Первая в мире полностью автоматическая система мобильной телефонной связи для автомобилей, MTA (Mobiltelefonisystem A), заработала в Швеции в 1956 году, ровно 70 лет назад. Аппарат на лампах и реле весил 40 килограммов, зато водитель сам набирал номер диском прямо из машины, без телефонистки. От этого «телефона в багажнике» через американские службы с операторами, советский «Алтай» и идею сот дорога вела к NMT, первому стандарту сотовой связи с автоматическим роумингом: его первая сеть открылась в 1981 году.
Эту историю легко рассказать как смену аппаратов, но она больше про инженеров. Раз за разом они упирались в одни и те же стены: мало частот, тяжёлое железо, человек-посредник между абонентами и граница зоны, за которой телефон превращался в бесполезный груз. Шведы из Televerket, американцы из Bell Labs, воронежские разработчики «Алтая» и скандинавский комитет, придумавший NMT, ломали эти стены по-разному и по очереди.
Сорок килограммов ламп и реле: как работала шведская MTA
MTA придумали не в лаборатории электротехнического гиганта, а у самого оператора связи. Систему создали Стуре Лаурен (Sture Laurén) и другие инженеры шведского оператора Televerket. Железо поставляли несколько компаний: коммутатор дала Ericsson, а сами телефоны и оборудование базовых станций выпускали Svenska Radioaktiebolaget (SRA) и Marconi.
Что означало слово «автоматическая» в 1956 году? Абонент в машине пользовался обычным дисковым номеронабирателем и звонил напрямую, никого не прося соединить. До автомобильного телефона можно было и дозваться: аппарат принимал вызов. Но входящий звонок по-прежнему требовал человека: оператору приходилось определять, какая базовая станция ближе всего к машине. Полная автоматика пока работала только в одну сторону, от водителя наружу.
Автомобильный телефон шведской системы MTA (1956) — первой полностью автоматической мобильной телефонной системыНачинка соответствовала эпохе: электронные лампы и реле, а общий вес комплекта 40 килограммов. Следующее поколение не заставило себя ждать. В 1962 году появилась MTB (Mobile System B), кнопочный аппарат на транзисторах с тональным набором DTMF, который сделал связь заметно надёжнее. В 1971 году вышла версия MTD: к ней допустили технику разных производителей, и она стала коммерчески успешной. Сеть проработала до 1983 года, и даже в день закрытия ею пользовались 600 клиентов.
Есть и неувязка, которую стоит назвать прямо. В той же англоязычной статье, где MTD описана как продолжение автоматической линии MTA, в соседнем разделе шведская MTD отнесена к системам с ручным управлением, вместе с норвежской OLT 1966 года и финской ARP 1971 года. По этой версии все три в начале 1980-х сменила автоматическая NMT. Источник здесь противоречит сам себе, и выбирать одну версию за него нельзя.
Карманный телефон, который сначала нарисовали
Мечта говорить без провода намного старше любого работающего аппарата. В 1908 году компания Oakland Transcontinental Aerial Telephone and Power Company вместе с неким профессором объявила, что создала беспроводной телефон. Позже их обвинили в мошенничестве; дело в итоге закрыли, но ни одного телефона так и не выпустили. В 1917 году финский изобретатель Эрик Тигерстедт подал успешную заявку на патент, который описывал «складной телефон карманного размера с очень тонким угольным микрофоном» (перевод с английского).
Первыми настоящими мобильными абонентами стали пассажиры поездов. С 1918 года немецкие железные дороги испытывали беспроводную телефонию на линии между Берлином и Цоссеном. В 1924 году начались публичные испытания на поездах Берлин — Гамбург, в 1925 году появилась компания Zugtelephonie AG, поставлявшая оборудование, а в 1926 году телефон в вагонах Deutsche Reichsbahn на этом маршруте официально предложили пассажирам первого класса.
Художники и писатели обгоняли инженеров. В 1906 году английский карикатурист Льюис Баумер опубликовал в журнале Punch рисунок «Прогнозы на 1907 год»: в лондонском Гайд-парке мужчина и женщина, каждый сам по себе, заняты ставками и свиданиями через аппараты беспроволочного телеграфа. В 1919 году У. К. Хаселден нарисовал шесть неловких ситуаций под заголовком о карманном телефоне и вопросом, когда же он зазвонит. Илья Эренбург в 1923 году мимоходом упомянул «карманные телефоны» среди достижений техники в рассказе из сборника «Тринадцать трубок». В 1926 году Карл Арнольд изобразил людей, говорящих по мобильным телефонам на улице, в немецком сатирическом журнале Simplicissimus. А сыщик из американских комиксов Дик Трейси в 1946 году получил двустороннее наручное радио на атомной батарейке, в 1964-м его заменил наручный телевизор.
Реальная техника выглядела куда скромнее. Ручные радиостанции существовали с 1940-х, тогда же некоторые телефонные компании начали предлагать телефоны для автомобилей. Устройства были громоздкими, ели много энергии, а сеть держала лишь несколько одновременных разговоров.
Сент-Луис, 1946: три канала на целый город
В США инженеры Bell Labs взялись за систему, которая позволяла бы звонить из машины и принимать звонки. 17 июня 1946 года в Сент-Луисе (штат Миссури) открылась мобильная служба, а вскоре AT&T предложила Mobile Telephone Service, MTS. С датами здесь тоже есть разнобой: по одной формулировке источника, служба стартовала в Сент-Луисе в 1946 году и к 1948-му охватила сто городов и коридоров вдоль шоссе, по другой, коммерческой MTS стала только в 1949 году.
Пользоваться ею было непросто. Звонок вручную соединял оператор, а абонент нажимал кнопку на трубке, чтобы говорить, и отпускал, чтобы слушать. Оборудование весило около 36 кг. Главным ограничением был эфир: в городе было всего три радиоканала, поэтому звонить из машины одновременно могли лишь три человека. Удовольствие стоило 15 долларов в месяц плюс 30–40 центов за местный звонок, что в долларах 2012 года составляет около 176 долларов в месяц и от 3,50 до 4,75 доллара за разговор. Неудивительно, что MTS оставалась редкостью: около пяти тысяч клиентов делали примерно 30 000 звонков в неделю.
Секретности не было никакой. Разговоры шли открытым аналоговым сигналом, и подслушать их мог любой владелец приёмника, настроенного на нужные частоты. В Великобритании в 1959 году вокруг Манчестера запустили автомобильную Post Office Radiophone Service: звонить приходилось через оператора, зато соединяли с любым абонентом страны. В 1965 году службу распространили на Лондон, в 1972-м на другие крупные города. В том же 1959 году маленькая S&T Telephone Company из Брюстера в Канзасе на оборудовании Motorola открыла местную мобильную службу с прямым набором; телефоны ставили в легковые машины, грузовики и даже зерноуборочные комбайны. Проработав совсем недолго, система была отключена по так и не выясненной причине, руководство компании сменилось, а оборудование в начале 1960 года разобрали.
Первое крупное улучшение AT&T представила в 1965 году и без затей назвала его Improved Mobile Telephone Service, IMTS. Каналов стало больше, абонент получил возможность набирать номер сам, без оператора, а комплект в машине стал меньше и легче. Но спрос всё равно обгонял ёмкость. По договорённости с регуляторами штатов AT&T ограничила службу 40 000 клиентов на всю систему. В Нью-Йорке 2000 абонентов делили 12 радиоканалов и обычно ждали около получаса, чтобы позвонить.
Параллельно независимые компании в 1960-х построили собственные службы Radio Common Carrier. Это был лоскутный мир: единых технических стандартов не было, форматы сигналов различались, а общей базы для расчётов не существовало. Телефон службы из Омахи вряд ли заработал бы в Финиксе, поэтому роуминг никто не поощрял. Среди клиентов попадались владельцы полнодуплексных телефонов в чемоданчиках, по меркам того времени совершенно передовых. В Европе картина была похожей: в Западной Германии в 1958 году открылась первая публичная коммерческая сеть A-Netz, в 1972-м её сменила B-Netz с автоматическим соединением, а в июле 1971 года компания Burndept запустила в Лондоне Readycall с подпиской за 16 фунтов в месяц. Все эти системы между собой были несовместимы.
«Алтай»: идея из Японии, которой в Японии не было
Советская история автомобильного телефона началась с недоразумения. В середине 1950-х, во время правительственного визита в Японию, делегация увидела, что из машины можно связаться с руководством, и на высоком уровне решили сделать такую же систему в СССР. Позже выяснилось, что в Японии работала обычная диспетчерская радиосеть, где абоненты выходили в эфир по очереди. Но решение уже приняли, и в конце 1950-х постановление ЦК КПСС и Совета министров СССР запустило разработку под шифром «Алтай-1». Англоязычная статья называет точный год начала работ: 1958-й.
Работу разделили между четырьмя организациями. Головным стал московский Государственный специализированный проектный институт (ГСПИ) с главным конструктором Моисеем Шкудом: антенны и опытный район в Москве. Ленинградский завод «Красная заря» под руководством Сергея Иванова отвечал за коммутацию и стыковку с городской телефонной сетью. Ленинградский НИИ-56 во главе с Михаилом Иоффе создавал генераторное оборудование. Основные принципы и алгоритмы, а также центральную станцию и абонентские радиостанции разрабатывал Воронежский НИИ связи (ВНИИС) с главным конструктором Леонидом Моргуновым.
Чёткого технического задания не существовало, и первое время перебирали варианты. Эфир тем временем был забит: после войны разные ведомства эксплуатировали массу радиостанций, новых и устаревших, отечественных, импортных и трофейных. Из-за плавающих частот, слабой избирательности приёмников и побочных излучений они мешали друг другу. Ответом стала концепция координированной системы: дуплексный режим, автоматический выход в городскую телефонную сеть и многоканальный «ствол», в котором любой свободный канал доступен любому абоненту, а число каналов рассчитано статистически под заданное количество пользователей.
Больше всего работы досталось Воронежу. ВНИИС, созданный в 1958 году на базе завода «Электросигнал» специально под перспективную радиосвязь, собрал опытных инженеров заводского КБ и вчерашних студентов местного радиотехникума и вузов со всей страны. Во многом именно их руками система и была сделана.
Карманный вариант в СССР тоже существовал, но остался в стороне. Московский инженер Леонид Куприянович в 1957–1961 годах показал несколько экспериментальных карманных радиотелефонов; модель 1961 года весила всего 70 граммов и умещалась на ладони. Однако сначала решили развивать автомобильный «Алтай». Идеи Куприяновича подхватили в Болгарии: в 1965 году компания «Радиоэлектроника» показала в Москве на выставке «Инфорга-65» мобильный автоматический телефон с базовой станцией на 15 абонентов, а в 1966 году на «Интероргтехнике-66» появился карманный RAT-0,5 со станцией RATZ-10, рассчитанной на шесть абонентов.
От «Волги» ГАЗ-21 до Останкинской башни
В начале 1963 года антенны центральной станции «Алтай-1» смонтировали на шпиле высотки на Котельнической набережной, а оборудование разместили в самом здании. Первую линейную станцию поставили на трассе Москва — Тула, первые три абонентские радиостанции собрали на автомобилях «Волга» ГАЗ-21. Абонентский комплект состоял из трёх блоков: приёмопередатчик весил 10 кг, пульт управления 9 кг, блок питания 4,5 кг. Летом 1965 года система прошла государственные испытания и получила рекомендацию к серийному выпуску. Тогда же через «Алтай-1» провели первый прямой репортаж из автомобиля: политический обозреватель Юрий Фокин вёл его со встречи Фиделя Кастро.
Устройство «Алтая» хорошо показывает, как инженеры обходились без цифровой логики. На свободных каналах центральная станция непрерывно передавала маркерный тон 2397 Гц. Приёмник машины каждые две секунды обегал каналы ствола в поисках своей комбинации из трёх частот, а номер вызова в ранних аппаратах буквально задавали три фильтра, установленные на заводе. Услышав свою комбинацию, станция останавливалась, звонила и отвечала подтверждением. Для звонка из машины аппарат занимал свободный канал с маркером и получал от станции привычный городской гудок. Пользоваться им было так же просто, как обычным телефоном, а чтобы дозвониться в машину из города, после номера центральной станции набирали дополнительный номер абонента. Один восьмиканальный ствол обслуживал около тысячи абонентов.
В 1967–1968 годах «Алтай-1» помимо Москвы заработал в Киеве, Воронеже, Ленинграде и Ташкенте. Им пользовались не только руководители, но и строители, например воронежский «Оргтехстрой-4» и «Главкиевгорстрой». В 1969 году группа ВНИИС сделала первую полностью полупроводниковую абонентскую станцию «Алтай АС-1М», впятеро меньшую и легче прежних. С 1970 года разрабатывали «Алтай-3»: двух стволов по восемь каналов в диапазоне 150 МГц уже не хватало, и систему перевели в диапазон 330 МГц со 188 каналами. В марте 1975 года «Алтай-3» заработал в Будапеште. По русской статье, в 1973 году «Алтаем» пользовались около 8000 абонентов в 30 городах; англоязычная статья говорит, что 30 городов система охватила уже к 1970 году.
Самую крупную модернизацию провели в 1977–1978 годах к московской Олимпиаде-80 под руководством главного конструктора В. М. Кузьмина. Появилась полностью полупроводниковая базовая станция, а её антенны и оборудование подняли на Останкинскую телебашню, на высоту 248 метров. Связь доставала до 100 км, устойчиво работала примерно на 50 км. Новую абонентскую станцию «Алтай-АС-3М» выпускал завод «Спутник» в Молодечно, и она снова стала впятеро компактнее. К 1980 году подготовили 200 станций для машин организаторов, гостей, спортивных делегаций, комментаторов и журналистов. На время Игр почти вся система работала на Олимпиаду, через неё шли почти все прямые репортажи.
После Олимпиады «Алтай» пошёл вширь: в Москве работали 17 стволов, им пользовались городские службы, скорая помощь, пожарные. В 1983 году Кузьмин и его заместитель О. Д. Фомин получили Государственную премию СССР; к тому времени система обслуживала около 135 городов и 30 тысяч абонентов. За всю жизнь «Алтай» работал более чем в 200 городах, на нём запустили около 250 стволов и эксплуатировали больше 40 тысяч абонентских станций. Слабости были заложены в саму конструкцию: система не умела вести учёт абонентов для оплаты, исходящий звонок мог сделать любой владелец аппарата, а открытый аналоговый канал ничем не был защищён от прослушивания.
Шестиугольники Bell Labs и звонок сопернику
Пока по городам ездили машины с одной большой антенной на весь город, главная идея будущей мобильной связи уже лежала на бумаге. В декабре 1947 года инженеры Bell Labs Дуглас Ринг и У. Рэй Янг предложили делить территорию на шестиугольные соты. Ни техники для этого, ни выделенных частот тогда не было. Только через два десятилетия их коллеги Ричард Френкель, Джоэл Энгел и Филип Портер превратили набросок в подробный план системы. Портер первым предложил ставить на вышки направленные антенны, чтобы снизить помехи и чаще повторять частоты, и придумал схему, при которой номер сначала набирают и лишь потом отправляют: так меньше времени тратится впустую.
Во всех ранних системах телефон должен был весь разговор оставаться в зоне одной базовой станции. Повторное использование частот и передачу звонка из соты в соту описали в конце 1960-х в статьях Френкеля и Портера. В 1970 году инженер Bell Labs Эймос Джоэл-младший изобрёл схему, помогавшую передавать звонок между сотами, но коммутаторы быстро стали шустрее, и её так и не применили. План сотовой коммутации описали Флур и Нуссбаум в 1973 году, систему сигнализации Хаченбург с соавторами в 1977-м.
До 1973 года мобильный телефон означал аппарат, встроенный в машину. 3 апреля 1973 года исследователь и менеджер Motorola Мартин Купер сделал первый звонок с ручного аппарата, причём набрал своего конкурента Джоэла Энгела из Bell Labs. Прототип весил 2 кг при размерах 23 на 13 на 4,5 см, работал в режиме разговора всего 30 минут и заряжался 10 часов. За этим аппаратом закрепилось прозвище «кирпич».
За спиной Купера стоял его начальник Джон Митчелл, руководивший в Motorola портативной связью: именно он добивался, чтобы компания делала устройства, достаточно маленькие для использования где угодно, и сам участвовал в проектировании телефона. В продажу «кирпич» попал нескоро: по одной формулировке источника, в октябре 1983 года и только в США, по другой, DynaTAC 8000X вышел в первой американской сети 1G компании Ameritech 6 марта 1983 года. Разработка обошлась в 100 миллионов долларов и заняла больше десяти лет, но очереди желающих исчислялись тысячами.
Первые автоматические аналоговые сотовые сети при этом открылись не в США. В 1979 году японская NTT запустила систему для автомобильных телефонов в Токио. В сентябре 1981 года сотовую сеть запустила в Швеции компания Comvik, дочерняя фирма Millicom, и там же появился первый портативный телефон для сотовой сети, доступный в продаже, разработанный E. F. Johnson и Millicom. Через месяц, в октябре, заработала NMT в других северных странах.
NMT: телефон, которому не нужна граница
NMT (Nordic Mobile Telephony) стала первым в истории стандартом сотовой связи с автоматическим роумингом. Её спецификацию начали готовить ещё в 1970-х годах в комитете северных администраций связи, куда входили Швеция, Норвегия, Дания, Исландия, Финляндия и, по русской статье, ещё некоторые европейские страны. Первая сеть стандарта появилась в 1981 году.
Переносной комплект телефона сети NMT производства Simonsen Radiofabrikk, 1981 годТехнически NMT оставалась аналоговой и относилась к стандартам с частотным разделением каналов (FDMA). Каждый абонент на время разговора получал собственный полнодуплексный радиоканал. В версии на 450 МГц телефон передавал в полосе 453–457,5 МГц, а базовая станция отвечала в полосе 463–467,5 МГц, с разносом в 10 МГц между приёмом и передачей.
Мобильный телефон Simonsen AMT-10 для сети NMTГлавная новизна была не в радио, а в договорённости. Абонентские аппараты были полностью совместимы с базовыми станциями системы в любой стране, где она работала, поэтому телефон можно было взять с собой в поездку. Служебные сигналы между аппаратом, базовой станцией и центром коммутации были цифровыми, их передавали быстрой частотной манипуляцией FFSK. Помимо номера канала и зоны обслуживания, они сообщали, в какой стране сейчас находится абонент. Сильной стороной стандарта считалась надёжная работа на открытых пространствах.
Приёмопередатчик Simonsen AMT-10 (Automatic Mobile Telephone 10) для сети NMTУстройство сети выглядит знакомо и сегодня. Центр коммутации управляет системой и связывает мобильные телефоны с обычной телефонной сетью общего пользования. Каждый такой центр обслуживает группу базовых станций, и вместе они образуют его зону. Именно эта схема, когда разговор держит не одна городская антенна, а целая сеть станций, отличала сотовую систему от «Алтая» и американских служб с несколькими каналами на город.
Siemens Attache — «переносной офис с телефоном» в чемодане для сети NMTИ снова источники расходятся в том, где всё началось. Русская статья сообщает, что первая сеть NMT-450 заработала в сентябре 1981 года в Саудовской Аравии; её смонтировала и запустила Ericsson, участвовавшая в строительстве сетей NMT-450 в Скандинавии. Англоязычная статья называет октябрь 1981 года и северные страны. Так или иначе, именно NMT в начале 1980-х сменила разрозненные ручные системы: норвежскую OLT, финскую ARP и, по одной из версий, шведскую MTD.
Долгий закат аналога: от NMT-900 до Котласа
В 1983 году решили разработать версию NMT-900 на диапазон 900 МГц. Она заработала только в декабре 1986 года. В том же 1983 году закрылась и шведская сеть MTD, выросшая из MTA.
Телефон Panasonic для сети NMT-900 в сумке-переноске, 1980-е годыДля советской связи NMT стала ответом на собственный тупик. К концу 1980-х принципы «Алтая» устарели, а новые отечественные программы почти не финансировались. На международный конкурс по телефонизации СССР пришли 14 иностранных фирм и совместных предприятий, отечественным производителям показать было нечего. В итоге NMT-450 приняли в качестве федерального стандарта, а в 1994 году в России федеральным стал цифровой GSM. В 1990-е сеть NMT-450i эксплуатировал первый российский мобильный оператор «Дельта Телеком».
Цифровая волна накрыла аналог быстро. В 1991 году в Финляндии открылась первая сеть GSM, Radiolinja. В Европе диапазон 900 МГц использовали и первое, и второе поколение, поэтому аналоговые сети спешно закрывали, освобождая место. Вместе с 2G телефоны превратились в устройства весом 100–200 граммов, а 3 декабря 1992 года в Великобритании отправили первое машинное SMS; первое сообщение от человека к человеку ушло в Финляндии в 1993 году. В первой половине 2000-х сети NMT-450 и NMT-900 начали постепенно уступать цифровым стандартам.
«Алтай» уходил долго и неровно. По одному разделу русской статьи, в Воронеже он действовал до конца 2011 года и был закрыт по экономическим причинам, а оставшимся абонентам, которых было меньше пятидесяти, раздали станции транкинговой системы «КаРаТ» с теми же номерами; по другому, в Воронеже «Алтай» окончательно перестал работать в 2013 году. Сам «КаРаТ» «Ростелеком» отключил 2 марта 2015 года. В Ленинграде оборудование начали разбирать в марте 2011 года, а осенью с башни сняли антенны. Англоязычная статья при этом утверждает, что версии «Алтая» до сих пор служат транкинговой связью в некоторых районах России.
Последняя точка в аналоговой мобильной связи страны поставлена в провинции. 30 мая 2017 года в Котласе Архангельской области отключили последнюю базовую станцию последней российской сети NMT-450. От шведского запуска 1956 года, когда сорокакилограммовый ламповый аппарат впервые позволил водителю самому набрать номер, прошло больше шестидесяти лет.
