Введение
... Алиса рассмеялась.
- Это не поможет! - сказала она. - Нельзя поверить в невозможное!
- Просто у тебя мало опыта, - заметила Королева. - В твоем возрасте я уделяла этому полчаса каждый день! В иные дни я успевала поверить в десяток невозможностей до завтрака!
Льюис Кэрролл,
"Алиса в стране чудес"
В XX столетии произошел поразительный прогресс в области радиосвязи и вещания. В начале и даже в середине этого века в возможность такого прогресса невозможно было поверить, так как он выглядел бы фантастикой и его не смог бы предсказать никто даже из самых проницательных ученых.
Действительно, в интересных воспоминаниях знаменитого американского инженера Х. С. Блэка, изобретателя усилителей с обратной связью и разработчика многоканальных систем связи, упоминается, что в 40-х годах специалисты лаборатории Белла ему "советовали не тратить время на разработку девятиканальных систем, поскольку максимум того, что когда-либо потребуют эксплуатационники, - это три канала". Время не оправдало прогнозов практиков, и сегодня созданы системы для передачи десятков и сотен тысяч высокоскоростных каналов.
В 1945 году, когда только начиналось освоение диапазона частот до 10 ГГц, академик Б.А. Введенский писал: "Емкость диапазона УКВ огромна. Действительно, если во всем диапазоне длинных, средних и коротких волн могут быть размещены 3000 телефонных каналов, то в диапазоне УКВ от 10 м до 3 см можно разместить 1000000 телефонных и 1500 телевизионных каналов!.. Появляется возможность организации в диапазоне УКВ практически неограниченного количества каналов связи". Академик Б.А. Введенский в 1945 году не мог предположить, что открывающиеся возможности развития радиосистем всего через полвека окажутся почти полностью исчерпанными. Сегодня диапазон частот ниже 10 ГГц весьма сильно перегружен действующими радиосистемами, и сейчас активно осваивается диапазон частот до 60 ГГц.
В начале века только в некоторых крупных городах существовал телеграф, и поэтому возможности установления связи между корреспондентами были весьма ограничены. Сегодня уже сотни миллионов людей на Земле имеют возможность пользоваться сотовой связью, передавая речь и данные; за последнее десятилетие появились сотни миллионов пользователей сети Интернет, и их число продолжает очень быстро увеличиваться; миллиарды людей пользуются услугами сетей звукового и телевизионного вещания.
Однако поражают не только результаты этого прогресса, но и тот колоссальный объем творческой и созидательной работы, который за прошедшие сто лет был выполнен десятками и, возможно, сотнями тысяч ученых и инженеров разных стран мира. То, что создано ими за прошедшее столетие, стало возможно только в результате совместных согласованных усилий. История развития человеческой культуры, частью которой является история техники, ясно показывает, что у живущих на Земле людей есть общая цель и смотрят они в будущее в одном направлении.
Лев Николаевич Толстой понимал под "религиозным чувством... ясное представление того, что должно быть" и что "это представление служит руководством в жизни" конкретного человека. Среди ученых и инженеров - создателей современной техники и теории связи можно назвать сотни имен, которые, несомненно, обладали таким чувством, так как избрали смыслом своей жизни труд, в рамках своей профессии, результат которого должен дать вклад в бесконечное развитие человеческого общества в целом. Их творческая энергия, их озарения, их духовный подвиг бессмертны, так как они не только обусловили прогресс науки и техники в XX столетии, но и открыли возможность бесконечного ряда последующих экспериментов и научных открытий.
Библия рассказывает, что всего один век после потопа люди жили, когда "вся земля была - язык един и слова одни". Через сто один год после потопа люди впали в грех самовозвеличивания и стали возводить до самых небес Вавилонскую башню, затеяв деятельность ради деятельности. В наказание Всевышний разделил человечество на народы и языки. Тысячелетия, прошедшие после потопа, человечество шло через вражду, непонимание и жестокие войны к постижению той простой истины, что у людей нет причин для ненависти друг к другу, что все они - команда одного корабля: планеты Земля, несущейся в космическом пространстве. И хочется верить, что XXI век станет веком объединения всех живущих на Земле людей. Предпосылки для такого объединения созданы многовековыми достижениями всей человеческой культуры, и в частности, изобретениями и открытиями в области электросвязи, сделанными в XX столетии.
Прогнозы показывают, что в начале XXI века значительная часть жителей Земли получит возможность, используя современную технику связи, мгновенно связываться друг с другом, получать, используя всемирную сеть Интернет, интересующую информацию из многочисленных банков данных, формируемых в разных странах, решать возникающие деловые проблемы, создавать локальные компьютерные и производственные сети связи. Вновь возникнет утраченная тысячи лет тому назад глобальная возможность общения всех живущих на Земле людей. В XXI веке возникнет Глобальное Информационное Общество, которое будет создаваться при активной государственной поддержке всех стран в кооперации с такими международными организациями, как Международный союз электросвязи, Международная организация стандартизации и Всемирная торговая организация. В Информационном Обществе будут приняты во внимание интересы и потребности всего человеческого сообщества.
Подобно тому, как в результате открытия в XVI веке книгопечатания произошло широкое распространение новых гуманистических идей и научных знаний, вызвавших глубочайшие изменения в жизни нашей цивилизации, создание Глобального Информационного Общества окажет огромное стимулирующее влияние на развитие экономики, культуры, социальных и политических институтов во всех странах нашей планеты.
Рассмотрим основные этапы впечатляющей истории развития техники радиосвязи и вещания, теории связи за прошедшие сто лет, а также перспективы развития этих областей в первом десятилетии XXI века.
Статья опубликована в книге М. Быховского "Круги памяти".
Перепечатывается с разрешения автора.
Комментарии
Любая достаточно далеко
Любая достаточно далеко ушедшая вперед технология неотличима от чуда.
Артур Кларк
Рассмотренный столетний период революционного развития радиосвязи и вещания является чрезвычайно важным в истории человечества, и то, что сделано учеными и инженерами в данной области за столь короткий по историческим меркам срок, поистине является чудом.
Многообразно применение средств радиосвязи для управления в различных областях человеческой деятельности: в промышленности, в службах общественной безопасности, в радионавигации и т. д.
Эта область техники оказала и продолжает оказывать весьма большое и все возрастающее влияние на мировую экономику и промышленность, так как доходы от выпуска соответствующего оборудования оцениваются в сотни миллиардов долларов, а радиопромышленность дает рабочие места сотням тысяч специалистов. В качестве примера отметим, что, по имеющимся оценкам, в США стоимость экономики сети Интернет в 1999 году возросла более чем в два раза по сравнению с предыдущим годом и составила более пятисот миллиардов долларов США; в Германии в телекоммуникационной отрасли ежемесячно создается тысяча рабочих мест.
В радиотехнике и электросвязи в полной мере проявилась мощь человеческого интеллекта. Их развитие происходило весьма высокими темпами и сопровождалось огромным числом открытий и изобретений. Значительное стимулирующее влияние они оказали на развитие смежных наук - физики и математики, так как проблемы, возникающие в области теории распространения радиоволн, теории линейных и нелинейных электрических цепей, теории обработки сигналов и т. д., требовали разработки нового математического аппарата и развития физических теорий. Созданные теории носят общий характер и применимы к гораздо более широкому кругу проблем, чем теории, которые привели к их созданию. Подобно тому, как Ньютон создал язык, который говорит нам и о падении яблока на лужайку, и о восходе солнца, Котельников и Шеннон -два корифея современной теории связи - создали универсальный язык, применимый к весьма широкому кругу задач, связанных с автоматической обработкой и накоплением любой информации. Такие задачи возникают в теории управления, в теории принятия решений, в теории цифровых вычислительных машин и т. п.
Рост числа абонентов фиксированных и мобильных сетей связи, абонентов сети Интернет и мобильный Интернет.
В XVI веке изобретение книгопечатания совершило подлинную революцию в деле распространения знаний, прогрессивных идей, в обмене информацией, в объединении культурных достижений человечества, в дальнейшем развитии великого духовного процесса. Изобретение радио и создание в XX веке систем радиосвязи и вещания совершило в человеческом обществе еще более глубокую революцию, нежели изобретение книгопечатания. Оно поставило нашу цивилизацию на новую, более высокую ступень развития. В самых отдаленных уголках нашей планеты люди получили возможность, используя радио, знать о происходящих в разных частях мира событиях в области политики, науки и культуры. Они получили возможность общения независимо от разделяющего их расстояния. Мир стал теснее, а люди - ближе друг другу.
Характерной тенденцией развития электросвязи в XX веке явилось все возрастающее международное сотрудничество в создании стандартов на системы разного назначения и в разработке общих для всех стран правил их применения. Начало этому сотрудничеству было положено созданием в 1865 году Международного телеграфного союза. Безусловно, эта тенденция сохранится и в XXI веке. Особенно далеко такое сотрудничество оказалось продвинутым в Европе, где активно формировалась единая для всех европейских стран правовая база (правила лицензирования, сертификации оборудования и т. п.) развития телекоммуникаций, включающая единое для всех стран данного региона распределение полос частот между различными радиослужбами.
Системы
Системы подвижной связи
Сегодня всему наступает пора,
Что бредом казалось вчера.
Эмиль Верхарн
Морская, сухопутная и воздушная подвижная связь
В начале XX века, на первом этапе развития радиотехники, радиосвязь начала развиваться как морская подвижная связь. В те годы этот вид связи являлся единственно возможным для организации связи судов между собой и с берегом. Фирмой "Маркони" в Великобритании, а затем и на предприятиях других стран (России, США, Франции и Германии) было организовано производство судовых искровых радиостанций. До 1904 года более пятидесяти судов военно-морского флота России было оснащено судовыми радиостанциями. Широкое внедрение средств судовой подвижной связи, существенно повышающей безопасность плавания, обусловило необходимость принятия международных правил радиообмена и стандартов на средства морской радиосвязи. Такие правила и стандарты были приняты на Первой Международной конференции по радиосвязи в Берлине в 1903 году. Техника морской подвижной связи развивалась и продолжает развиваться параллельно с техникой систем наземной связи.
Потребности в средствах наземной подвижной связи для оперативного управления действиями полиции привели в 1921 году к созданию в США первой диспетчерской системы телеграфной подвижной связи. По сути, это оказалась система пейджинговой связи, так как она была однонаправленного действия и служила для передачи распоряжений дежурным бригадам полиции.
На начальном этапе развития систем наземной подвижной связи в них использовались телеграфные режимы работы, а позже - телефонные режимы с применением для передачи сообщений AM. В 1940 году в США в диапазоне ОВЧ создается первая система подвижной связи с использованием ЧМ.
Эффективность наземной подвижной связи для управления в службах безопасности (полиция, пожарная служба, скорая помощь и т. п.), для управления работой транспорта и в других областях приводит к быстрому прогрессу в этой области. В 1948 году создается первая полностью автоматическая радиотелефонная система подвижной связи без участия диспетчера. В СССР серийный выпуск первых отечественных станций подвижной связи был налажен в 1952 году.
Хронология1903 год Состоялась Первая Международная конференция по радиосвязи, на которой были приняты правила, определяющие рабочие частоты, предельные мощности передатчиков, порядок радиообмена судов между собой и с береговыми станциями.
1921 год Создана первая система однонаправленной подвижной радиотелефонной связи для полиции в г. Детройт (США).
1940 год Создана первая система подвижной связи с использованием ЧМ (США).
1948 год В г. Ричмонд внедрена первая полностью автоматическая радиотелефонная система связи, работающая без участия диспетчера (США).
1952 год Начат серийный выпуск первых отечественных станций подвижной связи разработки Воронежского научно-исследовательского института связи (СССР).
Во второй половине XX века появляются и параллельно развиваются различные виды подвижной связи: системы пейджинговой (поискового радиовызова - ПРВ), транкинговой и сотовой связи, а также системы беспроводного абонентского доступа. Рассмотрим историю развития каждой из этих технологий отдельно.
Пейджинговые системы Начало
Пейджинговые системы
Начало развития современных систем ПРВ общего пользования можно отнести к 1956 году, когда была создана первая система "Multiton". В этой системе, которая для передачи сообщений использовала специально выделенный радиоканал, абонент имел малогабаритный приемник - пейджер, способный из общего потока сообщений, передаваемых по радиоканалу, выделить адресованный ему сигнал. При приеме этого сигнала в зависимости от принятой кодовой комбинации издавался звук определенного тона, услышав который абонент мог, нажав на кнопку, прослушать посланное ему речевое сообщение.
Позже, из-за необходимости улучшить эффективность использования радиоканала, отказались от передачи речевого сообщения. Вызов абонента включал тоновый звуковой сигнал пейджера, который извещал его о необходимости совершить определенные действия (например, позвонить по заранее определенному телефонному номеру). Системы пейджинговой связи, работающие в отдельном выделенном радиоканале, выпускались многими фирмами. Обычно ширина полосы канала составляла 25 кГц, и для передачи сигналов использовалась ЧМ. Для работы этих систем выделялись каналы в диапазоне частот от 50 до 900 МГц.
Важной вехой в развитии систем пейджинговой связи явилась разработка в 1976 году протокола POCSAG, принятого в качестве международного. В 1982 году впервые были разработаны пейджеры с дисплеем, на котором абонент мог увидеть посланное ему буквенно-цифровое сообщение. В системах ПРВ, использующих этот код, информация может передаваться со скоростью 512, 1200 либо 2400 бит/с.
Системы пейджинговой связи получили весьма широкое распространение и с целью экономии частотного ресурса в 1980 году возникла идея использовать для организации такой связи хорошо развитую сеть ОВЧ-ЧМ станций. Сигналы ПРВ передавались в эфир в составе вещательного сигнала на поднесущей частоте 57 кГц. Эта частота модулировалась с помощью ЧМ и была расположена по спектру выше верхней граничной частоты вещательного сигнала. Широкое внедрение таких систем, получивших название RDS (Radio Data System), началось во многих странах мира в 1987 году.
Первая отечественная разработка пейджинговой системы "Луч-1" Воронежским НИИ связи была завершена в 1988 году.
Начиная с 60-х годов создаются национальные и региональные сети ПРВ, охватывающие территории нескольких стран и предоставляющие абонентам услуги во всей зоне обслуживания. В 1969 году создана европейская система ЕВРОСИГНАЛ, которая была внедрена во Франции, Германии и Швейцарии. Позже была создана система ЕВРОПЕЙДЖ, охватившая территории Великобритании, Франции, Германии и Италии.
В 1992 году создается общеевропейская система ERMES (European Radio Message System), работающая в полосе частот 169.4 - 169.8 МГц. Эта система обеспечивает общеевропейский роуминг и высокую скорость передачи сигналов (6.25 Kбит/с). Она позволяет создавать сети очень высокой емкости для передачи разных видов сообщений, включая текстовые. Сети ERMES не получили широкого распространение ввиду сложности оборудования.
Фирмой "Моторола" в 1993 году был разработан для систем ПРВ протокол FLEX, обладающий повышенной помехоустойчивостью и имеющий набор возможных скоростей передачи сообщений (1.6, 3.2 и 6.4 Kбит/с). Основное достоинство этого протокола состоит в его гибкости - он обеспечивает высокую степень согласования с существующими системами ПРВ, в которых применяется протокол POCSAG. Кроме того, пейджеры FLEX за счет синхронного режима работы имеют увеличенный в 4-5 раз срок службы батарей пейджеров по сравнению с пейджерами POCSAG. В настоящее время 88 % абонентов всех пейджинговых сетей в мире используют протокол FLEX. В России ряд крупнейших пейджинговых компаний ("Весолинк", "Интерантенна", "Inform-Excom", "Мобайл Телеком") применяют этот протокол более чем в пятидесяти городах.