Від тижнів до мілісекунд: як людство приручало технології зв’язку

Потреба обмінюватись інформацією в людей була майже завжди, а ось технології для швидкого комунікування з’явилися порівняно нещодавно. Разом з компанією Huawei згадуємо, як людство впродовж століть розв’язувало проблему передавання повідомлень. 

Гінці: від естафети до пошти 

Якими б зручними не були умовні сигнали для передавання інформації на відстань, текст давав змогу розповісти значно більше. Тому з розвитком спочатку зв’язного мовлення, а потім і писемності у давніх державах розвивалась і система доставки повідомлень гінцями. Піший гонець міг долати до 10 км/год і до 40–50 — на день. 

Своєрідним рекордсменом став афінський гонець Фідіппід, якого 490 року до н. е. перед Марафонською битвою відправили до Спарти. Він подолав відстань у 230 км менше, ніж за два дні. А після того як греки виграли битву, вже знесилений Фідіппід, згідно з легендою, пробіг 40 км від Марафона до Афін, встигнув крикнути «Радійте, афіняни, ми перемогли!» — і помер від виснаження. 

Правителям давніх держав було важливо знати, що відбувається в різних частинах їхніх володінь, тому налагодження системи передавання інформації було першочерговим завданням. Урядові гінці у давніх Єгипті, Греції, Персії та Римі використовували метод естафети. На шляху руху гінців з’явилися спеціальні місця, де ті могли відпочити та поміняти коней, — латиною mansio pozita, тобто «станція у пункті». Сьогодні «пошта» має подібну назву в багатьох європейських мовах.

Поштові голуби: пейджер дотехнологічної епохи

Конкуренцію гінцям склав перший в історії повітряний спосіб зв’язку — голуби. За багатьма параметрами вони перевершували гінців: птах розвиває швидкість до 100 км/год, долає до 1500 км, він ідеально пам’ятає маршрут, і будь-яка негода йому не завадить. Поштовий голуб міг «прослужити» 10–15 років. У цього різновиду зв’язку було лише два недоліки. Перший — голуби нездатні переносити велику вагу, тому прикріпити можна лише маленьке повідомлення. Другий — голуби літають тільки в один кінець. 

Поштових голубів використовували ще давні єгиптяни, греки, фінікійці та римляни. Але до цього способу зв’язку вдавались і значно пізніше. Так, сімейство Ротшильдів завдяки поштовим голубам отримало повідомлення про поразку Наполеона під Ватерлоо 1815 року на дві доби раніше, ніж про це стало відомо офіційно. В результаті Натан Ротшильд провернув на біржі операцію з цінними паперами, заробивши 40 млн доларів. 

Наприкінці XIX — початку XX століття, хоча світом давно вже крокував телеграф, між багатьма європейськими містами все ще діяла голубина пошта. У кожному населеному пункті були організовані її станції, де утримували голубів двох типів: «своїх» і «чужих». 

У Новій Зеландії голубина пошта офіційно закрилася тільки 1908 року, коли острови Грейт-Баррієр і Маротірі нарешті зв’язав зі столицею підводний кабель. Проте й це ще був не фінал історії голубиної пошти: її використовували під час обох світових війн. 

Оптичний та електричний телеграф: революція зв’язку 

Першим пристроєм для передавання даних на великі відстані був оптичний телеграф. Найраніші згадки про конструкцію, яка за допомогою відбивання світла передавала сигнали на багато кілометрів, зафіксовані ще в Давній Греції. А римський правитель Тиберій за допомогою геліографу надсилав накази зі своєї вілли на острові Капрі на материк, розташований у 8 км від нього. 

Але у вжиток оптичний телеграф увійшов тільки наприкінці XVIII століття. Першу лінію побудували між Паризькою та Гринвіцькою обсерваторіями 1778 року. За допомогою такої системи можна було передавати повідомлення в ясний сонячний день на 50 км, у місячну ніч — на 15 км. Це було значно швидше, ніж відправляти інформацію з кінним гінцем, і змістовніше, ніж через сигнальні вогнища й барабани.

1792 року француз Клод Шапп винайшов семафори, які передавали дані за допомогою дзеркал і сонячного світла. На дахах будівель встановлювали жердину з перекладиною, на якій були закріплені дзеркала. Така система зв’язку була простою та дешевою. Шапп вигадав систему кодів для різних положень дзеркал відносно брусів: вони могли приймати 196 кодів. Клоду пощастило — його брат Ігнатій входив до Національного Конвенту, де й представив винахід. 

Перша мережа семафорів Шаппа з’явилася між Парижем і Ліллем. Вона складалася з 22 станцій і відіграла важливу роль у воєнних перемогах Франції. 1794 року, коли завершилося будівництво лінії, нею передали перше повідомлення — про перемогу французької армії над австрійською 1 вересня. Звістка надійшла всього через годину після перемоги. 

Надалі така система повідомлень розповсюдилася по всій Франції, а потім і по Європі. Бонапарт розвивав оптичний телеграф, оскільки це сприяло його перемогам — давало змогу швидко передавати команди. За прикладом Наполеона мережі оптичних телеграфів почали будувати й інші європейські держави. 

У Росії кінця XVIII століття механік і винахідник Іван Кулібін вдосконалив конструкцію оптичного телеграфу: тепер пристрій міг працювати навіть вночі та в туман. Крім того, Кулібін придумав простіший код, який давав змогу передавати й розшифровувати послання швидше. Щоправда, грошей на запровадження винаходу влада тоді не знайшла. Тож перша система оптичних телеграфів з’явилася в Російській імперії тільки десять років потому — між Петербургом і Шліссельбургом для навігації суден по Ладозькому озеру і Неві. Потім майже на 30 років будівництво зупинили і тільки 1833 року почали запускати нові напрямки з Петербурга. 

1839-го в Росії почали будувати найдовшу у світі — 1200 км — лінію оптичних телеграфів: від Петербурга до Варшави. Передавання повідомлення нею займало всього 22 хвилини. Однак попрацювала лінія лише 15 років — 1854-го оптичний телеграф витіснила електрика. На той момент і в Європі перейшли з «оптики» на «електрику».

Трансатлантичний телеграфний кабель: перший крок до глобалізації

Мережа електричних телеграфів доволі швидко накрила Європу й Росію, але передавання повідомлень між континентами все ще залишалося проблемою — їх доставляли поромами у кращому разі за 20 днів. 

Для з’єднання телеграфом материків слід було прокласти кабель під водою. А перший експеримент з підводним кабелем у Мюнхені показав — без гідроізоляції нічого не вийде. 

1847 року німецький інженер Ернст фон Сіменс зміг ізолювати кабель за допомогою рослинної смоли — гутаперчі, і через 10 років акціонерне товариство Atlantic Telegraph Company почало прокладати телеграфний кабель завдовжки 4500 км через Атлантичний океан для зв’язку між континентами. 

На цю мить Європа вже мала досвід прокладання кабелю під водою. Телеграфні кабелі з’єднували Англію з Нідерландами та Ірландією, Корсику — з Сардинією й Італією. Тож тогочасні інженери приблизно розуміли, що їм слід зробити, але у випадку з трансатлантичними кабелями довжина лінії була в багато разів більшою, а дно — більш непередбачуваним. 

Перший трансатлантичний кабель складався з семи мідних дротів, покритих трьома шарами гутаперчі та оболонкою із залізних канатів. Один кілометр важив приблизно 550 кг. 1857 року перша спроба прокласти кабель провалилася: його почали вести від берегів Ірландії, і він розірвався. Друга, 1858-го, виявилася успішнішою, хоча й цього разу кабель повсякчас не витримував. 

1858 року Європу та Америку нарешті зв’язав телеграф. Першу телеграму між Старим і Новим світом надіслали 16 серпня. Трансатлантичне повідомлення від англійської королеви президенту США Джеймсу Б’юкенену, що складалося зі 103 слів, ішло 16 годин через високий опір кабелю. Для порівняння: сучасні трансатлантичні кабелі передають понад 100 мільярдів слів на секунду. 

Перший трансатлантичний телеграф протримався 27 днів — частково через недостатню гідроізоляцію кабелю, частково через надмірні старання британської сторони, яка подавала на лінію занадто високу напругу. Перед тим як він навіки замовк, встигли надіслати всього 400 телеграм. 

Наступну спробу зробили 1866 року. Кумедно, що по новому кабелю телеграф у Ньюфаундленді отримував повідомлення з Європи всього за кілька годин — значно швидше, ніж вони потім надходили до Нью-Йорка, який з Ньюфаундлендом телеграфна лінія не з’єднувала. У будь-якому разі, саме телеграф вплинув на розвиток трансатлантичної торгівлі та глобалізації. 

Як гангстери сприяли появі рухомого зв’язку в США

1920 року в Італії прийшов до влади фашистський диктатор Беніто Муссоліні. Він почав боротьбу з місцевою мафією, і багато її представників втікали до США. Америка 20–30-х років минулого століття кишіла гангстерами з Італії, до яких охоче долучалися місцеві жителі. 

Правоохоронці були безсилі проти таких масштабів. Та й що вони могли зробити — для злочинів навмисно обирали місця подалі від  поліцейських відділків. Навіть якщо хтось телефонував, повідомляючи про порушення закону, в гангстерів було повно часу, щоб зникнути. 

1921 року комісар поліції Детройта Ратледж у відчаї наважився на експеримент, який дав правоохоронцям змогу працювати оперативніше. Він встановив у службовому автомобілі радіопередавач потужністю 500 Вт виробництва Western Electric, який працював на двох лампах з живленням від автомобільного генератора. 

Щоб дізнатися деталі, поліцейським доводилося перетелефонувати до відділку. До того ж зв’язок працював на хвилі аматорської радіостанції, яка, згідно з умовами ліцензії, у певний час мала передавати розважальний контент. Але це була не єдина незручність. Федеральна комісія з радіозв’язку кілька разів змінювала частоту мовлення і позивні, лампові приймачі регулярно розбивалися в дорозі, а уряд ніяк не хотів фінансувати проєкт. Однак як тільки розкрили перший злочин, ставлення до ідеї змінилося, і влада нарешті пішла назустріч. 

Надійний приймач Ратледжу вдалося сконструювати тільки багато років потому. А повноцінний радіотелефон з двостороннім зв’язком з’явився у поліції 1933-го. 

Тим часом новий прорив був уже не за горами. Офіційною датою народження мобільного телефону вважається 3 квітня 1973 року, коли його винахідник, співробітник компанії Motorola Мартін Купер, зателефонував до компанії-конкурента з апарату Motorola DynaTAC. Мобільний не мав екрану, зате в нього було 12 кнопок — десять з цифрами і дві для початку й завершення дзвінка. Апарат важив 1,15 кг і був 25 см заввишки. 

Мобільний зв’язок покоління 0

Сучасна базова станція 4G забезпечує зв’язком сотні тисяч пристроїв. Швидкість передавання даних у такої станції за стаціонарного прийому досягає гігабіта на секунду. Фактично повідомлення користувачів у мережі розлітаються світом за мілісекунди, а на завантаження файлу вагою в кілька гігабайтів йдуть хвилини. 

Але мобільному зв’язку покоління 0G, який почала запроваджувати 1946 року компанія Bell System разом з оператором AT&T, було далеко до цих показників. Базова станція тоді важила понад 36 кг і підтримувала тільки три канали в УКХ-діапазоні. Першу мережу запустили в Сент-Луїсі (США) на частоті 150 МГц у стандарті MTS. У MTS-мережі для покриття певної території використовували один потужний передавач і мережу приймачів абонентів.

Щоб зв’язатися з кимось по мобільному, слід було спочатку вручну знайти вільний канал, подзвонити оператору телефонної компанії та назвати ідентифікатор обраного радіоканалу, свій номер і номер абонента, якого викликаєте. Оператор з’єднував користувачів, при цьому говорити слід було по черзі, натискаючи спеціальну кнопку. На місяць людина сплачувала $30 ($330 за сьогоднішнім курсом) абонплати — і окремо оплачувала дзвінки. 

Як алгоритми нейромереж випередили можливості технологій

Такі поняття, як штучний інтелект і нейромережі, з’явилися ще в середині минулого століття. 1943 року американські вчені Воррен Маккаллок і Волтер Піттс розробили комп’ютерну модель нейронної мережі на основі математичних алгоритмів і теорії діяльності головного мозку. 1949-го канадський вчений Дональд Олдінг Гебб представив перший алгоритм навчання для нейромереж. 

У період з початку 50-х по кінець 70-х виникла велика кількість теоретичних напрацювань, перша одношарова нейромережа і навіть перший інтерактивний помічник. Але щоб усе це увійшло в повсякденне життя, потрібні були швидші технології зв’язку. І вони поступово з’являлися: 1991 року було запущено друге покоління бездротового зв’язку, 2G, десять років потому — 3G, ще через десять — 4G. І нарешті, сьогодні світ стоїть на порозі 5G. 

Компанія Huawei, світовий лідер у розвитку цієї технології, вже демонструє в Європі реальні можливості стандарту зв’язку 5G на інноваційній пересувній демозоні Huawei Road Show 2021. Восени мобільне роад-шоу побувало і в Україні. 

Технологія 5G здатна забезпечити передавання даних зі швидкістю 10–20 гігабітів на секунду, що у двадцять разів більше у порівнянні з 4G LTE. Щоб було зрозуміліше: завантаження двогодинного фільму в 3G займало 26 годин, у 4G — шість хвилин, а в 5G на це знадобиться три з половиною секунди. Різко зросла і щільність з’єднання — сьогодні на квадратний кілометр припадає 1 млн під’єднаних пристроїв. Мобільність мережі дає користувачу можливість переміщатися зі швидкістю до 500 км/год, а затримка сигналу становить 1  мілісекунду — звичайна людина цього часу просто не помітить. 

Втім, 5G — це не стільки про споживання контенту, скільки про автоматизацію виробництва, роботизацію та «інтернет речей». Якщо на перегляд відео в YouTube чи TikTok цілком вистачало й 4G, то, скажімо, для безпечного пересування безпілотних автомобілів потрібні зовсім інші швидкості. Тож 5G має всі шанси справді змінити наше життя, втіливши технології, про які багато років мріяли письменники-фантасти.