История развития телефонной связи

До изобретения в XIX в. систем и механизмов связи сам процесс связи был весьма трудным и медленным. Люди посылали письма друг другу с гонцами или передавали сигналы с помощью барабанов, дыма, костров, церковных колоколов, зеркал. Эти способы были хороши лишь для связи на коротких рас­стояниях, до дальних пунктов сообщения шли очень долго. Даже после появ­ления пароходов для доставки письма, например, из Европы в Австралию тре­бовалось несколько месяцев.

Француз Клод Шапп (1763 - 1805) изобрел систему связи, названную телегра­фом, что означает «пишу издалека». Она работала следующим образом. На вершинах холмов строили специальные башни. На каждой башне устанавли­вали особую конструкцию с двумя длинными планками, которые могли прини­мать 49 положений. Каждое положение соответствовало букве или цифре. Операторы передавали сообщения с одной башни на другую. Эта система работала очень успешно. К середине XIX в. протяженность ее линий только во Франции составляла около 4828 км.

Первый электрический телеграф создали в 1837 г. английские изобретатели Уильям Кук (1806-1879) и Чарлз Уитстон (1802- 1875). Электрические сигна­лы посылались по проводам в приемник. Они приводили в действие стрелки, которые указывали на разные буквы. Таким образом передавалось сообщение.

В 1843 г. американский художник Сэмюэл Морзе (1791 - 1872) изобрел но­вый телеграфный код, заменивший код Кука и Уитстона. Он разработал для каждой буквы знаки, состоящие из точек и тире. При передаче сообщения долгие сигналы соответствовали тире, короткие — точкам. Морзе устроил демонстрацию своего кода, проложив телеграфный провод длиной 6 км от Балтимора до Вашингтона и передавая по нему новости о президентс­ких выборах. Код Морзе используется и в наши дни.

В 1858 г. Чарлз Уитстон создал систему, в которой оператор с помощью кода Морзе набивал сообщения на длинной бумажной ленте, поступавшей в те­леграфный аппарат. На другом конце провода самописец набивал принятое сообщение на другую бумажную ленту.

Впоследствии самописец заменили сигнализатором, преобразовывавшим точ­ки и тире в длинные и короткие звуки. Операторы слушали их и записывали текст сообщения.

Сегодня невозможно представить себе жизнь без телефона. Он используется повсюду, и жизнь людей в значительной степени зависит от этого прибора. Трудно поверить, что телефон увидел свет чуть раньше начала века. Офици­альной датой его изобретения обычно считается 1876 г. Естественно, как и в случаях с другими техническими изобретениями, исследования и экспери­менты, связанные с телефоном, начались намного раньше.

Интересно, что в действительности телефон был изобретен одновременно двумя исследователями — Беллом и Греем — независимо друг от друга. Александр Грэхем Белл, которому обычно приписывается изобретение теле­фона, оказался более удачлив, опередив Грея с заявкой на патент, который он получил 7 марта 1876 г.

Рассказывают, что когда в 1876 г. главный инженер британских почт и теле­графов сэр Вильям Прис услыхал об изобретении телефона, он воскликнул: «Возможно, американцам и нужен телефон, у нас же, к счастью, хватает пока посыльных!» Восклицание это оказалось чересчур поспешным. Ни одно изобретение в мире не было признано так быстро и не развивалось так стремительно, как телефон.

Подобно многим важным изобретениям в истории, телефон появился по ошибке. Он возник в результате попыток разработать прибор для передачи по одному проводу нескольких сигналов кода Морзе. Сегодня этот способ известен как уплотнение, или мультиплексирование сигналов. Легенда гласит, что Белл экспериментировал с многоканальным телеграфным передатчиком, в то время как его помощник Томас Ватсон наблюдал за прием­ником в другой комнате. Случайно пролив на свои брюки кислоту, Белл позвал ассистента: «Мистер Ватсон, скорее помогите мне!» В пылу события он забыл о том, что Ватсон не мог его слышать. Но, к его большому удивлению, Ватсон появился очень быстро: он услышал призыв Белла из приемника. Как на идею телефона натолкнулся Грей, история умалчивает, но основные прин­ципы его изобретения очень напоминают принципы Белла. Нет необходимости прослеживать в деталях незначительные различия между телефонами Белла и Грея. Ясно одно: телефон стал тем изобретением, время которого пришло. Первый телефон, сделанный Беллом случайно, работал плохо, но он все-таки работал, и это было замечательно. В своем изначальном виде телефон Белла был мало пригоден для широкого применения. Но перспектива этого изобретения, которое могло посылать по проводам звуковые сообщения, была оче­видна, поэтому вскоре начались активные работы по усовершенствованию те­лефона. Уже в 1878 г. в Нью-Хевене, штат Коннектикут, была построена пер­вая коммерческая телефонная станция.

Телефон удовлетворил вполне определенную общественную потребность, сделав возможной связь на большие расстояния без использования проме­жуточных кодов и громоздких телеграфных аппаратов. Общаться по телефону было просто, привычно и удобно. Именно поэтому телефон очень быстро получил широкое признание во всем мире и его внедрение и развитие стало большим бизнесом.

Специально для этой новой и важной отрасли индустрии связи была создана одна из самых крупных корпораций двадцатого столетия — Американская телеграфная и телефонная компания (AT&T — American Telegraph and Telephone Company). Она была зарегистрирована как юридическое лицо в марте 1885 г. и вскоре стала контролировать практически всю быстро растущую телефонную сеть на территории Соединенных Штатов. С самого начала своей деятельности AT&T находилась в исключительно благоприятных условиях как легальная государственная монополия.

Из-за необъятного размера корпорации она могла позволить себе роскошь— большие исследовательские лаборатории. AT&T оставалась в авангарде тех­нологии просто потому, что никто, кроме нее, не располагал средствами для проведения необходимых разработок на уровне Bell Laboratories — исследо­вательского подразделения AT&T.

В России, в Петербурге, начали пользоваться телефонными аппаратами бо­лее ста лет назад, в 1882 г. Тогда в столице открылась первая телефонная стан­ция на 128 абонентов. Через год в Петербурге насчитывалось уже 604 теле­фонных аппарата, в 1890 г. — 1829, а спустя еще пять лет — 2858 аппаратов, и число их быстро увеличивалось.

Скоро телефонные линии соединили Петербург с Гатчиной, затем - с Петер­гофом и Царским Селом. Телефонизировалась Москва и другие города России. Но прошло более полутора десятков лет, прежде чем телефонные провода пролегли между Петербургом и Москвой, т. е. открылась первая в России даль­няя междугородная телефонная линия.

В том, что это важное событие произошло с большим запозданием, менее всего виновата техника. Уже через пять лет после установки в столице первого телефона в Главное управление почт и телеграфов поступило прошение от предпринимателей А. С. Столповского и Ф. П. Попова о предоставлении им прав на устройство прямой телефонной связи между Петербургом и Москвой. «Ввиду несомненного значения, какое имеют телефоны, и громадной обще­ственной и государственной пользы, ими приносимой, является весьма свое­временной мысль о телефонном соединении крупных центров государствен­ной и промышленной жизни».

Однако эти, казалось бы убедительные, доводы не произвели на руководителей почтово-телеграфного ведомства должного впечатления, и предложение Столповского и Попова было решительно отвергнуто «за многими неясностями». Два долгих года понадобилось, чтобы прийти к выводу, что устройство телефон­ного сообщения между двумя городами целесообразно и что такая связь «в са­мом непродолжительном времени должна представить значительные выгоды». Но только через 5 лет, в 1898 г., Москву и Петербург связала телефонная линия.

В то же время человеческая мысль не стояла на месте. Опыты Майкла Фарадея и его соотечественника и последователя Кларка Максвелла привели ученых к выводу, что переменное магнитное поле, рождаемое непрерывно изменяющим­ся током, создает в окружающем пространстве электрическое поле, которое в свою очередь возбуждает магнитное поле, магнитное поле — электрическое и т. д. Взаимосвязанные, создаваемые друг другом магнитное и электрическое поля образуют единое переменное электромагнитное поле, которое непрерыв­но, как бы отделяясь и удаляясь от места возбуждения его, распространяется во всем окружающем пространстве со скоростью света (300 000 км/с). Явление возбуждения переменным током электромагнитных полей стали на­зывать излучением электромагнитных колебаний, или излучением электромаг­нитных волн. Встречая на своем пути проводники, магнитные составляющие электромагнитных колебаний возбуждают в этих проводниках переменное элек­трическое поле, создающее в них переменный ток, подобный току, возбудивше­му электромагнитные волны, только несравненно слабее. Это замечательное явление и было положено в основу техники радиопередачи и радиоприема. Итак, в 1888 г. немецкому ученому Генриху Герцу удалось опытным путем доказать сам факт существования электромагнитных волн и найти возмож­ность их обнаружения. Эксперименты Герца не могли не привести к идее передавать с помощью электромагнитных волн сообщения, т. е. осуществлять связь без проводов. Приведем высказывание по этому поводу только одного ученого, англичанина В. Крукса. В своей замечательной статье «Некоторые возможности применения электричества» (1892 г.) он писал: «... электричес­кие колебания с длиной волны в один ярд и более легко проникают через вся­кие среды (стены, туман), являющиеся для них прозрачными. Здесь раскры­ваются поразительные возможности телеграфирования без проводов». Далее он пишет, что проводимые в этой области исследования могут в любой день привести к практическим результатам. Он подробно описывает принципы бес­проводного телеграфирования, указывает на необходимость использования волн различной длины, настройки радиопередатчика и радиоприемника на выбранную волну, говорит о применении направленных антенн, азбуки Морзе и о ряде других элементов системы передачи — приема радиоволн, которые в дальнейшем стали использоваться в радиосвязи.

Проводя опыты с волнами Герца, ближе всех подошел к созданию системы радиосвязи английский ученый О. Лодж (1851—1940). Но он занимался «чистой наукой», создавая приборы для демонстрации опытов Герца, и не ставил перед собой практических задач. Сам Лодж в 1923 г. писал: «... не было у меня чувства перспективы и понимания того исключительного значения, какое эти опыты имели для флота, торговли и, конечно, для надежной связи в мирных и военных условиях».

Первое достаточно чувствительное и надежное приемное устройство, без которого немыслима радиосвязь, создал наш соотечественник, талантливый физик, в ту пору уже видный специалист в области электротехники, препода­ватель Минного офицерского класса в Кронштадте Александр Степанович Попов. Занимаясь экспериментами с лучами Герца, А. С. Попов, опираясь на работы О. Лоджа, в апреле 1895 г. сделал когерерный приемник с релейным усилением и автоматическим синхронным декогерерованием с помощью мо­лоточка звонка, который звуком отмечал прием посылок радиоволн (сигналов). Свой приемник, принимавший излучаемые вибратором Герца радиоволны, Александр Степанович продемонстрировал на заседании Русского физико-химического общества (РФХО) 7 мая (25 апреля по ст. ст.) 1895 г., выступая с сообщением «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям». Прием сигналов осуществлялся отрезком проволоки, соединенным с прибором. Как только вибратор начинал излучать электромагнитную энер­гию, приемный прибор отзывался на нее трелью звонка. Этот прибор был первым в мире радиоприемником, а присоединенный к нему отрезок проволо­ки — первой в мире антенной.

В том же 1895г., когда А.С. Попов создавал свой приемник, молодой итальянец Гульельмо Маркони проводил опыты с электромагнитными волнами, целью которых было создание устройства для передачи сообщений. Об этих опытах известно только по воспоминаниям современников, публикаций по этому поводу в ту пору не было. В следующем году, 2 июня 1896 г., он подает в Велико­британии заявку на «усовершенствования в передаче электрических им­пульсов и сигналов и в аппаратуре для этого». Патент был выдан 2 июля 1897 г., и только после этого появилось подробное описание предложенного Г. Марконк устройства. Оно оказалось весьма схожим с устройством А.С. Попова.

В 1896 г. была передана и принята первая в мире радиограмма с записью на ленту телеграфного аппарата. Весной 1897 г. были переданы радиосигналы с корабля на берег на расстояние 640м. А двумя годами позже, в 1899г., после открытия возможности приема радиосигналов с помощью телефонных трубок на слух, дальность радиосвязи достигла уже 35 км.

Но это было только начало. Прогресс радиоэлектроники и, в частности, средств радиосвязи не может не впечатлять. За первую четверть века она прошла путь от несовершенных искровых систем передачи и приема затухающих колеба­ний к ламповым приемникам и генераторам, к высококачественным антенным системам. В годы становления радиосвязи считалось, что для увеличения даль­ности действия следует, наряду с повышением мощности передатчика, увели­чивать длину волны, что привело к использованию радиоволн длиной в сотни итысячи метров (средних волн - СВ и длинных волн - ДВ) и передатчиков мощностью в десятки и сотни киловатт. В начале 20-х годов нашего столе­тия было обнаружено сенсационное свойство коротких волн (KB). При не­больших мощностях передатчиков они могли, благодаря отражению от иони­зированных слоев атмосферы, преодолевать огромные расстояния. Началось «победное шествие» KB, на которых в течение шести-семи десятилетий ра­ботали дальнее радиовещание и радиосвязь. Освоение новых диапазонов, в том числе диапазона ультракоротких волн (УКВ), было вполне естественным процессом в развитии науки и техники и соответствовало практической по­требности в расширении спектра применяемых частот.

Количество передающих средств стремительно росло, для их работы без вза­имных помех требовались все новые частоты, а также международное регу­лирование их использования. К тому же, привычные диапазоны ДВ, СВ, KB оказывались совершенно непригодными для ряда новых служб, например, высококачественного электронного телевидения, радиолокации, занимаю­щих широкую полосу частот, измеряемую мегагерцами. В начале 30-х годов стала актуальной задача обнаружения самолетов с помощью радиоволн, ре­шение которой положило начало радиолокации, во многом способствовав­шей становлению и быстрому совершенствованию новых технологий в сверхвысокочастотной радиоэлектронике.

Обратимся к современной радиосвязи в широком значении этого понятия как отрасли электрической связи, ставшей в технически развитых странах одной из важнейших инфраструктур. Интенсивный процесс интеграции различных видов электросвязи позволяет уже сегодня рассматривать ее как единый комплекс средств передачи, приема, обработки информации и средств вычислительной техники, одним из основных направлений совер­шенствования которых стала цифровая обработка сигналов. В России, ко­торая немного отстала в этой области, работы по созданию и внедрению средств цифровой связи и телекоммуникаций набирают темпы. Впервые сооружены современные высокоскоростные цифровые радиорелейные ли­нии с пропускной способностью каждой совокупности каналов связи 140 Мбит/с, ведется строительство аналогичной по пропускной способнос­ти цифровой радиорелейной магистрали протяженностью более 8000 км. Эти линии — часть международного волоконно-оптического кольца цифровой связи, которое опояшет земной шар. Российский участок этого кольца ста­нет базой для создания региональных сетей цифровой связи, в том числе с помощью цифровых радиорелейных линий меньшей пропускной способно­сти, и эти сети будут вливаться в основную магистраль.

К приоритетным направлениям развития телекоммуникаций относятся и под­вижные системы радиосвязи. В течение многих лет основным видом такой связи у нас была радиально-зоновая радиотелефонная система «Алтай». И лишь в последние несколько лет началось внедрение весьма прогрессивных сотовых систем, завоевавших большую популярность в технически развитых странах.