоне 1800 МГц. Почему так произошло? Зачем надо было отходить от общепринятого в то время частотного диапазона? Прежде всего, в 1990 году англичане поняли, что GSM это всерьез и надолго. Поэтому в проект надо было стремительно врываться. Кроме этого, бытует мнение, что англичане не были полностью уверены, что смогут освободить нужный частотный диапазон в полном объеме. А это значило, что у себя на Туманном Альбионе они могли оказаться почти у разбитого корыта. В довесок тогда читались минусы и плюсы 900 МГц. Было ясно, что частоту придется увеличивать. Поэтому ее банально удвоили. На первых порах было много противников отхода от GSM 900, но англичанам удалось придать мировую значимость своей работе. В 1991 году в Женеве на выставке TELECOM 91 работа 1800 МГц GSM была представлена, как необходимая составляющая сети. Другие подобные проекты по изменению частотного диапазона поддержки в то время не нашли. Настал 1991 год. Если вы внимательно читали текст, то должны понимать, что как раз в этот исторический момент должен был состояться первый коммерческий запуск сетей. Однако подвели именно те, от кого это меньше всего ждали. Производители терминалов (мобильников) не представили в этот год своих коммерческих образцов. В результате из-за того, что трубок не было, сети не стартовали в коммерческую эксплуатацию. Опыт из этого знакового события так и не был извлечен. сейчас сперва создаются новые сервисы в сотовых сетях, а лишь время спустя терминалы. Это говорит о том, что производители перестраховываются и не делают мобильников непонятно для чего; разработчики новых сервисов не в должной мере делятся информацией, необходимой производителям сотовых аппаратов, а бюрократы нагородили достаточно барьеров, которые делают тестирование новых терминалов очень долгим процессом. Первый запуск сети состоялся в апреле 1992 года. Это знаковое событие произошло в Финляндии. Впрочем, днём рождения сети правильнее считать июнь 1992 года. Именно тогда было подписано первое соглашение по роумингу, а значит, были реализованы планы по созданию международной сотовой связи. В конце 1992 года в мире было запущено порядка четырнадцати сетей. Первый миллион пользователей сеть разменяла к концу 1993 года. Вслед за Европой в сферу GSM устремился весь мир. В стройные ряды Ассоциации GSM стали вливаться страны Америки и Африки. Произошло это в 1993 году. Азия подтянулась несколько позже и с должной для нее неохотой, которая сейчас всем нам хорошо понятна. Таким образом, GSM пошла по миру. В 1993 году были предприняты удачные попытки ввода в эксплуатацию сетей, работающих в стандарте 1900 МГц. Преуспели в этом не англичане, а скандинавы. Буквально сразу стали понятны преимущества этого диапазона в реальной жизни и вопросы о его жизненном цикле больше не поднимались. Непрерывно шли попытки проверить на прочность существующую сеть GSM. Однако она так хорошо зарекомендовала себя, что о ней пошли грозные слухи. Самый шикарный из них , что изначально GSM разрабатывалась военными для передачи строго секретных сообщений и раскодировать сигнал в реальном времени сможет только компьютер, созданный в 2020 году. Красиво звучит. Впрочем на деле, реальный взлом SIM-карты состоялся в 1998 году. Но опасности для сетей и абонентов GSM-оператора он не принес. А остался очередным событием в жизни стандарта. Еще одним важным фактом можно считать появление GPRS в 1999 году. Стандарт стали продвигать в сторону перспективного направления передачи данных. Опыт оказался настолько востребованным, что сейчас без него мы не представляем жизни GSM-сетей. Масштабируемость технологии привела к планомерному увеличению скорости.

Заключительное слово

Самые скромные подсчеты говорят, что сейчас на нашей планете GSM-связью пользуется порядка 500 миллионов человек. Разумеется, речь идет об активных абонентах. Число это будет расти, пусть не так быстро, как за последние годы, но все же. Сейчас сети GSM эксплуатируются в 80-ти странах мира. Однако любое самое хорошее и интересное начинание обречено на моральное устаревание. Все чаще мы слышим вопрос: «Сколько лет осталось жить GSM?». Этот вопрос задают преждевременно. Стандарт будет жить еще десятилетия. Вспомните недавние попытки европейских операторов строительства и эксплуатации 3G сетей. Он оказался явно не самым удачным. Замещение сетей второго поколения на сети третьего поколения пока не возможно. Причин тому масса – главным образом, экономическая целесообразность. Более вероятен несколько другой сценарий. Существующие GSM-сети будут обрастать различными дополнительными сервисами и возможностями, главным образом повышающими скорость передачи данных. Мы с вами имеет уникальный шанс вживую наблюдать за этим процессом. Информационная поддержка компании МТС.