G: первый высокоскоростной доступ

По мере того, как 2G распространялась, а люди всех возрастов начали использовать телефоны в повседневной жизни, стал очевиден рост спроса на данные. Пользователи всё активнее требовали увеличения скорости передачи данных. Поскольку 2G не смог справиться с этой задачей, была создана новая технология.

3G представили в Японии в мае 2001 года. Основной технологической разницей между 3G и 2G было использование пакетной коммутации (3G), а не коммутации каналов (2G). При этом скорость 3G выросла в среднем до 2 Мбит/сек. (с 200 Кбит/сек. в начале внедрения технологии). Произошла революция, которую можно сравнить лишь с переходом от 56k-модемов к широкополосному доступу.

Благодаря надежному, быстрому подключению стали стремительно развиваться услуги потокового видео на телефоне, включая видеозвонки. Большинство сайтов обзавелись версиями для мобильных устройств. В целом, с середины 2000-х годов 3G значительно изменило веб-индустрию, особенно с точки зрения приложений и веб-интерактивности.

 

HSDPA по сравнению с WCDMA, EDGE, GPRS, GSM.

С приходом и распространением 3G, началась современная эпоха беспроводных мобильных смартфонов как карманных компьютеров, особенно после 2005 года, когда в 3G была внедрена технология пакетной передачи данных High-Speed Downlink Packet Access (HSDPA). В HSDPA (также её называют 3.5G, 3G +, Turbo 3G) максимальная теоретическая скорость передачи данных по стандарту составила 14,4 Мбит/сек. (от базовой станции ко всем локальным абонентам) и до 5,76 Мбит/сек. от абонента.

Однако к 2009 году стало ясно, что в какой-то момент сети 3G будут перегружены трафиком от приложений, которым необходим доступ в сеть. В скором времени индустрия сосредоточилась на внедрении технологий 4G, намереваясь увеличить скорость в несколько раз по сравнению с существующими сетями 3G.

4G

Первые технологии 4G были представлены в США (WiMAX основана на стандарте IEEE 802.16, пропускная способность одной базовой станции при шести секторах и ширине полосы пропускания 20 МГц составляет 180 Мбит/сек.) и Скандинавии (у LTE пропускная способность достигает 326,4 Мбит/сек. в сторону абонента и 172,8 Мбит/сек. в сторону базовой станции).

В короткой борьбе технология WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) уступила LTE (Long-Term Evolution). Оба стандарта условно относятся к четвертому поколению связи (4G), впервые запущенному в России оператором Yota, при этом основным преимуществом LTE является преемственность по отношению к 3G (UMTS/HSPA, HSPA+). WiMAX же является отдельной ветвью эволюции, которую сдерживали ограниченный ряд абонентских устройств, фактическое отсутствие роуминга и отказ крупнейших вендоров и мобильных операторов от инвестиций.

Технология 4G практически сравняла скорость мобильного интернета и домашнее широкополосное подключение. Существующий общий стандарт определяет 4G как сеть, в которой 100 Мб/сек. предоставляется для абонентов, находящихся в движении, и до 1 Гбит/сек. в идеальных условиях (абонентское устройство не движется). При этом задержка колеблется в пределах от 20 до 50 мс.

5G

Стандарт пока не внедрен, но активно тестируется на скоростях 1-20 Гбит/сек. Переход на него ожидается в ближайшие несколько лет. 5G обеспечит не только высокую скорость передачи данных, но и даст толчок развитию таких технологических направлений, как беспилотный транспорт и умные города в рамках развития интернета вещей (поддержка одновременного подключения до 100 млн устройств на квадратный километр с задержкой не более 1 миллисекунды).

В России первая сеть 5G уже работает на территории инновационного центра «Сколково». Кроме того, ожидается, что 5G будет работать на некоторых стадионах, которые примут Чемпионат мира по футболу летом этого года.

 

История спутниковой связи.

В 1945 году в статье «Внеземные ретрансляторы» («Extra-terrestrial Relays»), опубликованной в октябрьском номере журнала «Wireless World», английский учёный, писатель и изобретатель Артур Кларк предложил идею создания системы спутников связи на геостационарных орбитах, которые позволили бы организовать глобальную систему связи.

Впоследствии Кларк на вопрос, почему он не запатентовал изобретение (что было вполне возможно), отвечал, что не верил в возможность реализации подобной системы при своей жизни, а также считал, что подобная идея должна приносить пользу всему человечеству.

Первые исследования в области гражданской спутниковой связи в западных странах начали появляться во второй половине 50-х годов XX века. В США толчком к ним послужили возросшие потребности в трансатлантической телефонной связи.

Уже первый искусственный спутник Земли (ИСЗ), выведенный на орбиту Советским Союзом в 1957 году, имел на борту радиопередатчик. Вполне логичным в этом свете выглядело желание строить на основе спутников системы связи.

Первые опыты по связи через специальные ИСЗ начали в 1960 году американцы. 13 мая 1960 года они вывели в космос для пассивной ретрансляции надувной ИСЗ «Эхо-1» диаметром 30 метров. Металлизированная поверхность служила отражателем радиосигналов, посылаемых с одного наземного пункта на другой.

Спутник, СССР, 1957 г. echo-1        

 Орбита спутника «Эхо-1» имела высоту немногим более 1500 км. Исследования, проведенные с помощью пассивного спутника, позволили углубить знания в области распространения радиоволн в околоземном космосе. Первыми американскими спутниками с активными ретрансляторами были «Телстар», запущенный 10 июля 1962 года, и «Реле», запущенный 13 декабря 1962 года. Оба спутника выводились на низкие околоземные орбиты и стабилизировались вращением вокруг своей продольной оси.

Спутник "Эхо-1" (Echo-1), США, 1960 г.          

Их передатчики имели мощность всего два ватта. Для приема на Земле требовались антенны большого диаметра. Низкие орбиты не позволяли иметь длительные сеансы связи, а быстрое перемещение по небосводу требовало непрерывного автослежения. В 1963 году американцы впервые попытались вывести спутники «Синком» на геостационарную орбиту с помощью трехступенчатой ракеты-носителя «Тор-Дельта». В околоземном космосе возможна только одна стационарная орбита. Угловая скорость движения спутника по такой орбите равна угловой скорости вращения планеты. Плоскость геостационарной орбиты совпадает с плоскостью земного экватора. Угловая скорость движения спутника по такой орбите равна угловой скорости вращения планеты. Плоскость геостационарной орбиты совпадает с плоскостью земного экватора.

Спутник "Телстар" (Telstar), США, 1962 г.

 На этой орбите спутник постоянно находится над определенной точкой на высоте 35 880 км. Период обращения такого спутника равен звездным суткам — 23 часа 56 минут и 4 секунды. Такой стационарный спутник непрерывно, круглые сутки, находится в условиях «прямой видимости» из района земной поверхности, площадь которого составляет одну треть поверхности Земли. Наличие на спутнике активного ретранслятора позволяет осуществлять радиосвязь между любыми пунктами, лежащими в этом районе. Первым спутником, занявшим место на стационарной орбите, 19 августа 1964 года стал «Синком-3» (после двух первых неудачных попыток: «Синком-1» 14 февраля 1963 года и «Синком-2» 26 июля 1963 года). 

В СССР начало развития спутниковой связи было сложным. В начале шестидесятых годов большинство ученых космической отрасли еще недооценивали перспектив систем спутниковой связи. Как во многих других проектах, так и в этом инициатором был С. П. Королев. Он был первым, кто открыто в печати и «закрыто» в виде писем в ЦК КПСС и правительство (тогда, при Хрущеве, это было почти одно и то же) поставил вопрос о создании системы спутниковой связи.

Спутник связи "Молния-1", СССР, 1965 г.        

31 декабря 1961 года «Правда» опубликовала статью «Советская земля стала берегом Вселенной».

Как обычно, Королев был закрыт псевдонимом «проф. К. Сергеев».Подводя итоги столь богатому космическими свершениями 1961 году, он, отдав должное полетам Гагарина и Титова, писал:

«Еще мало изученные пространства космоса, несомненно, представляют большой практический интерес для решения целого ряда прикладных задач народного, хозяйственного и научного значения.

Можно ожидать в ближайший период времени создания системы спутников-станций для целей связи и ретрансляции радио — и телевизионных передач, для навигации судов и самолетов, для систематического наблюдения за погодой, а в будущем, быть может, и для некоторого активного воздействия на формирование погоды...»

«Проф. К. Сергеев» не имел права разглашать сведения о начале работ по спутникам связи и о том, что ЦК КПСС и Совет Министров по инициативе автора этой самой статьи уже приняли постановление от 30 октября 1961 года о создании опытного ИСЗ для связи.

Проектные проработки начались в том же 1961 году. Сегодня привычна ситуация, когда спутник связи находится на геостационарной орбите. Впрочем, эта ситуация настолько привычна, что в связи с теснотой в космосе были приняты строгие международные правила, согласно которым разрешение, дающее право пребывания на стационарной орбите, выдается после длительных дорогостоящих хлопот Международным союзом электросвязи, постоянно пребывающим в Женеве. Для проектируемых спутников "Молния-1" была выбрана другая орбита. Правда, причина была в том, что имеющиеся на тот момент ракеты-носители и географическое положение советских космодромов не позволяли вывести на стационарную орбиту спутник достаточной массы.

Эскизная проработка проекта была закончена в 1962 году, а первый запуск "Молнии" состоялся 4 июня 1964 года. Запуск был неудачным. Второй спутник серии "Молния-1" был запущен 22 августа 1964 года. Он вышел на расчётную орбиту, но не раскрылись антенны. Первый удачный запуск третьего по счёту спутника состоялся 23 апреля 1965 года. Уже 1 Мая демонстрация в Москве и парад по случаю 20-летия Великой Победы 9 мая транслировалась во Владивосток, а в Москве был показан морской парад Тихоокеанского флота во Владивостоке. Сразу же начались эксперименты по передаче цветного телевидения. И также удачные.

Следующая "Молния" стартовала 14 октября 1965 года. 27 ноября начались эксперименты с передачей цветного изображения во Францию. Французские специалисты дали высокую оценку качеству изображения и предложили готовить прием цветной программы из Парижа.

Для создания круглосуточно действующей системы вещания требовалось одновременная работа минимум трёх спутников. До конца 60-х годов количество запусков перевалило за десяток

В середине 60-х началась разработка проекта "Молния-2". Основным отличием новой серии была работа в сантиметровом диапазоне. Разумеется, охват территории телевизионным вещанием определялся и наличием наземных станций приёма. Они получили название "Орбита". До 1967 года было построено 20 таких станций, а к 1984 году этих сооружений с характерной двенадцатиметровой параболической антенной насчитывалось больше сотни. Всего же спутников типа "Молния" было запущено более полутора сотен.