Мобильный интернет что это такое в телефоне
Как работает мобильный интернет Гид по всем поколениям сотовой связи
Текст Сергей Апресов
Т ипичная любительская рация имеет 16 каналов и «бьет» на десятки километров. На общей территории всего 16 пар абонентов могут общаться по такой рации, не мешая друг другу. На аналогичной площади в современном городе десятки тысяч человек одновременно разговаривают по сотовым телефонам, и дефицитных радиочастот хватает на всех. Причина кроется в самом слове «сотовый».
1980-е годы. Мобильные данные: не поддерживаются
Первые мобильные, а точнее автомобильные телефоны, появились в конце 1940-х годов. Огромная башенная антенна с радиусом действия в десятки километров соединяла их с телефонной сетью. В 1960-х каждому радиотелефону стали выделять сразу два канала: один на передачу, другой на прием, чтобы пользователь мог одновременно говорить и слушать (такой режим связи называется дуплексным). Центральная антенна могла обслуживать единицы дуплексных телефонов одновременно. О мобильном интернете в тот момент даже не думали, да и самой Всемирной сети еще не было.
В 1980-х появилась ключевая технология: операторы разделили территории на множество небольших сот, каждая из которых обслуживалась своей базовой станцией — антенной, подключенной к телефонной сети по проводам. Теоретически одна станция могла предоставить пары частот для 28 абонентов, хотя на практике число было и того меньше. Главное, что теперь частоты можно было использовать многократно.
Каждая сота граничит с шестью соседними. Их зоны действия частично пересекаются, поэтому семь ближайших друг к другу базовых станций не должны иметь общих частот. Зато за пределами «семерки» одни и те же частоты можно использовать снова и снова. Разработчики технологии сотовых сетей первого поколения догадались разделить радиоэфир между абонентами по территориальному признаку.
Этим принципом мы пользуемся и сегодня. Попадая в зону действия базовой станции, мобильное устройство связывается с ней по специальному сервисному каналу и регистрируется в сети. Оператор всегда «знает», рядом с какой станцией вы находитесь и куда перебросить звонок, если кто-то наберет ваш номер. В отличие от рации, сотовый телефон обеспечивает соединение лишь на «последней миле». Несопоставимо большее расстояние сигнал между абонентами проходит по проводам. Так что технологии сотовой связи и мобильного интернета можно назвать беспроводными лишь с долей условности.
1990-е годы. Мобильные данные: от СМС-сообщений до интернета на скорости до 384 кбит/с
Сети 2G сделали мобильную связь по-настоящему массовой. Наши первые моноблоки и раскладушки работали по стандарту второго поколения — GSM (Global System for Mobile, глобальный стандарт мобильной связи). Передача сигнала стала цифровой: голоса абонентов перед пересылкой преобразовывались в цифровые данные, и их уже нельзя было перехватить с помощью обычной рации. В сетях появился роуминг: операторы договорились передавать друг другу звонки своих клиентов, и отчасти поэтому стандарт назвали «глобальным». В этом же поколении появился и мобильный интернет.
Motorola DYNA T-A-C 8000X
Но главное — оборудование второго поколения обслуживало еще больше людей, и на этом стоит остановиться подробнее. В сетях 1G абоненты делили радиоэфир по территориальному принципу: распределялись по сотам. Каждая базовая станция обслуживала до нескольких десятков абонентов, выдавая каждому из них свою пару радиочастот: одну на передачу и одну на прием. Такая технология называется Frequency Division Multiple Access (FDMA), или множественный доступ с делением по частоте.
В технологии второго поколения заработал дополнительный принцип деления — по времени, или Time Division Multiple Access (TDMA). Внутри каждой частоты базовая станция выделяет восемь временных слотов и распределяет их между абонентами. Телефон говорящего преобразует голос в цифровые данные и пересылает их часть в отведенный момент времени. Затем делает паузу, уступая другим, а когда вновь настает его очередь, досылает оставшуюся часть. Аппарат собеседника считывает информацию из нужных слотов, сшивает цифровые данные и восстанавливает из них голос. Все происходит так быстро, что люди ничего не замечают. А телефоны тем временем нарезают частотный диапазон уже не «полосками», а «кубиками».
Раз соединение стало цифровым, неудивительно, что даже первые аппараты второго поколения могли передавать не только голос, но и данные: СМС-сообщения. Поздние версии 2G-сетей позволяли выходить в интернет со скоростью до 384 кбит/с. Однако до современных стриминговых скоростей мобильного интернета было еще далеко.
2000-е годы. Мобильные данные: от 2 до 14,7 Мбит/с
В сетях третьего поколения интернет стал по-настоящему широкополосным. Часто под этим термином понимают просто высокую скорость передачи данных мобильного интернета. В более узком смысле слово «широкополосный» подразумевает, что по одному носителю передается сразу несколько потоков информации. Например, единственный провод используется для голосовой связи и интернета одновременно.
Широкополосность тесно связана с понятием модуляции, которую проще объяснить на примере FM-радио. В эфире передается музыка, то есть звук. Человек воспринимает на слух сигналы с частотой от 20 Гц до 20 000 Гц (1 Гц — одно колебание в секунду). Однако частота радиоволн в FM-диапазоне намного выше: в районе 100 МГц (миллионов герц). Чтобы радиочастота (несущая) передавала звук, ее модулируют, то есть изменяют: когда уровень звукового сигнала повышается, увеличивается частота несущей, и наоборот. Частота несущей радиоволны колеблется в пределах 180 кГц. Этой полосы пропускания (bandwidth) хватает, чтобы приемник извлек из нее качественный звук. Аббревиатура FM, собственно, и означает частотную модуляцию — Frequency Modulation.
Звук, который мы слышим по радио, устроен куда сложнее и содержит больше информации, чем цифровой сигнал — последовательность нулей и единиц. Однако, используя продвинутые алгоритмы модуляции, можно упаковать в несущую волну сразу много цифровых потоков, то есть сделать сигнал широкополосным. И от ширины частотной полосы будет зависеть, сколько именно данных в единицу времени получится передать на удаленные устройства.
В сетях третьего поколения, вместо того чтобы делить частотный диапазон на полосы по 25 кГц (2G FDMA) между абонентами, им дали возможность совместно использовать «магистраль» шириной в 1,23 МГц, то есть в пятьдесят раз больше. Для совместного доступа применили технологию с разделением по коду: CDMA (Code Division Multiple Access). По каналу пришлось передавать значительное количество «лишней» информации (псевдослучайный код), но результат того стоил: скорость мобильного интернета многократно возросла.
2010-е годы. Мобильные данные: от 300 Мбит/с до 3 Гбит/с
Сети четвертого поколения работают приблизительно в том же диапазоне частот, что и 3G и даже 2G (от 800 до 2600 МГц). Но если в начале 1990-х все наши мобильные данные сводились к эсэмэскам, то сегодня мы на лету смотрим видео высокого разрешения, редко сталкиваясь с недостаточной скоротью передачи данных. Технология 4G выжала все соки из эфирного пространства, которое эксплуатировалось десятилетиями. Не зря четвертое поколение ассоциируется с аббревиатурой LTE — Long Term Evolution, или долговременное развитие.
Радиоволны, подобно волнам на поверхности воды, могут взаимодействовать с окружающими предметами и друг с другом. Они отражаются от зданий, рассеиваются, проходя сквозь стены, и даже искажают соседние волны. Чтобы волны соседних полос не мешали друг другу, в технологиях FDMA и CDMA между ними оставляли защитный диапазон. Разработчикам 4G удалось использовать эти пустоты и дополнительно уплотнить эфир с помощью технологий MIMO и OFDMA.
MIMO расшифровывается как Multiple Input Multiple Output — «множественные входы и множественные выходы». Базовая станция посылает сигнал сразу с двух или более антенн, а мобильное устройство принимает соответственно двумя или более антеннами (да, все они помещаются в компактном корпусе). Несколько версий радиосигнала проходят разные пути в пространстве и искажаются каждый по-своему, но затем компьютер восстанавливает из них качественный исходный сигнал.
За технологией OFDMA (O здесь означает «ортогональный») стоит сложная математика. Но вкратце суть ее в том, что отведенная одному абоненту полоса частот (несущая) разбивается на множество (до 256) поднесущих. Их частотные спектры пересекаются, и они непременно мешали бы друг другу, если бы не были филигранно синхронизированы по времени. В тот момент, когда поднесущая достигает пика мощности, ее ближайшие соседки всегда слабы.
В сетях 4G ресурсы сети используются максимально гибко. Система постоянно варьирует ширину полос, временные слоты и количество поднесущих в зависимости от аппетитов конкретных пользователей и качества радиосигнала. Устройство, которому требуется максимальная скорость, получает широкий канал, и наоборот — гаджеты, которым достаточно медленного интернета, не расходуют ресурсы сети понапрасну.
2020-е годы. Мобильные данные: от 100 Мбит/с до 20 Гбит/с
Разработчики сетей четвертого поколения нарезали радиоэфир настолько мелкими порциями, что, кажется, вплотную приблизились к теоретическому лимиту ускорения связи. Поэтому впервые за 40 лет мобильные устройства выходят в новый частотный диапазон, который будет намного шире предыдущего. Новые эфирные просторы обеспечат высокую скорость передачи данных: разработчики обещают, что полнометражные фильмы в высоком разрешении мы будем скачивать за считанные секунды. Однако скорость не главный параметр 5G. Важнее количество подключенных устройств: до миллиона на квадратный километр. Сети пятого поколения создаются не только и не столько для людей, сколько для машин: домашней и промышленной автоматики, беспилотного транспорта, устройств интернета вещей. Стандарт текущего тысячелетия развивается экстенсивно: больше частот, больше базовых станций, больше антенн, больше сот.
Подробно о технологиях, на которых строятся сети пятого поколения, читайте в отдельном материале:
Что такое 5G Как работает сотовая связь пятого поколения
Словосочетание «оборудование пятого поколения» само по себе не гарантирует запредельных скоростей. За термином 5G скрывается целый набор технологий, которые могут использоваться как все вместе, так и в различных комбинациях
Использованные источники: Материал опубликован в журнале «Цифровой океан» № 3, 2020, EIRIK SOLHEIM / UNSPLASH, ALEXEY_BOLDIN / ISTOCK, TIM BOYLE / BLOOMBERG / GETTY IMAGES, ALAMY, KRYSTOF.K & NMUSEUM (CC BY-SA 3.0)
Много работы для одного клика: как мобильный интернет попадает в смартфон
Для начала стоит понять, что такое интернет. По своей сути – это очень много компьютеров с самыми различными данными. Типичный запрос в интернете строится таким образом: пользователь вводит в браузере телефона команду «покажи мне страницу», телефон отправляет эту команду на сервер (тот самый компьютер с интернетом). Он обрабатывает запрос и присылает обратно ответ, который телефон преобразует в информацию на дисплее. Если смотреть буквально, то мы не «серфим» в Интернете, а просто по чуть-чуть копируем его себе на смартфон.
Именно при помощи сотовой связи. Называется она так потому, что территория, на которой присутствует мобильный оператор, делится на так называемые «соты», в центре которых расположены базовые станции. Именно они в радиусе себя и «раздают связь». В каждой «соте» абонент получает одинаковый набор услуг. При этом радиус действия одной «соты» перекрывается ближайшими «сотами» вокруг, что позволяет абоненту не терять связь с внешним миром при переходе от одной «соты» к другой.
На базовых станциях установлено специальное телекоммуникационное оборудование – базовые станции, контроллеры, антенны и фидерные трассы, которые соединяют антенны с передатчиками. Да-да, на одной «мачте» или «вышке» может быть сразу несколько базовых станций.
Например, Tele2 на всех построенных за последние два года в Омской области вышках устанавливает минимум по две базовые станции – стандарта 2G для голосовой связи и стандарта 4G для быстрого мобильного интернета. А в некоторых случаях даже базовых станций одного стандарта может быть несколько – только работают они при этом на разных частотах.
В Омске в местах с самым большим трафиком мобильного интернета Tele2 в этом году на своих «мачтах» установила базовые станции 4G, которые работают на частоте 2600 МГц, в дополнении к тем, которые уже там имелись. Это было сделано, чтобы повысить скорость мобильного интернета и улучшить качество предоставляемых абонентам услуг. Больше станций – быстрее интернет. Вот так.
Что такое телефон с интернетом
Телефоны бывают разные, и поэтому возможности у них тоже разные. Прежде чем переходить к вопросу, что такое телефон с интернетом, попробуем вспомнить те времена, когда интернет не получил такого широкого распространения, как сейчас.
Что такое телефон (без интернета)? Слово «телефон» образовано из двух слов «теле» + «фон». В переводе с древне-греческого «теле» — «далеко», а «фон» — «голос», «звук».
Телефон — аппарат, который передает и принимает звук (как правило, человеческую речь) на расстоянии.
Изначально телефон был предназначен исключительно для передачи звука, голоса, то есть, для непосредственного общения людей, находящихся на расстоянии друг от друга. Об интернете речи не было.
Выход в интернет: первые модемы и современные ADSL-модемы
Тем не менее, первый довольно распространенный доступ в интернет появился как раз с помощью обычных домашних проводных телефонов. В составе компьютеров появилось устройство «модем». Этот термин является сокращением от двух слов: МОдулятор и ДЕМодулятор.
С помощью модема компьютер мог получать сигналы из интернета по проводной телефонной линии. Это происходило за счет того, что поверх обычного звукового сигнала телефона можно было наложить цифровой сигнал Интернета. Технический термин «наложить» означает «модулировать сигнал». От слова «модулировать» образовалось слово «модем».
Модем не только модулировал такие сигналы, он также умел их демодулировать. В результате этого компьютер мог работать с информацией из интернета. У провайдеров, которые предоставляли доступ в интернет, тоже были свои модемы. Телефонная линия использовалась для передачи сигнала от модема провайдера к модему компьютера пользователя или наоборот.
Подобная связь осталась до сих пор – это так называемые ADSL-модемы (звучит слитно одним словом, как «а-дэ-эс-эль-модемы»), подключаемые к телефонным линиям. До сих пор подобный способ выхода в интернет является распространенным.
Правда, при использовании старого (не ADSL) модема для выхода в интернет предварительно требовалось позвонить провайдеру по обычному телефонному номеру, чтобы установить соединение. Современный ADSL-модем постоянно находится на связи с провайдером, никуда звонить не нужно.
Компьютеры, если они подключаются к обычной телефонной линии, существуют как бы отдельно от телефона. Старый способ связи с помощью модемов полностью блокировал телефон на время работы компьютера в интернете. ADSL-модем не блокирует телефон. Интернет сигнал и телефонный сигнал передаются по одному и тому же проводу одновременно. Вернее, они передаются по паре проводов, которые так и называются «телефонная пара».
Интересно вспомнить, что старые (не ADSL) модемы работали только с домашними телефонами, они не работали в офисных телефонных сетях. Причина состояла в том, что в домашних и в офисных телефонных сетях, к сожалению, разное электрическое напряжение. Модемы были предназначены только для домашних телефонных сетей. Было ли это связано с конкуренцией между телефонами и интернетом, либо существовали какие-то иные причины – история умалчивает. Скорее всего, как это часто бывает, просто так получилось.
Появление мобильной связи и мобильного интернета
С появлением мобильной связи вопросы доступа в интернет через вышки сотовых операторов, как ни странно, возникли далеко не сразу. Сначала были предприняты попытки обеспечить доступ мобильных телефонов в интернет с помощью тех же самых модемов. В мобильном телефоне предусматривали наличие модема, с помощью которого мобильный телефон мог смодулировать интернетовский сигнал поверх… звукового сигнала, сигнала голоса, речи.
Получалось так, что первоначально в мобильной связи применили аналогичный подход, как и в стационарных телефонах. Только в отличие от стационарного телефона мобильный телефон был изначально снабжен модемом, и мог сам выходить в Интернет.
А что в интернете мог делать старый кнопочный мобильный телефон? Собственно говоря, ничего. Тогда зачем мобильный телефон нужно было подключать к интернету? Для того чтобы мобильный телефон мог быть превращен в модем, подключаемый к компьютеру!
Схема выхода в Интернет с помощью кнопочного мобильного телефона
Как можно выйти в Интернет с помощью старого кнопочного мобильного телефона?
1) Мобильный телефон «дозванивался» до провайдера и устанавливал с ним связь с помощью встроенного в мобильный телефон модема.
2) Одновременно, мобильный телефон проводом соединяли с компьютером. Например, подключали мобильный телефон к USB-разъему компьютера.
3) Иногда вместо проводного подключения к компьютеру применяли соединение по радио BlueTooth (блютус). Это был уже более современный способ связи. Он применялся только на мобильных телефонах, имеющих этот самый блютус.
4) Компьютер настраивали на работу с интернетом через мобильный телефон.
5) Выход в интернет происходил в компьютере. При этом мобильный телефон был лишь средством мобильной беспроводной коммуникации. Браузеры стояли только в компьютерах, их тогда еще не было в мобильных телефонах. Либо это были первые попытки создания браузеров в мобильных телефонах, весьма далекие от совершенства.
При описанном соединении, во-первых, скорость интернета была медленной, не лучше, чем с помощью обычного модема. Во-вторых, такое подключение к Интернету стоило довольно дорого. Ведь мобильный телефон воспринимался и виделся сотовым оператором как подключенный к голосовому соединению. Не важно, что вместо голоса, в мобильную сеть «говорил» и «слушал» модем. Все равно сотовый оператор считал это голосом, и тарифицировал соединение поминутно. Это было весьма дорого! Зато у пользователя компьютера и мобильного телефона был интернет даже там, где не было под рукой телефонной линии с модемом.
Современная мобильная связь и интернет
Сотовые операторы в какой-то момент поняли, что интернет интересен пользователям мобильных телефонов, даже несмотря на сложность подключения и дороговизну. Вот тут-то и «включились мозги» инженеров. Специалистам сразу же показалось странным, зачем модулировать интернет соединение поверх голоса, если голос из мобильного телефона потом снова превращается в цифровой сигнал.
Где логика? Интернет сигнал цифровой. Но с помощью модема его сначала превращают в аналоговый сигнал. А потом обратно превращают в цифровой сигнал для передачи на вышку сотового оператора. Сложнее не придумаешь! Теряется скорость передачи данных, надежность соединения, ухудшаются многие другие технические характеристики.
В итоге интернет сигнал перестали модулировать поверх голосового сигнала, то есть, отказались от старой схемы, присущей домашнему стационарному телефону. После этого сразу же в мобильных телефонах появилась возможность получать и отправлять цифровые интернет сигналы непосредственно из телефона на вышку сотового оператора. Это давало колоссальный прирост скорости интернета и повышало качество и надежность соединения.
У специалистов сотовых операторов возник следующий вопрос. Почему сотовые операторы являются лишь посредниками между пользователем мобильного телефона и провайдером интернета? Кто мешает сотовому оператору самому стать провайдером интернета? Никто!
Так наши сотовые операторы стали провайдерами. Теперь все они есть не только телефонные операторы, но и операторы услуг доступа в интернет. А все широко известные и популярные тарифы сотовых операторов обязательно включают в себя опцию: гигабайты интернета либо даже безлимитный интернет в дополнение к минутам разговоров и количеству СМС-сообщений.
Кстати, для стареньких, но еще применяемых кнопочных мобильных телефонов, стало, практически, невозможно подобрать подходящий тариф сотового оператора, то есть, без интернета. Теперь практически все опции, которые предлагают сотовые операторы, содержат гигабайты интернета.
Но зачем платить за гигабайты, если кнопочный телефон не имеет встроенного браузера, и не имеет возможности выхода в интернет?! Но это «небольшие» мелочи, никак не влияющие на прогресс мобильной связи.
Что такое телефон с интернетом
Особенность старого кнопочного мобильного телефона состоит в том, что с его помощью можно только звонить и писать смс-сообщения. Это телефон БЕЗ интернета. Он работает без плюсов выхода во всемирную сеть, но также и без минусов, связанных с интернетом.
Телефон с интернетом – это умное устройство (смартфон) для выхода в интернет, а также для голосового, видео общения, смс и т.д.
О мобильном интернете
Дальнейшее развитие мобильного интернета – дело техники. Первоначально скорости мобильного интернета были маленькие. Затем стали расти. Появились стандарты 3G, 4G,активно развивается 5G.Чем «больше» G, тем быстрее интернет. Да и в 3G прекрасно, порой, показывается видео.
Кстати, стандарт 2G есть как раз тот самый «старенький» стандарт, когда мобильный телефон работал в режиме модема. Да и сейчас в некоторых местах и в некоторых случаях на смартфонах включается режим 2G (или E, как показывает индикатор на экране смартфона) – это самый медленный вариант соединения, когда интернет попросту «стоит» и лишь слегка «шевелится».
В итоге, мы, пользователи мобильной связи, стали обладателями не кнопочных телефонов, а «умных телефонов», смартфонов, айфонов со встроенными браузерами, с экранами, с доступом в интернет даже без компьютеров. Фактически, каждый пользователь смартфона стал держать в руках небольшой компьютер, по мощности превосходящий компьютеры времен первого, тогда еще лишь проводного, интернета.
Причем, современные смартфоны уже просто не могут «жить» без интернета. Связь мобильная фактически, конкурирует с интернетом. Многие соцсети имеют возможности не только обмена данными, но и работают в режиме «позвонить». То же относится и к мессенджерам, и к иным мобильным приложениям.
Да и пользователи смартфонов часто вместо «поговорить» пользуются вариантами «написать», «отправить» картинку, видео, голосовое сообщение. Активно меняются привычные способы общения. Меняется жизнь…
Современные смартфоны и компьютеры – заодно!
Компьютеры тоже развиваются. Нельзя сказать, что их будущее сомнительно в сравнении со смартфонами. Явно в дальнейшем будут как те, так и другие. Компьютерам тоже нужен интернет, много интернета! Тут смартфоны были, есть и будут настоящими помощниками для компьютеров.
Как ни странно, сохранился старый режим, когда мобильный телефон можно соединить с компьютером, и сделать из мобильного телефона точку доступа в интернет. К интернету подключается мобильный телефон (телефон подключается к провайдеру интернета). А компьютер подключается к мобильному телефону. В итоге получается доступ компьютера к интернету посредством мобильного телефона.
Помимо старинного способа прямого соединения компьютера со смартфоном, подключить компьютер к мобильному телефону теперь можно разными способами. По старинке, по проводу через USB-порт компьютера. Можно соединить компьютер и смартфон по радио с помощью BlueTooth. А можно и посредством Wi-Fi соединения. Последнее, а именно Wi-Fi, дает массу дополнительных возможностей!
Любой современный смартфон может как бы «раздавать» Wi-Fi. Этот вид связи обычно используется смартфонами для подключения к интернету без помощи СИМ-карты мобильного оператора. Но этот же способ связи позволяет смартфонам становиться точкой доступа к мобильному интернету, к интернету сотового оператора. Смартфон превращается в своего рода небольшой роутер, который способен обеспечить соединение не одним, а сразу с несколькими компьютерами, планшетами и такими же смартфонами, как он сам.
Такое разнообразие возможностей дает нам цифровая техника. Первые модемы были аналоговые. Они «накладывали» цифровой интернет сигнал на звуковой аналоговый сигнал. Это не давало каких-либо иных дополнительных возможностей. А вот как только мобильный интернет стал цифровым от начала до конца, от вышки сотового оператора, то смартфона – появилось множество технологичных способов соединений устройств между собой.
Теперь нам плохо представляется жизнь без интернета. Будь то мобильный телефон, будь то планшет, компьютер, даже умный телевизор, умный домашний робот – пылесос, холодильник и прочее. Интернет теперь есть, практически, везде, и он востребован. Жизнь продолжается…