Badania naukowe

Będą pojawiać się coraz nowsze rodzaje usług dostępnych w telefonii komórkowej. 
Naukowcy zaprogramowali ok. 200 najrozmaitszych usług, jakie już mogłaby 
świadczyć „komórka”. Wdrożono ich zaledwie kilkadziesiąt.

Halina Bykowska

Telefon komórkowy to obecnie żaden luksus. Posługuje się nim nawet dziecko uczęszczające do szkoły podstawowej. Ogromnemu powodzeniu tych miniaturowych przenośnych urządzeń telekomunikacyjnych towarzyszy niemały postęp w ich doskonaleniu. Pierwszy przenośny system telekomunikacyjny pojawił się w 1979 r. w USA. Aparatura miała wielkość skrzyni i ważyła kilkadziesiąt kilo. Tworzyła zaawansowany system radiokomunikacji przenośnej (Advanced Mobile Phone Service). Nowoczesny telefon komórkowy waży teraz kilkaset razy mniej i jest znacznie bardziej funkcjonalny. W świecie używanych jest obecnie ponad miliard telefonów komórkowych. Ich liczba przekroczyła niedawno liczbę telefonów stacjonarnych.

TELEFON NA KÓŁKACH

– Pierwszy przenośny telefon zbudowały amerykańskie koncerny, które autentycznie były zainteresowane rozwojem telefonii komórkowej – informuje prof. Dominik Rutkowski, kierownik Katedry Systemów i Urządzeń Radiokomunikacyjnych Politechniki Gdańskiej. – Posiadały one bardzo dobrze rozwiniętą, jak na owe czasy, bazę techniczną i technologiczną. Zaangażowane w budowę pierwszego telefonu komórkowego były m.in. laboratoria. Nad tym urządzeniem pracowało bardzo wielu inżynierów radiokomunikacji oraz specjalistów informatyków. Skupieni byli wokół koncepcji opracowania dobrego nadajnika i odbiornika.

Pierwszy telefon komórkowy miał bardzo duże gabaryty, był ciężki i bardzo drogi. Wożono go w samochodzie. Jego eksploatacja była kosztowna. Używali go głównie biznesmeni oraz inni bardzo zamożni ludzie. Przekaz informacji odbywał się drogą radiową. Innowacja polegała na wykorzystaniu koncepcji, według której kanały radiowe mogły być używane wielokrotnie na różnych obszarach znajdujących się w odpowiedniej odległości.

– Transmisja drogą radiową charakteryzuje się tym – wyjaśnia prof. Rutkowski – że moc sygnału emitowanego przez nadajnik maleje dość szybko. Im odległość jest większa, tym mniejsza jest moc sygnału. Na wolnej przestrzeni moc sygnału jest większa niż na przestrzeni zabudowanej. Jeżeli odległość zwiększy się dwukrotnie, moc sygnału zmniejszy się czterokrotnie. W pewnej odległości moc sygnału bywa na tyle mała, że nie stanowi przeszkody w użytkowaniu tego samego kanału ponownie. Stosunkowo nieduża liczba kanałów radiowych, które można wydzielić z pasma o określonej częstotliwości przyznanego konkretnemu systemowi, może zapewnić obsługę setek tysięcy albo nawet milionów użytkowników.

Olbrzymi postęp techniczny i technologiczny, zwłaszcza w produkcji układów scalonych o wielkiej skali integracji, doprowadził do tego, że z upływem lat malały gabaryty telefonu komórkowego.

JAK TO DZIAŁA?

W telefonie komórkowym znajduje się mikrofon. za jego pośrednictwem sygnał przekazywany jest do odpowiednich bloków układów elektronicznych o dużej skali integracji, znajdujących się w tym niedużym aparacie telefonicznym. Bloki spełniają wiele funkcji związanych z przetwarzaniem sygnałów w sposób cyfrowy. Dochodzi do kompresji informacji, zawartej w sygnale mowy. Innymi słowy, zmniejszeniu ulega objętość danych cyfrowych reprezentujących sygnały mowy, aby prędkość przekazywania sygnału cyfrowego była możliwie mała.

Po kompresji informacji odbywa się proces tzw. kodowania nadmiarowego, który służy zabezpieczeniu bloków przenoszących segmenty sygnałów mowy przed błędami. Sygnał cyfrowy przekazywany jest do modulatora, gdzie dokonuje się przesunięcie „widma” sygnału z podstawowego pasma częstotliwości do pasma radiowego przyznanego danemu systemowi. Sygnał wyjściowy z modulatora przekazywany jest do nadajnika, a stamtąd do anteny, która emituje falę elektromagnetyczną. W aparatach komórkowych pierwszych generacji, które powstały prawie 30 lat temu, transmisja odbywała się w systemie analogowym, a nie cyfrowym, jak obecnie. Jakość odbioru sygnału była kiepska.

– W grę wchodziły również duże moce fal elektromagnetycznych, co stwarzało niemałe zagrożenie zdrowia człowieka – podkreśla prof. Rutkowski.

Sieć komórkową obsługują operatorzy dysponujący stacjami bazowymi budowanymi na terenie całego kraju co kilka lub kilkanaście kilometrów. Stacja bazowa obejmuje zespół nadajników i odbiorników radiowych, z których każdy może zapewnić obsługę kilku stacji ruchomych. Na terenie wiejskim stacja wygląda jak kontener. Posiada maszt antenowy. Takie stacje nierzadko widuje się na polu. W mieście maszty antenowe oraz zespoły nadajników i odbiorników lokuje się na budynkach mieszkalnych lub w pobliżu wież kościelnych. – Nie stanowi to zagrożenia dla mieszkańców – zaznacza prof. Rutkowski. – Natomiast antena stacji telefonów komórkowych stwarza największe zagrożenie dla ludzi w budynkach usytuowanych w odległości 300 m, dlatego, że moc sygnału emitowanego jest wtedy duża. Antena nie powinna emitować sygnału w kierunku mieszkań.

Stacja bazowa, choć przypomina tradycyjne centrale telefoniczne, jest znacznie bardziej złożona. Sprzężona jest łączami stałymi z siecią telekomunikacyjną. Wszystkie funkcje polegające na nawiązywaniu połączenia, a także dotyczące jego utrzymywania i rozłączania, realizowane są całkowicie automatycznie, dzięki różnym programom komputerowym. Mimo to człowiek jest niezbędny. System każdego operatora znajduje się pod nadzorem fachowców czuwających całą dobę przy monitorach komputera, gdzie na bieżąco wyświetlane są komunikaty o różnych zdarzeniach w sieci. Realizowana jest ponadto automatyczna, zdalna diagnostyka pracy tych urządzeń. Do fachowców na bieżąco docierają informacje o uszkodzeniach w sieci. Automatycznie obliczane są koszty wszystkich połączeń natychmiast po zakończeniu rozmowy czy nadaniu tzw. sms-ów.

– System ma za zadanie utrzymywanie połączenia, które abonent realizuje – mówi prof. Rutkowski. – Dotyczy to także ludzi korzystających z kart, a nie ze stałego abonamentu.

NOWA ERA

W miarę upływu czasu będą pojawiać się coraz nowsze rodzaje usług dostępnych w telefonii komórkowej. Naukowcy zajmujący się tą dziedziną radiokomunikacji zaprogramowali ok. 200 najrozmaitszych usług, jakie już mogłaby świadczyć „komórka”. Tymczasem wdrożono ich zaledwie kilkadziesiąt. Do najbardziej spektakularnych usług zalicza się te, które dostępne będą w nowym Globalnym Systemie Radiokomunikacji Komórkowej (UMTS). Zastąpią one dotychczasowy system GSM.

– W związku z wdrażaniem systemu UMTS będą budowane nowe stacje bazowe i produkowane nowe, wielofunkcyjne telefony komórkowe – informuje prof. Rutkowski. – Będą one zapewniały przekazywanie nie tylko sygnałów mowy i danych, ale również będą udostępniać wideotelefonię dobrej jakości, umożliwiać przeglądanie stron internetowych itp. Wdrażanie tego systemu miało się rozpocząć w 2003 r. Jednak ze względu za opóźnienie produkcji urządzeń, system UMTS pojawi się w Polsce w roku następnym.

W niektórych wielkich aglomeracjach krajów zachodnioeuropejskich system UMTS funkcjonuje już w formie zalążkowej. Stany Zjednoczone rozwijają system CDMA 2000 (Code Division Multiple Access). Oba nowoczesne systemy będą kompatybilne. Już pracuje się nad rozwojem obydwu systemów i wdrożeniem zmian do 2010 r. Pracom badawczym patronują i koordynują je znaczące firmy telekomunikacyjne, jak również organizacje międzynarodowe, w tym Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny w Genewie.

W pracach badawczych uczestniczą naukowcy z całego świata. Telefon komórkowy w systemie UMTS będzie miał większy ekran, by możliwe było odebranie jak najbogatszego zestawu danych, w tym rozkładów jazdy, planów miast. Będzie można oglądać mapę terenu, po którym poruszamy się samochodem czy plan miejscowości, w której znajdziemy się po raz pierwszy. Jeśli zgubimy się w wielkim mieście, będziemy mogli ustalić, gdzie się znajdujemy. Na ekranie pojawi się też wyraźna twarz rozmówcy.

Telefon komórkowy najnowszej generacji przed dwoma laty prezentowali Japończycy na kongresie w ośrodku badawczym w Jokohamie. Ma on wielkość portfela. Antena zamontowana jest wewnątrz. Przyda się on ludziom niepełnosprawnym i chorym.

Wideofonia nie jest całkowitą nowością. Posiada ją już sieć telefonii stałej. Dysponują nią również telefony komórkowe satelitarne (stacje bazowe mają na satelitach Ziemi), które są w stanie przekazywać obrazy, jeśli nawet rozmówca jest w szczerym polu, na pustyni, na morzu albo na szczycie Himalajów. Zresztą telefonia satelitarna też będzie ewoluować. Rozwija się bardzo intensywnie. Segment satelitarny będzie istniał również w systemie UMTS.

Rozważania teoretyczne z zakresu telefonii satelitarnej dotyczą m.in. możliwości wykorzystania satelitów niskoorbitowych, średnioorbitowych czy też geostacjonarnych. Ośrodki naukowe skłaniają się do wykorzystania platform stratosferycznych, zawieszanych na balonach. Byłoby to tańsze niż wykorzystywanie satelitów Ziemi.

System GSM też próbuje wdrażać wideofonię, chociaż jego możliwości są bardzo ograniczone. Niezbędna jest bowiem odpowiednia stacja bazowa. Nowa telefonia komórkowa będzie bezpieczna dla człowieka. – Australia oraz inne rozwinięte kraje, gdzie w ostatnich latach stwierdzono niemałą liczbę zachorowań na nowotwory mózgu, przypuszczalnie teraz płacą cenę za najszybsze wdrożenie telefonii komórkowej – stwierdza prof. Rutkowski. – „Komórki” pierwszej generacji były analogowe i miały sporą moc. Nowoczesny system UMTS charakteryzuje się tym, że poziomy mocy będą znacznie mniejsze – podkreśla profesor

Komentarze