Реферат: Сотовые сети связи
Здесь мы достигаем важной точки, та, которая иллюстрирует важнейшее различие между стандартной мобильной телефонной связью и сотовой. Вспомните, как авторы описывали handoff, процесс, который Служба Мобильной Телефонии уже использовала. Не было большой проблемы в проведении handoff от одной зоны на другой, но иметь дело с handoffs в ячеистой системе, где каждая из частот была использована много раз, было нелегким. В ячеистой системе Вы должны не только передать вызов от зоны к зоне по ходу движения мобильного устройства, но Вам нужно также переключать частоту, на которую оно настроено, поскольку частоты отличаются от ячейки к ячейке. Повторное использование частоты - критический и уникальный элемент сотовой связи, не handoff, поскольку стандартные радиотелефонные системы также используют их. Давайте обратимся снова к комментариям Янга, где он сообщает, что команда Белла верила, что сотовая связь будет развиваться, когда в ней будет необходимость.
Основные патенты на стандартный мобильный телефон handoff -: Система Связи с Контролем Перенесения Мощности, Генри Магунски, назначенный Motorola, Inc. U.S. 2,734,131 (1956) и Автоматическая Радиотелефонная Система Переключения, R.A. Чанней, назначенный Bell Telephone Laboratories, Inc. U.S. 3,355,556(1967)
Подтверждая предсказание BellLaboratories, возникала нужда в большем числе мобильных телефонов. Росли списки очередей в каждом городе, где мобильная телефонная услуга была введена. На 1976 только 545 клиентов в Нью-Йорк Сити имело мобильную связь BellSystems, с 3,700 клиентами на листе ожидания. По всей стране 44,000 подписчиков Белла имело мобильные устройства AT&T, но 20,000 людей просидели от пяти до десяти лет в очередях. [Звучит знакомо – прим. пер.] Несмотря на эту невероятную потребность, прошло 37 лет от введения мобильного телефона до коммерческого использования. Но всесильные руки FCC все также затормаживали развитие сотовой связи. До 1980 они так не сделали каналы достаточно доступными; только до 1978 Bell System, Независимые, и беспроводные ретрансляторы делили всего 54 канала по всей стране. Сравните с 666 каналами, требовавшимися первым системам AMPS для работы.
Подведем итог. В мобильной телефонной связи канал - пара частот. Одна частота, чтобы передать и одна, чтобы получить. Это создает цепь или полный маршрут связи. Звучит достаточно просто. Радиодиапазон, тем не менее, был все еще чрезвычайно сжат. В конце 1940-х было немного пространства на нижних частотах, которые использовались большей частью оборудования. Неэффективные радио вносили еще большее уплотнение, используя диапазон частот в 60 kHz, чтобы послать сигнал, который теперь может быть послан с диапазоном в 10kHz или меньше. Но что бы Вы могли сделать со всего шестью каналами, даже не смотря на технологии? Со стандартной мобильной телефонной услугой у вас были бы пользователи, воющие от ожидания открытой частоты. Вы имели бы, вероятно, беспроводную линию, и возможно сорок подписчиков, дерущихся за каждый канал связи. Большинство мобильных телефонных систем не могли обслужить более чем 250 человек. Были и другие проблемы.
Радиоволны в нижних частотах путешествуют большие расстояния, иногда сотни миль, когда они пропускаются через атмосферу. Передатчики высоко мощности дали мобильным устройствам широкий рабочий диапазон, но добавили дилемму. Телефонные компании не могли многократно использовать их драгоценные несколько каналов в соседних городах, т.к. они создавали помехи своим собственным системам. Им нужно было, по крайней мере, семьдесят пять миль между системами прежде, чем они могли бы использовать частоту снова. Пока FCC держала открытие большего числа каналов для беспроводных технологий под замком, лучшая техника многократного использования частот, вероятно, помогла бы, хотя сомнительно с технологией того времени. В 1947 AT&T запустили "службу хайвэй", предложение радиотелефонов, которое предусматривало обслуживание между Нью-Йорком и Бостоном. Она работала в диапазоне от 35 до 44 MHz, и иногда вызвали интерференции с другими службами. Даже AT&T признали систему неудачной. Том Кнейтел, K2AES, пишет в его Мелодии В Телефонных Звонках, 3 издание, 1996 вспоминает это время:
"Сервис в те далекие дни был очень примитивным, клиенту присваивался к использованию один специфический канал, и вызовы от мобильных устройств делались поднятием оператора голосом и названием вызываемого номера вслух. Мобильным устройствам были назначены отличные телефонные номера, основанные на кодированном обозначении канала на котором им разрешалось действовать. Устройство предназначенное действовать в канале 'ZL (33.66 Mhz базовая станция) могло иметь номер ZL-2-2849. Мобильный номер YJ-3-5771 было устройством предназначенным работать с каналом YJ (152.63 Mhz). Вся беседа означала нажимание кнопки, чтобы говорить, и отпускание ее, чтобы слушать".
Также в 1947 Bell System запросила большего числа частот у FCC. FCC распределила некоторое количество каналов в 1949, но дала половину в другие компании, желавших предоставлять мобильные телефонные услуги. Берресфорд говорит, что "эти Общие Радио Трансляторы или RCC, были первой конкуренцией для BellSystem, созданной FCC". Он уточняет, что Общие Радио Трансляторы, группа рынка управлявшаяся деловыми людьми, которые продвигали мобильную телефонную связь в ранние годы лучше и быстрее чем BellSystem: "Телефонные компании и RCC развивались по-разному в начале мобильного телефонного бизнес. Телефонные компании были первоначально заинтересованными в обеспечении обычных, базовых телефонных услуг в массы и, следовательно, обращали немного внимания на услуги мобильной связи в течение 1950-х и 1960-х. RCC были обычно мелкими предпринимателями, которые работали в нескольких связанных предприятиях - службе ответов по телефону, частными радиосистемами для такси и компаний доставки, морских и служб типа воздух-земля, и службы вызова 'пищалками' (пейджинг). Как класс, RCC были более торгово-ориентированными, чем телефонные компании и выиграли много больше клиентов; некоторые разбогатели на пейджинг-бизнесе. RCC были также очень независимыми друг от друга; помимо продаж, их специальностью было судебное дело, часто 'завешивая' телефонные компании (и друг друга) в судебных и правовых делах на года".
Как доказательство их конкурентоспособности, RCC обслуживали 80,000 мобильных устройств в 1978, вдвое больше чем Белл. Этот рост строился в прочном начале, введении автоматического кодового набора в 1948.
1 Марта 1948 первая полностью автоматическая служба радиотелефонии начала действовать в Ричмонде, Индиана, устраняя операторов для установки большинства вызовов. Радиотелефонная Компания Ричмонда обошла Bell System на 16 лет. AT&T не обеспечили автоматизированный кодовый вызов для большинства мобильных устройств до 1964, отставая в автоматическом переключении для беспроводной связи так же, как с наземной телефонной связью. (Между прочим, Bell System не отправили в отставку их последний шнуровой распределительный щит до 1978.) Большинство систем, включая RCC, все еще обслуживали вручную до 1960-х.
Кое-кто утверждает, что С. Лаурен из Администрации Шведской Сети Связи разработал первую в мире автоматически мобильную телефонную систему, испытанную в Стокгольме в 1951. Я не обнаруживал никакую литературу, чтобы подтвердить это (Американец не приложил достаточно усилий для этого, такой факт, несомненно, имел место – прим пер.). Андерс Линдберг из Шведского Музея Науки и Технологии указывает на текст - " итог от статьи в ежегоднике «Daedalus» (1991) для Шведского Музея Науки и Технология". Он говорит, что "оригинальная шведская статья более обширна, чем итог". Что " Мобильная Телефонная Книга" Джона Мерлунга и Ричарда Джонса, ISBN 0-9524031-02, опубликованная Communications Week International, Лондон в 1994 кратко описывает "MTL" от 1951. Но, тем не менее, ничто не противоречит моему мнению, что Телефон Ричмонда был первым с автоматическим кодовым набором.
1 Июля, 1948 Bell System открыла транзистор, совместное изобретение ученых Bell System Уиляма Шоклея, Джона Бардина и Уолтера Браттайна. Это должно было произвести революцию в каждом аспекте телефонной промышленности и всей связи. Один инженер заметил, "Просить нас предсказать, что транзисторы будут делать, как просить человека, который первым установил колеса на воловую повозку предвидеть автомобиль, часы, или высокоскоростной генератор". Ненадежное, громоздкое, энергоемкое ламповое радио должно было быть вытеснено износоустойчивыми, миниатюрными устройствами низкого энергопотребления в течение следующих 15 лет. В конце 1940-х и большей части 1950-х, тем не менее, большинство радио все еще полагались на лампы, как иллюстрирует ниже фотография типичного радиотелефона того времени.
Давайте отправимся в Швецию, чтобы прочитать о типичном радиотелефонном устройстве, похожем на Американские установки: "Это было в середине 1950-х, когда первые оснащенные телефоном автомобили вышли на дорогу. Это было в Стокгольме - здание штаб-квартиры корпорации Ericsson - и первые пользователи были доктором на вызове и банки на колесах. Прибор состоял из преемника, передатчика и логического устройства, установленных в багажник автомобиля, с номеронабирателем и телефонной трубкой зафиксированными на щитке, висящем над обратной стороне переднего сиденья. Это было похоже на разъезды с полной телефонной станцией в автомобиле. Со всеми функциями обычного телефона, телефон питался автомобильной батареей. Ходит слух, что оборудование поглощало так много энергии, что Вы могли сделать только два вызова - Второй, чтобы попросить, чтобы гараж послал грузовик, чтобы отбуксировать прочь Вас, ваш автомобиль и вашу пустую батарею... Эти первые автотелефоны были просто слишком тяжелы и громоздкими - и слишком дороги в использовании - т.е. доступными для горстки клиентов. До середины 1960-х новое оборудование, использующее транзисторы не привозилось на рынок. Весящие много менее и потребляющие ничтожную часть энергии, мобильные телефоны теперь оставляли много места в багажнике - но Вам все еще потребовался бы автомобиль, чтобы передвигаться с ним".
В 1953 Кеннет Буллингтон из Bell System написал статью названную, "Экономия Частот в Мобильных Радио Диапазонах". Она появилась в популярном Техническом Журнале Bell System. Возможно, в первый раз на публично распространенной газете, 21 страничная статья намекает, хотя и косвенно, на принципы сотового радио.
В 1956 AT&T и Департамент Правосудия Соединенных Штатов урегулировали, на некоторое время, один антимонопольный иск. AT&T согласились не расширять их бизнес за границы телефонии и передачи информации. Bell Laboratories и Western Electric не должны были входить в такие области как компьютеры и оргтехника. Bell System за это была оставлена в покое от монопольных исков в течение нескольких лет. Это также воздействовало на беспроводные технологии. Белл и WECO прежде поставляли радио оборудование и системы частным и общественным концернам. Больше нет. Западная Электрическая Компания прекратила производство радиотелефонных комплектов.
В 1956 Bell System начала обеспечивать ручную радиотелефонную услугу на 450 MHz, новый диапазон частот был предназначен снять тесноту в частотах. AT&T не автоматизировал эту услугу до 1969. В 1958 прогрессивная Радиотелефонная Компания Ричмонда улучшила свою автоматическую систему кодового набора. Они добавили новые характеристики к ней, включая прямую связь с мобильного на мобильный. Другие независимые телефонные компании и Общие Носители Радио сделали аналогичные продвижения в мобильной телефонной связи в течение 1950-х и 1960-х.
В 1968 FCC рассмотрел теперь уже десятилетней давности запрос Bell System о большем количестве частот. Они приняли беспрецедентное решение удовлетворить его в 1970, запросили комментарий AT&Т, и получили технический рапорт от System в Декабре, 1971. Bell System подала список дел 19262, выделяя схему сотового радио, базировавшуюся на многократном использовании частот. Их список дел в свою очередь базировался на патенте Амоса E. Джоела, Младшего и Bell Telephone Laboratories поданные 21 Декабря, 1970 для мобильной системы связи. Этот патент был одобрен 16 Мая, 1972 и получил патентный номер Соединенных Штатов 3,663,762. Еще шесть лет прошло, прежде чем FCC позволили AT&Т начать с испытания. Хотя Bell System уже работали с сотовым радио, немного, но удачно.
В Январе, 1969 Bell System открывает коммерческое действующее сотовое радио, впервые применяя многократное использование частот. На борту поезда. Используя таксофоны. Многократное использование частот, как уже многократно упоминалось, - принцип определяющий сотовую связь и в данной системе это имело место. (Некоторые говорят handoffs или handovers также определяют сотовую связь, что они делают частично, но MTS и IMTS также могли бы использовать handovers; только многократное использование частот уникально для сотовой связи.). Пассажиры в поездах Metroliner, выполняющих рейсы между Нью-Йорком и Вашингтоном, Округ Колумбия "обнаруживали, что они могли удобно делать телефонные звонки, двигаясь со скоростью не менее чем 100 миль в час. "Шесть каналов в 450 MHz диапазоне были использованы снова и снова в девяти зонах вдоль 225-и мильного маршрута. Оснащенный вычислительной техникой управляющий центр в Филадельфии управлял системой". Таким образом, первый сотовый телефон был таксофоном! Как Пол говорит в статье Laboratories: ". . . система уникальна. Это - первая практическая интегрированная система, использующая концепцию радиозон Bell System для того, чтобы достигнуть оптимального использования ограниченного количества высокочастотных каналов".
В рукописи поданной в IEEE Трансакции На Коммуникациях 8 Сентября, 1971, Фумио Икегами из NTT объяснил, что его компания начала изучать по национальную систему сотового радио для Японии в 1967. Эксперименты по распространению радиоволн, измеряющих силу сигнала и приема в городских областях от мобильных устройств, начинаются с этого момента, сначала в 400Mhz и затем в 900Mhz. Успешное системное испытание, возможно, случилось в 1975-ом, но я не в состоянии подтвердить это. Что Я могу подтвердить это то, что Ито и Матсузака написали в конце 1977, что " Испытания проводились в столичной области Токио с 1975 и теперь принесли успешное завершение". Два автора писали в основной статье, как первая Японская сотовая система должна работать.
17 Октября, 1973, доктор Мартин Купер подал патент для Motorola называвшийся 'Радио телефонная система'. Это выделило идею Motorola для сотового радио и, когда патент был представлен 16 Сентября ,1975, был дан Патентный Номер США 03906166. В интервью 1999-го с доктором Купером, Марк Ферранти, пишет для Службы Новостей IDG, описывает конкуренцию той эры: "Пока он доктор (Купер) был руководителем проекта в Motorola в 1973, Купер установил базовую станцию в Нью-Йорке с первым рабочим прототипом сотового телефона и позвонил своим конкурентам в Bell System. Белл разработал технологию сотовой связи годами раньше, но Motorola и Bell Labs в 60-х и начале 70-х соревновались, чтобы действительно перевести технологию на практические устройства; Купер не мог противостоять соблазну продемонстрировать в очень практичной манере кто выиграл". Таким образом, Купер претендует на изобретение сотового телефона. Но служба Metroliner описанная infra работала четыре года перед звонком Купера, и она была полностью практической. Поскольку Metroliner использовали общественные таксофоны, то Купер может более легко претендовать на изобретение первого персонального сотового телефона.
В 1975 FCC, наконец, разрешил Bell System начать испытания системы. Хотя просьбу AT&T о настоящих "полевых испытаниях" работающей сотовой системы FCC одобрила только в Марте 1977. Причины этой бесящей задержки было непреодолимое желание FCC управлять, о котором Берресфорд говорит так: "FCC сделала серию Соломоновых решений под своим стандартом 'общественного интереса'. Постоянно предполагалось во всех ... решениях, что она, FCC, должна решать вопросы: одна или более ячеистых систем должны быть разрешены в данной области; что телефонным компаниям должно быть разрешено вводить их; кто должен делать сотовые телефоны и кто должен продавать их; и так далее вплоть до технических материалов как, например, размещение между речевыми каналами должно быть в 25, 30, 40, или 50 килогерц. Эта задержка, должно быть, стоила Bell System шанса быть первым в предложении индивидуальных сотовых услуг.
Телефонная Компания Бахрейна в Мае, 1978 начала работать со своей системой сотовых телефонов. Это отмечено, как в первый раз в мире отдельные личности начали использовать то, что мы считаем традиционным, мобильным сотовым радио. Двуячеистая система имела 250 подписчиков, 20 каналов на 400Mhz диапазоне и использовала все оборудование Matsushita. (Панасоник - имя Матсушита в Соединенных Штатах.) Компания Кабельная и Беспроводная Связь, теперь называющаяся Глобал Кроссинг, вероятно, установили оборудование. Таким образом, FCC, Бахрейн, Британские, и Японские изготовители оборудования выбили Bell System с почетного первого места.
В Июле, 1978 Advanced Mobile Phone Service(Продвинутая Служба Мобильных Телефонов) или AMPS начали работу в Северной Америке. В лабораториях AT&T в Ньюарке, Нью Джерси, и что наиболее важно в испытаниях вокруг Чикаго, Иллинойс, Bell и AT&T совместно раскрутили аналоговую службу сотовых телефонов. Десять ячеек покрывающие 21,000 квадратных миль создали систему Чикаго. Для первого теста оборудование начали использовать 90 служащих Bell System. После шести месяцев, в Декабре 20, 1978, началось рыночное испытание с платящими клиентами. Это было названо эксплуатационным испытанием. Система использовала вновь размещенный 800 MHz диапазон. Эта ранняя сеть, использующая большое количество интегрированных цепей, специальный компьютер и систему переключений, изготовленные на заказ мобильные телефоны и антенны, доказала что большая сотовая система могла бы работать.
"Автомобильная телефонная служба была введена в 23 районах Токио в Декабре 1979. Пятью годами позже, в 1984, система стала доступна по всей стране. Также вводились монетные автомобильные телефоны для удобных звонков из автобусов или такси".
Быстро последовало всемирное распространение коммерческих AMPS. 88 ячеистая система в Токио стартовала в Декабре 1979, используя оборудование Matsushita и NEC. Первая Северная Американская система в Мексико-Сити, одноячеистая система, стартовала в Августе, 1981. В Соединенных Штатах разработка сотовых систем не поддерживалась, так как полностью коммерческие системы все еще не разрешались, несмотря на то, что во время эксплуатационных испытаний плата с клиентов разрешалась. Приближающийся раскол Bell System и новое требование конкуренции FCC снова задержали сотовые технологии. Нормы 1981 Федеральной Комиссии Связи требовала, чтобы Bell System или компанию местного значения, как например, Bell Atlantic, имели конкуренцию на каждом рынке сотовых услуг. Это - в отличие от монополии на наземную кабельную связь, которую имели эти компании. В теории конкуренция должна была обеспечивать лучший сервис и держать низкий уровень цен.
Ameritech таким образом предложил первые коммерческие услуги в Соединенных Штатах в Чикаго 12 Октября 1983. Служба сотовой связи Соединенных Штатов развивалась с модели AT&T, вместе с аналоговой системой Motorola известной как Dyna-TAC, сначала введенной для коммерческого использования в Балтиморе и Вашингтоне, Округ Колумбия компанией Cellular One 16 Декабря, 1983.
Канадская служба AMPS начала свой ход, когда Правительственные Телефоны Альберта, теперь называющиеся Telus, запустили в Феврале 1983 систему AURORA-400 использующую оборудование GTE и NovAtel. Это так называемая децентрализованная система действовала в 420 MHZ, используя 86 ячеек, но не работала с handoff. Дэвид Кроуи объясняет, "Это обеспечивает значительно лучший охват в сельских районах, хотя вместимость на низком уровне".
Европа увидела услуги сотовой связи в 1981, когда начала действовать Nordic Mobile Telephone System (Северная Мобильная Телефонная Система) или NMT450 в Дании, Швеции, Финляндии, и Норвегии в 450 MHz диапазоне. В 1985 Великобритания начала использовать Систему Коммуникации Полного Доступа или TACS на 900 MHz. Позже, C-Netz Западной Германии, Французское Radiocom 2000, и Итальянское RTMI/RTMS помогли создать девять Европейских аналоговых телефонных радиосистем, несовместимых между собой. Тем не менее в начале 1980-х строились планы, создать единую Европейскую службу цифровой мобильной связи с улучшенными характеристиками и легким роумингом. Пока Северо Американские группы сконцентрировались на построении их живучей, но чрезвычайно легко доступной для мошенничества и без развитых характеристик аналоговой сети, Европа планировала цифровое будущее.
Соединенные Штаты не страдали от путаницы из-за несовместимых систем. Роуминг от одного города или штата к другому, не было так затруднен, как в Европе. Ваш мобильный телефон обычно работал, пока был охвачен сетью. Немного было желания разрабатывать новую цифровую систему, когда существующая работала хорошо и была популярной. Чтобы проиллюстрировать это скажем, что Американская промышленность сотовых телефонов выросла от менее чем 204,000 подписчиков в 1985 до 1,600,000 в 1988. И с каждым проданным аналоговым телефоном, шансы для цифрового будущего меркли. Чтобы эти телефоны продолжали работать (и приносить деньги владельцам) любое технологическое продвижение должно было поддерживать их.
Европейцы видели вещи в другом свете. Никакая новая телефонная система не могла бы объединить их существующие службы, работавшие на столь многих частотах. Они решили вместо этого начать с новой технологии на новом радиодиапазоне. Структурированная по сотовому типу, но полностью цифровая, новая служба должна была включать все наилучшие мысли того времени. Они сформировали новый беспроводной стандарт по требованиям для проводных ISDN, надеясь сделать беспроводной аналог. Новая услуга была названа GSM.