Введение в профиль «Системы мобильной связи»

Министерство науки и высшего образования  

Российской Федерации 

Федеральное государственное бюджетное  

образовательное учреждение высшего образования 

 «ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ 

И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ» (ТУСУР) 

Кафедра радиотехнических систем 

 

 

 

С.В. Мелихов, И.А. Колесов,  

Д.О. Ноздреватых, Б.Ф. Ноздреватых  

 

ВВЕДЕНИЕ В ПРОФИЛЬ 

«СИСТЕМЫ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ» 

 

Учебное пособие 

для лекционных, практических занятий, 

самостоятельной работы 

студентов радиотехнических специальностей 

 
 

 

2019 

Мелихов С.В., Колесов И. А., Ноздреватых Д.О., Ноздреватых Б.Ф.: 
Введение в профиль «Системы мобильной связи»: Учебное 
пособие для лекционных, практических занятий, самостоятельной 
работы студентов радиотехнических специальностей.  Томск: 
Томский гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2019.  
155 с. 
 

Излагается краткая история развития беспроводной связи в мире, 

история ТУСУРа, история радиотехнического факультета (РТФ). 

Анализируются права и обязанности студентов. Приводятся 

рекомендации по использованию бюджета времени студента с учетом 
особенностей памяти в студенческом возрасте и требований к гигиене 
умственного 
труда. 
Излагаются 
основы 
организации 
учебного 

процесса в вузе и роль самостоятельной работы студентов. 

Дается 
характеристика 
используемых 
частот 
сетей 

профессиональной 
радиосвязи, 
особенности 
распространения 

радиоволн, классификационные признаки систем мобильной связи 
(СМС). 

Рассмотрены основные виды СМС: общие понятия о средствах и 

системах связи с подвижными объектами, принципы их построения, 
современное состояние и перспективы развития. 

В приложении приводятся контрольные вопросы по материалам 

пособия и темы для написания рефератов. 

Пособие предназначено для студентов бакалаврского профиля 

«Системы 
мобильной 
связи» 
направления 
подготовки 

11.03.02 - «Инфокоммуникационные технологии и системы связи». 

Пособие может быть использовано студентами других профилей и 

направлений подготовки. 

© Мелихов С.В., Колесов И.А.,  
Ноздреватых Д.О., Ноздреватых Б.Ф. 
2019 
© Томский государственный университет 
систем управления и радиоэлектроники, 2019 

ISBN 5-89503-251-6 

Содержание 

1 
Введение .................................................................................................... 4 

2 
Краткая история беспроводной связи ..................................................... 5 

3 
ТУСУР. Краткая история становления и развития вуза ...................... 22 

4 
Бюджет 
времени 
студента. 
Особенности 
памяти 
и 
гигиена 

умственного труда ............................................................................ 34 

5 
Организация учебного процесса в вузе ................................................. 44 

5.1 
Основы организации аудиторной и самостоятельной работы ..... 44 

5.2 
Лекция – основная форма учебного процесса ............................... 45 

5.3 
Лабораторные 
и 
практические 
занятия 
как 
форма 

творческого самоопределения ............................................................ 49 

5.4 
Самостоятельная работа студента .................................................. 54 

5.5 
Методика подготовки к экзаменам и зачетам ................................ 60 

5.6 
Практики, 
подготовка 
и 
защита 
выпускной 

квалификационной работы (ВКР) ...................................................... 63 

6 
Частоты сетей подвижной радиосвязи. Особенности распространения 

радиоволн различной длины ........................................................... 65 

7 
Классификационные признаки систем мобильной связи .................... 70 

8 
Виды систем мобильной связи............................................................... 73 

8.1 
Системы Си-Би радиосвязи ............................................................. 73 

8.2 
Системы персонального радиовызова ............................................ 76 

8.3 
Транковые системы связи ................................................................ 79 

8.4 
Сотовые системы мобильной связи ................................................ 83 

8.5 
Системы персональной спутниковой связи ................................... 92 

9 
Перспективы развития систем мобильной связи ............................... 100 

    9.1 5G – пятое поколение мобильной связи……………………………104 
    9.2 Связь 6G……………………………………………………………...108 
10 Заключение ............................................................................................ 110 
Список использованных источников .................................................... 112 

Приложение А. Банк контрольных вопросов ............................................ 115 
Приложение Б. Темы рефератов ................................................................. 152 
Приложение В. Стандарты связи…………………………………………155 

1  ВВЕДЕНИЕ 

Задачами 
дисциплины 
«Введение 
в 
профиль 
"Системы 

мобильной связи"» являются знакомство первокурсников с будущей 
специальностью и ликвидация «разрыва» общей подготовки на 
младших курсах обучения со специальной подготовкой на старших 
курсах. 

Содержание настоящего пособия основывается на многолетнем 

опыте авторов в преподавании дисциплины «Введение в будущую 
специальность» для студентов РТФ, а также на сведениях, 
содержащихся в источниках [1-29]. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2  КРАТКАЯ ИСТОРИЯ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ 

 

Связь необходима человечеству для общения. Пока в 19 веке не 

были изобретены прогрессивные связные механизмы, процесс связи 
был трудным и долгим. О важных событиях сигнализировали с 
помощью дымовых сигналов, колоколов, барабанов, костров, флагов, 
а письма отправляли с гонцами, с почтовыми голубями, пароходами. 
Для доставки письма пароходом из Европы в Америку требовалось 
несколько месяцев. Световые сигналы и флаги используются на флоте 
и в настоящее время: каждый матрос должен уметь передавать 
некоторые сообщения светом и флагами  на случай неисправности 
других средств беспроводной связи. 

В конце 18 века французский аббат Клод Шапп (1763−1805), взяв 

за основу идею оптического телеграфа, сконструировал «маятниковый 
телеграф» и изобрел для него условную азбуку. Маятниковый 
оптический телеграф монтировался на высоких башнях и имел три 
перекладины: одну длинную (с устройством вращения в середине) и 
две коротких (с устройствами вращения на концах длинной 
перекладины). Несмотря на то, что оптические телеграфы могли 
надежно работать только в ясные дни, их эксплуатация продолжалась 
до конца 19 века. 

Современная беспроводная связь использует электромагнитные 

волны. 
Открытию 
электромагнитных 
волн 
предшествовало 

обнаружение в 1831 г. электромагнитной индукции английским 
физиком Майклом Фарадеем (1791−1867). В 1921 г. Фарадей узнает 
об опытах датчанина Ханса Кристиана Эрстеда (1777−1851) и 
француза Андре Мари Ампера (1775−1836) по отклонению магнитной 
стрелки вблизи провода с постоянным током. Уже через несколько 
месяцев Фарадей доказывает существование вокруг проводника 
кольцевых 
магнитных 
силовых 
линий, 
то 
есть 
фактически 

формулирует «правило буравчика». В начале 30-х годов 19 века 

Фарадей изобретает простейшую динамомашину и формулирует закон 
электромагнитной 
индукции: 
«Всякий 
раз, 
как 
проводник 

пересекается магнитными силовыми линиями, в нем возбуждается 
электродвижущая сила и, если проводник замкнут, в нем возникает 
электрический ток». 

Результаты 
опытов 
убедили 
Фарадея 
о 
существовании 

неизвестного тогда вида материи  электромагнитных волн. Однако 
доказать это при своей жизни он не смог. Волновая теория без 
доказательства не могла быть воспринята научным миром, поскольку 
в то время господствовала теория «дальнодействия», согласно 
которой тела действуют друг на друга мгновенно на любом 
расстоянии. Поэтому Фарадей схитрил: в 1832 г. он сдал на хранение в 
архив Королевского общества запечатанное письмо, в котором 
сообщалось, что оно написано с целью закрепления даты открытия в 
случае его экспериментального подтверждения. Этот конверт был 
вскрыт лишь 106 лет спустя, в 1938 г. Интуитивные мысли, 
изложенные 
в 
письме, 
поражают 
своим 
пророчеством: 

«...электрическая индукция распространяется подобно волнам с 
конечной 
скоростью, 
световые 
явления 
не 
отличаются 
от 

электрической индукции, для анализа указанных явлений следует 
использовать теорию колебаний...». Эти предсказания Фарадея 
перекликаются с идеями электромагнитной теории, разработанной 
много позднее английским физиком Джеймсом Кларком Максвеллом 
(1831−1879) и подтвержденной опытами немецкого физика Генриха 
Рудольфа Герца (1857−1894). 

Открытие электромагнитной индукции положило начало опытам 

по беспроволочному телеграфированию. В его основе были провода, 
натянутые параллельно друг другу. Токи, генерируемые в проводе 
передатчика, вызывали индукционные токи в проводе приемника. 
Используя этот принцип, английский инженер Вилкинс в 1849 г. 
передал сигналы на несколько сот метров, американец Трубридж в 

1880 году телеграфировал на расстояние 1600 м, англичанин Прис в 
начале 90-х годов 19 века добился передачи телеграфных сигналов на 
5,5 км. 

В 1885 г. американский изобретатель Томас Алва Эдисон 

(1847−1931) сконструировал (а в 1891 г. запатентовал) «прибор для 
передачи без проводов сигналов азбуки Морзе». Передатчик Эдисона 
состоял из индуктивно связанных катушек, одна из которых была 
соединена с телеграфным ключом, вторая − с поднятым над землей 
металлическим листом. На приемной стороне такой же лист 
соединялся с телеграфным аппаратом Морзе. Такими приемопередатчиками Эдисон установил связь между движущимся поездом и 
железнодорожными станциями. Интересно, что когда Гульельмо 
Маркони (1874−1937) стал распространять свои приемно-передающие 
устройства в Америке, ему пришлось выкупить патент у Эдисона. 

Были еще попытки создания беспроволочных телеграфов, но их 

изобретатели не владели теорией электромагнитных волн. Революция 
в развитии беспроволочной связи произошла после работ Максвелла. 

В 1855 г. Максвелл опубликовал работу «О силовых линиях 

Фарадея», в которой в математическом виде выразил идеи своего 
предшественника. 
По теории 
Максвелла 
«…в 
каждой 
точке 

пространства существуют две силы: электрическая и магнитная, 
величина каждой из них зависит от положения точки в пространстве и 
от времени…». То есть в своих рассуждениях Максвелл исходил из 
предположения о существовании электромагнитных волн.  

В 1864 г. появилась работа Максвелла «Динамическая теория 

электромагнитного 
поля», 
в 
которой 
была 
дана 
строгая 

математическая формулировка теории электромагнитного поля. Это 
доказывало существование электромагнитных волн. По теории 
Максвелла в диэлектрике может существовать особый вид тока, 
связанный с перемещением силовых линий электрического поля. Этот 
ток, названный им «током смещения», подобно току в проводнике 

порождает вокруг себя магнитное поле. Максвелл математически 
доказал, что изменение во времени силовых линий электрического 
поля неизбежно вызывает изменение магнитного поля, которое в свою 
очередь вызывает изменение электрического поля и так далее, то есть 
в окружающей среде образуется волновой процесс. Этот процесс 
Максвелл назвал электромагнитными волнами. Более того, Максвелл 
доказал, 
что 
свет 
имеет 
электромагнитную 
природу, 
что 

электромагнитные 
волны 
любых 
частот 
распространяются 
в 

пространстве со скоростью света, а при распространении подчиняются 
световым законам, то есть могут иметь определенную поляризацию, 
претерпевать отражение, преломление, дифракцию и интерференцию. 
Все 
доказательства 
были 
оформлены 
Максвеллом 
строго 

математически в виде уравнений, которые получили название 
«Уравнения Максвелла». Вычисленная Максвеллом по теоретическим 
выкладкам скорость света (308000 км/с) оказалась очень близкой к 
величине 300000 км/с, которая используется в наши дни. 

Явление возбуждения переменным током электромагнитного 

поля стали называть излучением электромагнитных колебаний, или 
излучением электромагнитных волн. 

Магнитные 
составляющие 
электромагнитных 
колебаний 

возбуждают во встречающихся на путях их распространения 
проводниках переменные токи. Эти предсказанные замечательные 
явления и были позже положены в основу техники радиопередачи и 
радиоприема. 

Теория Максвелла об электромагнитных волнах получила 

подтверждение в остроумно поставленных, многочисленных и 
трудоемких опытах, которые были проведены Герцем в 1886−1888 гг. 

Наиболее удачный передающий вибратор Герца состоит из двух 

одинаковых проводников, расположенных продольно, с шариками на 
концах (рисунок 2.1). Расстояние между ближними шариками 37 мм. 
При подаче со вторичной обмотки индуктора Румкорфа на 

проводники импульсного высоковольтного напряжения (несколько 
десятков 
киловольт) 
между 
ближними 
шариками 
возникает 

электрическая искра. Во время действия искры в проводниках 
протекает высокочастотный ток, частота которого зависит от длины 
проводников. 
Поскольку 
вибратор 
эквивалентен 
«открытому» 

колебательному контуру, происходит излучение электромагнитных 
волн. 

 

Рисунок 2.1 − Схема опытной установки Герца 
для подтверждения существования радиоволн 

 

В качестве приемника Герц использовал кольцо с разрывом и 

разрядными шариками на концах разрыва. Расстояние между 
шариками было очень маленьким − несколько десятых долей 
миллиметра. В момент передачи между разрядными шариками 
приемника возникала очень слабая искра, которую можно было 
увидеть только в темноте. 

Герцу удалось измерить длины электромагнитных волн, доказать 

наличие их отражения, преломления, дифракции, интерференции и 
поляризации. После этого Герц стал одним из самых популярных 
ученых, а электромагнитные волны стали называть «лучами Герца». 

Опыты Герца были многократно повторены и усовершенствованы 
другими исследователями. 

В начале 90-х годов 19 века французским физиком Э. Бранли 

(1844−1940) и английским физиком Оливером Лоджем (1851−1940) 
независимо друг от друга было обнаружено, что индикатором 
электромагнитных волн может быть металлический порошок. 
Металлическим порошком наполовину заполнялась горизонтальная 
стеклянная трубочка с двумя электродами по концам. Если порошок 
встряхнуть, то его сопротивление электрическому току большое. Под 
действием электромагнитных волн, которые организовывались рядом 
с трубочкой при помощи вибратора-разрядника Герца, сопротивление 
порошка резко уменьшалось из-за «склеивания» («спекания») его 
частиц. Для восстановления исходного большого сопротивления, 
порошок требовалось стряхнуть вновь. 

Бранли не оценил своих наблюдений и сообщил об этом лишь с 

целью предохранить других исследователей порошков от досадных 
промахов.  

Мысль использовать стеклянную трубочку с металлическим 

порошком для регистрации электромагнитных волн пришла в голову 
Оливеру Лоджу. Он, по сути дела, использовал трубку Бранли, но 
назвал ее «когерером» – «сцеплятелем». Заслугой Лоджа было то, что 
он привлек когерер к исследованию лучей Герца. 

Лодж был в одном шаге от изобретения радио! Однако он 

исследовал физические процессы, связь на расстоянии его не 
привлекала, он считал эту идею бредовой.  

Статья Лоджа в английском журнале «Электрик» была получена 

русским физиком Александром Степановичем Поповым (1859-1906) 
осенью 1894 г. Едва узнав о когерере, Попов сразу же начал 
исследования по усовершенствованию когерера с целью увеличения 
чувствительности и использованию в практическом устройстве, 
которое могло бы применяться для сигнализации на расстоянии.