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TECHNOLOGIEGESCHICHTE, TECHNOLOGIE, OBJEKTE UM UNS
Mobilfunk. Geschichte der Erfindung und Produktion
Verzeichnis / Die Geschichte der Technik, Technik, Objekte um uns herum Die Mobilfunkkommunikation, ein Mobilfunknetz, ist eine der Arten der Mobilfunkkommunikation, die auf einem Mobilfunknetz basiert. Das Hauptmerkmal besteht darin, dass der gesamte Abdeckungsbereich in Zellen (Zellen) unterteilt ist, die durch die Abdeckungsbereiche einzelner Basisstationen (BS) bestimmt werden. Die Zellen überlappen teilweise und bilden zusammen ein Netzwerk. Auf einer idealen (flachen und unbebauten) Oberfläche ist die Abdeckungsfläche einer BS ein Kreis, sodass das aus ihnen bestehende Netzwerk wie sechseckige Zellen (Waben) aussieht. Das Netzwerk besteht aus räumlich getrennten Transceivern, die im gleichen Frequenzbereich arbeiten, und Vermittlungsgeräten, die es ermöglichen, den aktuellen Standort mobiler Teilnehmer zu bestimmen und die Kontinuität der Kommunikation sicherzustellen, wenn ein Teilnehmer vom Versorgungsbereich eines Transceivers in den Abdeckungsbereich wechselt Bereich eines anderen. Das Mobilfunknetz umfasst eine Vielzahl von Basisstationen, deren Versorgungsgebiete sich aufgrund der Begrenzung ihrer Sendeleistung teilweise überschneiden. Somit ist die Zone, in der die Kommunikation zwischen einem Mobiltelefon und der jeweiligen Basisstation theoretisch gewährleistet ist, im Grundriss ein Polyeder – eine Zelle, die an eine Bienenwabe erinnert. Daher auch der Name dieser Art der Mobilfunkkommunikation: zellular.
Es stellt sich heraus, dass die Frage, wie alt das Telefon ist, nicht so einfach zu beantworten ist. Überzeugen Sie sich selbst: Das Prinzip, die Schwingung der Membran von Schallwellen in ein elektrisches Signal umzuwandeln, das über Kabel über eine Distanz weiter übertragen werden soll, wurde 1854 von dem französischen Forscher Charles Boursol entdeckt. Später lernte der deutsche Naturforscher Johann Reis, wie man musikalische Klänge durch Drähte überträgt. Aber es war nicht möglich, die Rede zu vermitteln. Schließlich lächelte 1876 das Glück dem amerikanischen Erfinder Alexander Bell zu, der ahnte, dass man Gleichstrom braucht, um Sprache zu übertragen, und ein primitives (aber funktionierendes) Telefon entwickelte. Es sah schrecklich aus: Im Zentrum des "Stilllebens" befand sich ein hufeisenförmiger Magnet, um den ein Draht gewickelt war - keine Ästhetik. Lassen Sie uns einen Vorbehalt machen, dass Bells Priorität die amerikanische Version der Geschichte ist, aber einige Forscher bestreiten dies und finden eine „russische Spur“ in der Erfindung. Es war jedoch Bell, der die Technologie patentieren ließ, und wir verdanken ihm das Wort „Telefon“. Seitdem begann sich das Telefon sowohl extern als auch intern schnell zu verändern. In den 1920er Jahren war es eine "Glocke" mit abnehmbarem Lautsprecher. 1937 erhielt das Telefon den heute bekannten Hörer und eine drehbare Wählscheibe. Und er lebte in dieser Form in der UdSSR und in den Ländern Osteuropas bis Ende der 1980er Jahre. Die sowjetische Industrie hat nie schnurlose Telefone hergestellt. Die Mobilität innerhalb der eigenen Wohnung wurde durch die Installation eines über zehn Meter langen, gedrehten Kabels gelöst, das es ermöglichte, das Telefon ins Nebenzimmer zu tragen. In den frühen 1990er Jahren erschienen schnurlose Tonwahltelefone. Nach und nach wurden Heim- und Bürogeräte, die im 50-MHz-Band mit einer Reichweite von mehreren zehn Metern arbeiteten, durch 900-MHz-Geräte ersetzt. Letzteres bot eine höhere Störfestigkeit, einen gewissen Schutz vor Doppelgeräten und eine Reichweite von bis zu mehreren hundert Metern von der Basisstation. Die tatsächliche Reichweite war stark abhängig von der Raumart, der Anzahl der Betonschotten und anderen Hindernissen. Moderne 900-MHz-Geräte ermöglichen jedoch ein komfortables Arbeiten in einem großen Büro und einem mehrstöckigen Gebäude. Tatsächlich waren die Vorfahren der zellularen Mobilkommunikation Funktelefon-Verlängerungskabel und verschiedene autonome Funknetze. Übrigens sorgte das zu Sowjetzeiten weithin bekannte Radial-Zonen-Sonderkommunikationsnetz des Altai, das von der damaligen Staatselite genutzt wurde, für Mobilität in Hunderten von beeindruckenden Größen. Da dieses Netz nur wenige Abonnenten hatte, kam es damals nicht in Frage, die Ressource Hochfrequenz zu schonen. Ähnliche Kommunikationssysteme waren in anderen Ländern verfügbar, aber dies war nur ein Vorspiel für die Zukunft der zellularen Kommunikation. Die Einführung echter Mobilfunknetze begann erst, nachdem das Problem der Einsparung des Funkfrequenzspektrums gelöst und Wege gefunden worden waren, den aktuellen Standort von Mobilfunkteilnehmern zu bestimmen. Dies war notwendig, um die Anrufe optimal weiterzuleiten und die Kontinuität der Kommunikation zu gewährleisten, wenn ein Teilnehmer von einer Zelle in eine andere wechselt. Die Geburtsstunde der Mobilfunktechnik geht auf das Jahr 1971 zurück. Zu diesem Zeitpunkt reichte die Firma Bell System bei der US-amerikanischen Federal Communications Commission (FCC) eine Beschreibung der Architektur der Funktelefonkommunikation ein, die später als zellular bekannt wurde. Doch der Weg von der Idee zum realen Projekt dauerte ziemlich lange – kommerzielle Mobilfunknetze nahmen erst zehn Jahre später ihren Betrieb auf. Die Entwicklung zellularer Systeme in den 1970er Jahren und ihre anschließende Einführung in den 1980er Jahren brachte eine Vielzahl anspruchsvoller technischer Probleme mit sich. Eines der schwerwiegendsten war die Schaffung tragbarer Teilnehmerendgeräte mit geringer Größe und geringem Gewicht. Um die Wende der 1970er Jahre wogen selbst fortschrittliche technische Lösungen für Autoterminals etwas weniger als 15 Kilogramm. Und das Gerät mit dem gleichen Zweck musste in Größen und Gewichten implementiert werden, die akzeptabel sind, um es mit einer Hand nahe dem Ohr zu halten. Erste Erfolge konnten die Spezialisten von Motorola (USA) vorweisen. Einer der Begründer neuer Bereiche der Telekommunikation ist Martin Cooper, der Anfang der 1970er Jahre als Vizepräsident von Motorola tätig war. Er war der erste, der Möglichkeiten vorschlug, die Größe des Funktelefons radikal zu reduzieren. Und 1973 erschien das erste relativ kleine Funktelefon, das Labortests erfolgreich bestand. Martin Cooper machte mit ihm den ersten Anruf bei einem Mitbewerber von Bell Laboratories. Wie Cooper selbst bezeugt, äußerte er die folgenden Worte: „Stellen Sie sich vor, Joel, dass ich Sie vom ersten Handy der Welt aus anrufe. Ich habe es in meinen Händen und gehe eine New Yorker Straße entlang.“
Mitte der 1980er Jahre wurde Martin Coopers Name in die Wireless Hall of Fame aufgenommen. Die ersten zellularen Kommunikationssysteme waren analog und hatten einen gravierenden Nachteil – die Inkompatibilität von Systemen verschiedener Hersteller. Dies schränkte die Möglichkeit, Abonnenten zwischen Ländern und sogar Städten zu verschieben, in denen unterschiedliche Arten von Systemen eingesetzt wurden, erheblich ein. Analoge Mobilfunknetze, die dem modernen Benutzer so vertraut sind, wurden Anfang der 1980er Jahre in vielen europäischen Ländern auf der Grundlage einheitlicher Geräte des MMT-450-Standards und in den USA auf der Grundlage des AMPS-Standards erstellt. Sie waren damals dazu bestimmt, den Großteil der Mobilfunkteilnehmer auf der ganzen Welt zu übernehmen. Als Ergebnis einer europäischen Initiative entstand 1982 eine Gruppe von GSM-Mobilfunkexperten (Group Special Mobile) aus 17 europäischen Kommunikationsverwaltungen, die damit begann, einen neuen digitalen Standard für zellulare Kommunikation zu entwickeln. Viele Jahre der GSM-Bemühungen waren erfolgreich, und heute haben wir eine weitere weit verbreitete Dekodierung der GSM-Abkürzung. Globales System für mobile Kommunikation (Globales System für mobile Kommunikation). Um die Probleme der Implementierung und des Betriebs des neuen Standards zu lösen, wurde 1987 die europäische Arbeitsgruppe MoU gegründet - ein Memorandum of Understanding über das Wesen gemeinsamer Nutzungsvereinbarungen. Diese Partnergemeinschaft umfasst derzeit mehr als hundert Betreiber aus fast 100 Ländern auf der ganzen Welt. Die ernsthafte Herangehensweise der Europäer an die Schaffung eines neuen Standards führte zum Erfolg - der Entstehung des derzeitigen Marktführers der europäischen Mobilfunkkommunikation - des GSM-Standards, der im 900-MHz-Band arbeitet. „1988 wurden die Hauptdokumente verabschiedet und die Entwicklung der Produktion von Geräten für Servicesysteme dieses Standards begann“, schreibt A. Golyshev in der Zeitschrift Radio.„Und 1991 wurden die ersten GSM-Netze bereits praktisch genutzt als Beispiel für eine gemeinsame Lösung komplexer technischer und organisatorischer Probleme durch eine große Gruppe von Ländern angesehen werden. Das im Rahmen von GSM entwickelte System und die technischen Lösungen werden derzeit in großem Umfang bei der Schaffung vielversprechender digitaler zellularer Kommunikationssysteme verwendet, einschließlich solcher, die auf basieren andere Technologien. Zu den Lösungen gehören der Aufbau von GSM-Netzen nach den Prinzipien intelligenter Netze, die Verwendung eines offenen Systemmodells, die Einführung neuer effizienter Modelle der Frequenzwiederverwendung usw. Der Standard verwendet Zeitmultiplexzugriff (TDMA) und arbeitet im Frequenzbereich 890...915 MHz (Uplink) und 935...960 MHz (Downlink) mit einer Kanalbandbreite von 200 kHz. Zusätzlich zu Verkehrskanälen gibt es auch Steuerkanäle. Somit werden bei GSM in einem physikalischen Funkkanal acht logische Kommunikationskanäle realisiert, die jeweils von einem separaten Teilnehmer genutzt werden können. Eine Basisstation kann maximal 16-20 Funkkanäle unterstützen. Die maximale Datenübertragungsrate im System beträgt 9,6 Kbps. Der GSM-Standard verwendet die sogenannte spektral effiziente Gaußsche Frequenzumtastung mit einer minimalen Frequenzverschiebung. Zum Schutz vor Fehlern in den Funkkanälen des GSM-Systems wird Faltungs- und Blockcodierung mit Verschachtelung verwendet. Die Faltungscodierung befasst sich mit Einzelfehlern, die Verschachtelung ermöglicht die Umwandlung von Gruppenfehlern in Einzelfehler und die Blockcodierung befreit von den verbleibenden unkorrigierten Fehlern. Eine Erhöhung der Effizienz des Codierens und Verschachtelns bei niedriger Bewegungsgeschwindigkeit von Teilnehmerendgeräten wird durch langsames Umschalten von Betriebsfrequenzen während einer Kommunikationssitzung mit einer Rate von 217 Sprüngen pro Sekunde erreicht. Für eine hohe Sicherheit der Nachrichtenübertragung werden sie zusätzlich mit einem Public-Key-Algorithmus verschlüsselt. "Die funktionale Zusammensetzung des Systems ist ziemlich traditionell, - bemerkt A. Golyshev, - es besteht aus einer Vermittlungsstelle, einer Kontroll- und Wartungszentrale, Basisstationen und Teilnehmerterminals. Das Vermittlungszentrum bedient eine Gruppe von Zellen (Zellen), von denen jede eine Basisstation enthält (getrennte Gruppen von Basisstationen werden von einem spezialisierten Controller gesteuert), die alle Arten von Verbindungen bereitstellt, die eine Teilnehmer-Mobilstation benötigt, sowie "Handover". " beim Umzug eines Teilnehmers (aus einer Zelle) und Umschalten des Funkkanals bei Störungen oder Fehlfunktionen. Die Vermittlungsstelle überwacht kontinuierlich den Standort von Mobilstationen und speichert diese Informationen in speziellen sicheren Datenbanken. Dies ermöglicht die Wartung (Roaming) von Benutzern anderer Netzwerke dieses Standards (im Besitz anderer Betreiber) ... ...Die Entwickler haben dafür gesorgt, dass das GSM-System über einen eigenen internen Mechanismus verfügt, um den Standort von Teilnehmern zu bestimmen und Anrufe zu leiten, unabhängig von dem konkreten Telefonnetz, an das es angeschlossen ist, und dementsprechend in jedem Teil einfach dasselbe tun kann jedes Landes. All dies erleichtert die Organisation des automatischen Roamings, das heute weltweit weit verbreitet ist." Um einen unbefugten Zugriff auf das GSM-Netz auszuschließen, wird der Teilnehmer authentifiziert. Gleichzeitig erhält jeder für die Dauer der Nutzung des Netzes ein einheitliches Teilnehmerauthentifizierungsmodul, das eine internationale Identifikationsnummer, einen eigenen individuellen Schlüssel und einen Authentifizierungsalgorithmus enthält. Nachdem der Teilnehmer seine Karte in das Terminal eingeführt hat, verwandelt er dieses in sein individuelles Gerät. Um sein Endgerät zusätzlich zu schützen, kann der Teilnehmer einen solchen Betriebsmodus einstellen, bei dem zusätzlich ein PIN-Code auf der Tastatur eingetippt werden muss. Ein weiterer wichtiger Knotenpunkt im GSM-Netz, der für seine Zuverlässigkeit verantwortlich ist, ist das Betriebs- und Wartungszentrum (OMC). Es bietet die Kontrolle und Verwaltung aller Netzwerkkomponenten und kontrolliert auch die Qualität seiner Arbeit. Je nach Art des Fehlers ermöglicht das OMC eine automatische Behebung oder eine Nothilfe durch technisches Personal. Das GSM-Netz hat ein Kontrollzentrum, das dem Betrieb und der Wartung des gesamten Netzes gewidmet ist, das mehrere regionale OMCs enthalten kann. Das System bietet seinen Abonnenten eine breite Palette von Anrufweiterleitungsdiensten, Benachrichtigung über Tarifkosten, Aufnahme in eine geschlossene Benutzergruppe. Die Verwendung verschiedener Geräte im Netzwerk ermöglicht neben der Sprachkommunikation die Übertragung von Daten, Kurznachrichten, Notsignalen, einschließlich Notfallinformationen, Wohnungssicherheitssignalen und Notrufen. Autor: Musskiy S.A.
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