Эволюция сотовых сетей мобильной связи

2g: начало сетей мобильного интернета

Европейский институт по стандартизации в области телекоммуникаций, созданный в 1988 году, спроектировал GSM (Groupe Special Mobile) как решение, которое откроет новые возможности голосовой телефонии. По сути, речь шла о системе для телефонных звонков – никто не задумывался о том, что GSM может понадобиться для массового использования интернета.

Тот факт, что передача данных по новым устройствам стала цифровой, а не аналоговой, позволил развить многие из основных функций смартфона, которые и сейчас используются в качестве основы мобильного интернета. Такие возможности, как обмен текстовыми сообщениями, загрузка контента и чрезвычайно простой доступ к сети, дали потребителям возможность отправлять электронные письма, просматривать сайты и загружать простой медиаконтент (мелодии звонков и музыкальные файлы).

Уже 3 декабря 1992 года 22-летний сотрудник Sema Group Нил Папуорт протестировал новую технологию для оператора сотовой связи Vodafone, отправив короткое текстовое сообщение – SMS. Оно содержало всего два слова: «Счастливого Рождества». В тот момент сеть еще не позволяла отправлять SMS с телефона на телефон, поэтому первое сообщение передали с компьютера. Первоначально технология SMS была доступна только в сетях GSM, но в конечном итоге распространилась на все цифровые сети.

В 1997 году три лидера мобильного рынка того времени — Ericsson, Motorola и Nokia — объединились, чтобы «подружить» интернет и мобильную связь с помощью WAP (Wireless Application Protocol). Протокол WAP описывал способ, с помощью которого мобильное устройство могло получить доступ к ресурсам интернета без использования других устройств (например, модема).

В течение нескольких месяцев участниками проекта стало большинство крупных производителей инфраструктуры сотовой связи. Уже в мае 1998 года была опубликована первая редакция WAP — v.1.0. В этом протоколе скорости передачи данных варьировались в диапазоне 9,6-56 Кбит/сек.

В октябре 1999, вместе с дебютом Nokia 7110, голландский оператор сотовой связи Telfort BV запустил первый WAP-сайт (пример), который был адаптирован для просмотра на мобильных телефонах. С точки зрения скорости работы, простоты использования и внешнего вида WAP-сайт значительно отставал от ожиданий пользователей.

Кроме того, первые WAP-телефоны не были адаптированы к интернету. Вспомните, как приходилось пользоваться сетью до повсеместного распространения сенсорных экранов. Подключение к WAP-сервисам не входило в ежемесячные тарифные планы и оплачивалось отдельно. К тому же, скорость соединения была весьма низкой.

Протокол WAP дожил до 2022 года, после чего его использование прекратилось. Большинство интернет-браузеров стали поддерживать HTML, CSS и JavaScript. Не нужно было больше использовать WAP-разметку для обеспечения обратной совместимости веб-страниц. HTML стали поддерживать все Android-устройства, все устройства Blackberry, все версии iPhone, все устройства под управлением Windows Phone и многие телефоны Nokia. Смартфоны окончательно превратились в мини-ПК с постоянным подключением к интернету.

Впрочем, WAP утратил всякие перспективы ещё к началу 2000-х годов. В то время началось бурное развитие GPRS и EDGE. В 2000 году появились как первые коммерческие сервисы, так и первые телефоны с поддержкой General Packet Radio Service (GPRS).

В 2001 году GPRS, стандартизированный Европейским институтом телекоммуникационных стандартов, был запущен во всем мире в качестве услуги, предоставляемой в рамках GSM для обеспечения доступа к мобильному Интернету. В системах 2G GPRS обеспечивает скорость передачи данных в диапазоне 56-114 Кбит/сек.

5G: EDGE

Позднее на базе GPRS появилась «надстройка» Enhanced Data Rate for GSM Evolution (

) для более скоростной передачи данных, так что протокол доступа не изменился. Данные собираются в пакеты и передаются через виртуальный канал, который предоставляется абоненту на время GPRS-сеанса. Концепции, обеспечивающие передачу пакетных данных в сотовых радиосетях,

и развивались дальше от GPRS / EDGE к 3G и 4G.

EDGE в сети GSM был впервые представлен в 2003 году в Северной Америке. Благодаря внедрению сложных методов кодирования и передачи данных, EDGE обеспечивает более высокие скорости передачи битов на каждый радиоканал. EDGE может иметь полосу пропускания данных до 236 Кбит/сек (с полной задержкой менее 150 мс) с теоретическим максимумом в 473,6 Кбит/сек.

image
Время загрузки реальных файлов в зависимости от технологии.

В конце 2000-х годов были предприняты попытки улучшить пропускную способность 2.5G с помощью стандарта Evolved EDGE, также известного как EDGE Evolution. В этом стандарте уменьшены задержки, а скорость увеличена до 1 Мбит/сек.

Многие операторы связи стремились модернизировать существующую инфраструктуру, а не инвестировать в новую. Благодаря обновлению программного обеспечения и новым устройствам, совместимым с Evolved EDGE, многие поставщики услуг хотели избежать инвестиций в 3G. Однако этот стандарт так и не был введен в коммерческое использование.

3g: первый высокоскоростной доступ

По мере того, как 2G распространялась, а люди всех возрастов начали использовать телефоны в повседневной жизни, стал очевиден рост спроса на данные. Пользователи всё активнее требовали увеличения скорости передачи данных. Поскольку 2G не смог справиться с этой задачей, была создана новая технология.

3G представили в Японии в мае 2001 года. Основной технологической разницей между 3G и 2G было использование пакетной коммутации (3G), а не коммутации каналов (2G). При этом скорость 3G выросла в среднем до 2 Мбит/сек. (с 200 Кбит/сек. в начале внедрения технологии). Произошла революция, которую можно сравнить лишь с переходом от 56k-модемов к широкополосному доступу.

Благодаря надежному, быстрому подключению стали стремительно развиваться услуги потокового видео на телефоне, включая видеозвонки. Большинство сайтов обзавелись версиями для мобильных устройств. В целом, с середины 2000-х годов 3G значительно изменило веб-индустрию, особенно с точки зрения приложений и веб-интерактивности.

HSDPA по сравнению с WCDMA, EDGE, GPRS, GSM.

С приходом и распространением 3G, началась современная эпоха беспроводных мобильных смартфонов как карманных компьютеров, особенно после 2005 года, когда в 3G была внедрена технология пакетной передачи данных High-Speed Downlink Packet Access (HSDPA).

Однако к 2009 году стало ясно, что в какой-то момент сети 3G будут перегружены трафиком от приложений, которым необходим доступ в сеть. В скором времени индустрия сосредоточилась на внедрении технологий 4G, намереваясь увеличить скорость в несколько раз по сравнению с существующими сетями 3G.

Аналоговые системы сотовой связи

В таблице 6.1 представлены наиболее распространенные стандарты аналоговой связи.

Таблица 6.1. Аналоговые стандарты сотовой связи

Абривиа-тура

Расшифровка абривиатуры

Перевод

Распространенность

AMPS

Advanced Mobile Phone Service

Усовершенствованная мобильная телефонная служба

Широко используется в США, Канаде, Центральной и Южной Америке, Австралии; используется в России в качестве регионального стандарта

TACS

Total Access Communications System

Общедоступная система связи

Используется в Англии, Италии, Испании, Австрии, Ирландии, с модификациями ETACS (Англия) и JTACS/NTACS (Япония); второй по распространенности стандарт среди аналоговых

NMT-450 NMT-900

Nordic Mobile Telephone

Мобильный телефон северных стран

Используется в Скандинавии и во многих других странах; третий по распространенности среди аналоговых стандартов; стандарт NMT-450 принят в России в качестве федерального

С-450

(диапазон 450 МГц)

Используется в Германии и Португалии

RTMS

Radio Telephone Mobile System

Мобильная радиотелефонная система, диапазон 450 МГц

Используется в Италии

Radiocom 2000

Используется во Франции

NTT

Nippon Telephone and Telegraph system

Японская система телефона и телеграфа

Используется в Японии

Читайте про операторов:  Когда появилась сотовая связь в России: в каком году стали пользоваться мобильными телефонами

Характеристики ССС основных аналоговых стандартов представлены в таблице 6.2.

Таблица 6.2. Характеристики аналоговых стандартов сотовой связи

Характеристика

Стандарт

AMPS

TACS

NMT-450

NMT-900

Radiocom-2000

NTT

800

900

450

900

170, 200, 400

800-900

825-845 870-890

935-950 890-905

453-457,5 463-467,5

935-960 890-915

424,8-427,9 418,8-421,9

925-940 870-885

Метод доступа

FDMA

FDMA

FDMA

FDMA

FDMA

FDMA

Радиус ячейки, км

2-20

2-20

2-45

0,5-20

5-20

5-10

Число каналов подвижной станции

666

600 (640)

180

1000/1999

256

До 1000

Число каналов базовой станции

96

144

30

30

120

Мощность передатчика базовой станции, Вт

45

50

50

40

25

Ширина полосы частот канала, кГц

30

25

25

25 (12,5)

12,5

25

Время переключения канала на границе ячейки, мс

250

290

1250

270

800

Минимальное отношение сигнал/шум, дБ

10

10

15

15

15

Во всех аналоговых стандартах применяется частотная (ЧМ) или фазовая (ФМ) модуляция для передачи речи и частотная манипуляция для передачи информации управления. Этот способ имеет ряд существенных недостатков:

  • возможность прослушивания разговоров другими абонентами;
  • отсутствие эффективных методов борьбы с замираниями сигналов под влиянием окружающего ландшафта и зданий или вследствие передвижения абонентов.

Для передачи информации различных каналов используются различные участки спектра частот – применяется метод множественного доступа с частотным разделением каналов (Frequency Division Multiple Access – FDMA), с полосами каналов в различных стандартах от 12,5 до 30 кГц.

До «современной эры» — кабельные телефонные сети

До «современной эры» — кабельные телефонные сети

Как передать информацию на большие расстояния? Подобным вопросом человечество задавалось с самых древних времен. Первыми потугами на данном поприще были крик и свист, а дальше — система костров, сообщающая, например, о вражеском наступлении. До 19 века каких-то хоть мало-мальски значимых научных свершений, которые могли бы дать достойный ответ проблеме, не было.

Несмотря на многочисленные споры, официальным создателем телефонной связи во второй половине столетия считается Александр Грэхем Белл, силами которого было организована небольшая проводная телефонная сеть длиною в несколько сотен метров. Тем не менее, коммерческое использование его наработок началось только в начале 20 века, а через пять десятков лет мир увидел и первые беспроводные аналоги.

История развития систем сотовой связи

Появлению сетей сотовой подвижной связи предшествовал долгий период эволюционного развития радиотелефонной системы связи, в течение которого осваивались различные частотные диапазоны, и совершенствовалась техника связи. Идея сотовой связи была предложена в ответ на необходимость развития широкой сети подвижной связи в условиях ограничений на доступные полосы частот.

В середине 40-х годов исследовательский центр Bell Labs американской компании AT&T предложил идею разбиения обслуживаемой территории на небольшие участки, которые стали называться сотами, (cell – ячейка, сота). Каждая сота должна была обслуживаться передатчиком с ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой. Это позволило бы без взаимных помех использовать ту же самую частоту повторно в другой ячейке (соте).

Но прошло около 30 лет, прежде чем такой принцип организации связи был реализован на аппаратном уровне. В 70-х годах начались работы по созданию единого стандарта сотовой связи для пяти североевропейских стран – Швеции, Финляндии, Исландии, Дании и Норвегии, который получил название NMT-450 (Nordic Mobile Telephone) и был предназначен для работы в диапазоне 450 МГц.

Эксплуатация первых систем сотовой связи этого стандарта началась в 1981 г. Сети на основе стандарта NMT-450 и его модифицированных версий стали широко использоваться в Австрии, Голландии, Бельгии, Швейцарии, а также в странах Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока.

В 1983 г. в США вступила в эксплуатацию сеть стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service). Этот стандарт был разработан в исследовательском центре Bell Laboratories.

В 1985 г. в Великобритании был принят в качестве национального стандарт TACS (Total Access Communications System), разработанный на основе американского стандарта AMPS.

В конце 80-х годов приступили к созданию систем сотовой связи (ССС), основанных на цифровых методах обработки сигналов. С целью разработки единого европейского стандарта цифровой сотовой связи для выделенного в этих целях диапазона 900 МГц в 1982 г Европейская Конференция Администраций Почт и Электросвязи (СЕРТ) создала специальную группу Groupe Special Mobile.

В США в 1990 г. американская Промышленная Ассоциация в области связи TIA (Telecommunications Industry Association) утвердила национальный стандарт IS-54 цифровой сотовой связи. Этот стандарт более известен под аббревиатурой D-AMPS. В отличие от Европы, в США не были выделены новые частотные диапазоны, поэтому система должна была работать в полосе частот, общей с обычным AMPS.

В 1991 г. в Европе появился стандарт DCS-1800 (Digital Cellular System 1800 МГц), созданный на базе стандарта GSM.

В Японии был разработан собственный стандарт сотовой связи JDC (Japanese Digital Cellular), близкий по своим показателям к стандарту D-AMPS. Стандарт JDC был утвержден в 1991 г. Министерством почт и связи Японии.

В 1993 г. в США Промышленная Ассоциация в области связи (TIA) приняла стандарт CDMA как внутренний стандарт цифровой сотовой связи, назвав его IS-95. В сентябре 1995 г. в Гонконге была открыта коммерческая эксплуатация первой сети стандарта IS-95.

В общем виде эволюция систем подвижной связи представлена на рисунке 6.4.

История сотовой связи

Эволюция систем сотовой связи включает в себя несколько поколений 1G, 2G, 3G и 4G. Ведутся работы в области создания сетей мобильной связи нового пятого поколения (5G). Стандарты различных поколений, в свою очередь, подразделяются на аналоговые (1G) и цифровые системы связи (остальные).

Рассмотрим их подробнее.

Связь всегда имела большое значение для человечества. Когда встречаются два человека, для общения им достаточно голоса, но при увеличении расстояния между ними возникает потребность в специальных инструментах. Когда в 1876 году Александр Грэхем Белл изобрел телефон, был сделан значительный шаг, позволивший общаться двум людям, однако для этого им необходимо было находиться рядом со стационарно установленным телефонным аппаратом!

Более ста лет проводные линии были единственной возможностью организации телефонной связи для большинства людей. Системы радиосвязи, не зависящие от проводов для организации доступа к сети, были разработаны для специальных целей (например, армия, полиция, морской флот и замкнутые сети автомобильной радиосвязи), и, в конце концов, появились системы, позволившие людям общаться по телефону, используя радиосвязь.

Медленная и неуверенная передача пакетных данных в 2,5g

Медленная и неуверенная передача пакетных данных в 2,5G

На пороге миллениума существующие мобильные сети обзавелись поддержкой передачи данных на скорости 171,2 Кбит/с, а операторы — возможностью тарифицировать не время использования услуг, а количество потребленной информации. Переходной этап развития сотовой связи качественно отличался от базового возможностью доступа к интернету с помегабайтной оплатой.

Читайте про операторов:  Пять правил мобильного этикета | Москва. Северо-Запад

Полноценным серфинг сети с ее помощью, однако, назвать нельзя, ведь ее стандартами была предусмотрена уж больно медленная и неуверенная передача пакетных данных. На территории многих стран постсоветского пространства сотовые операторы так и не шагнули дальше данного этапа в развитии мобильной связи, поэтому их жители, по большому счету, не могут полноценно использовать интернет вне Wi-Fi сетей со своих смартфонов. 2,5G базируется на стандартах GPRS, EDGE и 1X.

Поддержка старых стандартов

Как известно, сотовым операторам приходится размещать на своих вышках гору оборудования. В теории можно было бы заменить 2G-передатчики на 3G-передатчики. Но сделать это — значит лишить связи владельцев мобильных телефонов, работающих только в стандарте GSM.

В обозримом будущем отказа от устаревших стандартов не случится. Объясняется это двумя причинами:

Теперь вы знаете об основных отличиях разных стандартов. Если вкратце, то в первую очередь изменению подвергались ёмкость сот, ширина покрытия (каждый раз в меньшую сторону, так как таковы законы более высокочастотных сигналов) и скорость передачи данных.

Преимущества и недостатки 3g по сравнению с 2g

Преимущества 3G над 2G:

  • Высокая эффективность использования канального ресурса. Рост пропускной способности сети.
  • Сокращение мощности абонентских и базовых станций, что уменьшает помехи другим электронным устройствам.
  • Простота частотного планирования, поскольку все базовые станции сети используют один и тот же канальный ресурс.
  • Упрощение изменения скоростей передачи вверх и вниз для различных абонентов. Поддержка асимметричных видов передачи информации, таких как Интернет.
  • Возможность реализации мягкого хэндовера. Сокращение числа обрывов связи из-за хэндовера. Повышение качества связи, особенно при передаче данных, видеосигналов и мультимедиа.
  • Применение Rake приемника позволяет выделять и обрабатывать наиболее мощные сигналы при многолучевом распространении.
  • Повышение качества передачи телефонии за счет устранения замираний при многолучевом распространении.
  • Обеспечение высокой надежности связи факсимиле, Интернет сообщений.
  • Простота передачи каналов управления.
  • Облегчение реализации новых услуг: прием мультимедиа, высокоскоростных потоков данных, аудио- и видеоклипов.

Недостатки 3G:

  • Необходимость синхронизации кодирующих последовательностей в приемниках. Требования к реализации когерентной обработки принятых сигналов.
  • Необходимость быстрой регулировки мощности передатчиков мобильной и базовой станций.
  • Зависимость дальности связи от скорости передачи и скорости передвижения абонента.

Пятое поколение мобильной связи (5g)

В настоящее время ведутся предкоммерческие и коммерческие запуски сетей 5G. Подробнее о запусках сетей 5G в России и мире можно ознакомиться по соответствующим ссылкам.

К сетям пятого поколения заявлены следующие требования (в сравнении с LTE):

– Рост в 10-100 раз скорости передачи данных в расчете на абонента;

– Рост в 1000 раз среднего потребляемого трафика абонентом в месяц;

– Возможность обслуживания большего (в 100 раз) числа подключаемых к сети устройств;

– Многократное уменьшение потребление энергии абонентских устройств;

– Сокращение в 5 и более раз задержек в сети;

– Снижение общей стоимости эксплуатации сетей пятого поколения.Что такое "поколение" сетей сотовой связи?

Требования к сетям 5G в оцифрованном виде представлены по ссылке.

Более подробную информацию об эволюции сетей мобильной связи, текущем состоянии, трендах и перспективах ее развития читайте в новейшей книге-справочнике “Мобильная связь на пути к 6G”.

Современный мобильный телефон в качестве окна в интернет с 3g

Современный мобильный телефон в качестве окна в интернет с 3G

Мобильные сети третьего поколения, наконец-то, дали пользователям современных мобильных телефонов возможность полноценного доступа к интернету. Их дециметровый частотный диапазон обеспечивает скорость передачи данных до 3,6 Мбит/с, что позволяет без проблем загружать файлы больших объемов, смотреть потоковое видео, прослушивать музыкальные записи и так далее.

Тем не менее, принципиальным отличием сетей третьего поколения от предшественников является даже не скорость, а возможность одновременной передачи пакетных данных и канального подключения, что позволяет доступу в интернет не обрывать голосовые услуги и наоборот. Протоколами третьего поколения являются UMTS и CDMA2000.

Цифровые системы сотовой связи

Перечисленные недостатки обусловили появление цифровых ССС. Переход к цифровым системам также стимулировался широким внедрением цифровой техники в отрасль связи и в значительной степени был обеспечен разработкой низкоскоростных методов.

Переход к цифровым системам натолкнулся на некоторые трудности. В США аналоговый стандарт AMPS получил столь широкое распространение, что прямая замена его цифровым стандартом оказалась практически невозможной. Выход был найден в разработке двухрежимной аналого-цифровой системы, позволяющей совмещать работу аналоговой и цифровой систем в одном и том же диапазоне.

Разработанный стандарт получил наименование D-AMPS, или IS-54 (IS – сокращение от Interim Standard, т.е. «промежуточный стандарт»). В Европе ситуация осложнялась наличием множества несовместимых аналоговых систем. Здесь выходом оказалась разработка единого общеевропейского стандарта GSM (GSM-900 – диапазон 900 МГц).

Стандарт D-AMPS дополнительно усовершенствовался за счет введения нового типа каналов управления (КУ). Цифровая версия IS-54 сохранила структуру КУ аналогового AMPS, что ограничивало возможности системы. Новые чисто цифровые КУ были введены в версии IS-136.

При этом была сохранена совместимость с AMPS и IS-54, но повышена емкость КУ и расширены функциональные возможности системы. Позже было принято решение обозначать этот стандарт GSM-1800. В США диапазон 1800 МГц оказался занят другими пользователями, но была найдена возможность выделить полосу частот в диапазоне 1900 МГц, которая получила в Америке название диапазона систем персональной связи (PCS – Personal Communications Systems), в отличие от диапазона 800 МГц, за которым сохранено название сотового (cellular).

Цифровые системы второго поколения основаны на методе множественного доступа с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access – TDMA). Однако уже в 1992 – 1993 гг. в США был разработан стандарт ССС на основе метода множественного доступа с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access – CDMA)

Основные цифровые стандарты ССС приведены в таблице 6.3:

Таблица 6.3. Основные цифровые стандарты сотовой связи

Абривиатура

Расшифровка абривиатуры

Перевод

Распространенность

D-AMPS

Digital AMPS (Advanced Mobile Phone Service)

Усовершенствованная мобильная телефонная служба

цифровой AMPS

GSM

Global System for Mobile Communications

Глобальная система мобильной связи

второй по распространенности стандарт мира

CDMA

Code Division Multiple Access

Множественный доступ с кодовым разделением каналов

JDC

Japanese Digital Cellular

Японский стандарт цифровой сотовой связи

Цифровые ССПС по сравнению с аналоговыми системами предоставляют абонентам больший набор услуг и обеспечивают повышенное качество связи, а также взаимодействие с цифровыми сетями ISDN и пакетной передачи данных (PDN).

Характеристики цифровых стандартов представлены в таблице 6.4.

Таблица 6.4. Сравнительные характеристики цифровых стандартов

Характеристика

Стандарт

D-AMPS

GSM

JDC

CDMA

TDMA

TDMA

TDMA

CDMA

Число речевых каналов на физический канал

3

8 (16)

3

32

Отведенный и рабочий диапазон частот, МГц

(800 и 1900 МГц)

(900, 1800 и 1900 МГц)

810-826

940-956

1429-1441

1447-1489 1501-1513

(800 и 1900 МГц)

824-840

869-894

935-960

890-915

824-840 869-894

Ширина полосы частот радиоканала, кГц

30

200

25

1250

Эквивалентная полоса частот на один разговорный канал, кГц

25

25 (12,5)

8,3

Вид модуляции

π/4 DQPSK

0,3 GMSK

π/4 DQPSK

QPSK

Скорость передачи информации, кбит/с

48

270

42

Скорость преобразования речи, кбит/с

13 (6,5)

11,2 (5,6)

8

Минимальное отношение сигнал/шум, дБ

16

9

7

Алгоритм преобразования речи

VSELP

RPE-LTR

VSELP

CELP

Радиус соты, км

0,5-20

0,5-35

0,5-20

0,5-25

Читайте про операторов:  Абоненты Билайн могут пользоваться безлимитным интернетом в Крыму, Севастополе и поездках по другим городам России при регистрации в сетях других операторов - пресс-центр Билайн Москва.

Четвертое поколение мобильной связи (4g)

В марте 2008 года сектор радиосвязи Международного союза электросвязи (МСЭ-Р) определил ряд требований для стандарта международной подвижной беспроводной широкополосной связи 4G, получившего название спецификаций International Mobile Telecommunications Advanced (IMT-Advanced), в частности установив требования к скорости передачи данных для обслуживания абонентов:

Так как первые версии мобильного WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access – всемирная совместимость для микроволнового доступа) и LTE (англ. Long Term Evolution – долгосрочное развитие) поддерживают скорости значительно меньше 1 Гбит/с, их нельзя назвать технологиями, соответствующими IMT-Advanced, хотя они часто упоминаются поставщиками услуг, как технологии 4G. 6 декабря 2022 года МСЭ-Р признал, что наиболее продвинутые технологии рассматривают как 4G.

Основной, базовой, технологией четвёртого поколения является технология ортогонального частотного уплотнения OFDM (англ. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing – мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов). Кроме того, для максимальной скорости передачи используется технология передачи данных с помощью N антенн и их приёма М антеннами – MIMO (англ.

Подобно тому, как было со стандартом 3G, ITU взяла под свой контроль 4G, привязав его к спецификации, известной как IMT-Advanced. Документ призывает к скорости входящих данных в 1 ГБит/с для стационарных терминалов и 100 МБит/с для мобильных. Это в 500 и 250 раз быстрее по сравнению с IMT-2000.

Беспроводные технологии играют ключевую роль в обеспечении широкополосного доступа в сельской местности. Это более рентабельно — построить одну станцию 4G, которая обеспечит связь на расстоянии десятков километров, чем покрывать сельхозугодья одеялом из оптоволоконных линий.

К сожалению, эти спецификации являются настолько агрессивными, что ни один коммерческий стандарт в мире не соответствует им. Исторически сложилось, что технологии WiMAX и Long-Term Evolution (LTE), которые призваны добиться такого же успеха как CDMA2000 и GSM, считаются технологиями четвертого поколения, но это верно лишь отчасти: они оба используют новые, чрезвычайно эффективные схемы мультиплексирования (OFDMA, в отличие от старых CDMA или TDMA которые мы использовали на протяжении последних двадцати лет) и в них обоих отсутствует канал для передачи голоса.

100 процентов их пропускной способности используется для услуг передачи данных. Это означает, что передача голоса будет рассматриваться как VoIP. Учитывая то, как сильно современное мобильное общество ориентировано на передачу данных, можно считать это хорошим решением.

Где WiMAX и LTE терпят неудачу, так это в скорости передачи данных, у них эти значения теоретически находятся на уровне 40 МБит/с и 100 МБит/с, а на практике реальные скорости коммерческих сетей не превышают 4 МБит/с и 30 МБит/с соответственно, что само по себе очень неплохо, однако не удовлетворяет высоким целям IMT-Advanced.

Тем не менее, можно утверждать, что оригинальные стандарты WiMAX и LTE достаточно отличаются от классических стандартов 3G, чтобы можно было говорить о смене поколений.

И действительно, большинство операторов по всему миру, которые развернули подобные сети, называют их 4G.

Очевидно, это используется в качестве маркетинга, и организация ITU не имеет полномочий противодействовать. Обе технологии (LTE в частности) скоро будут развернуты у многих операторов связи по всему миру в течение нескольких следующих лет, и использование названия «4G» будет только расти.

И это еще не конец истории. Американский оператор T-Mobile, который не объявлял о своем намерении модернизировать свою HSPA сеть до LTE в ближайшее время, решил начать брендинг модернизации до HSPA как 4G. В принципе, этот шаг имеет смысл: 3G технология в конечном счете может достигнуть скоростей, больших, чем просто LTE, приближаясь к требованиям IMT-Advanced.

Есть много рынков, где HSPA сеть T-Mobile быстрее, чем WiMAX от оператора Sprint. И ни Sprint, ни Verizon, ни MetroPCS — три американских оператора с живой WiMAX/LTE сетью — не предлагают услуги VoIP. Они продолжают использовать свои 3G частоты для голоса и будут делать это еще в течении некоторого времени. Кроме того, T-Mobile собирается обновиться до скорости 42 МБит/с в этом году, даже не касаясь LTE.

Возможно, именно этот шаг T-Mobile вызвал глобальное переосмысление того, что же на самом деле означает «4G» среди покупателей мобильных телефонов. AT&T, которая находится в процессе перехода на HSPA и начнет предлагать LTE на некоторых рынках в конце этого года, называет обе эти сети 4G. Таким образом, все четыре национальных оператора США украли название «4G» у ITU — они его взяли, убежали с ним и изменили.

Таким образом, эволюцию стандартов мобильной связи можно представить в следующем виде:

Сравнительные характеристики стандартов различных поколений мобильной связи можно свести в следующую таблицу:

Ниже представлена сравнительная характеристика 1g, 2g, 3g, 4g:

Четвертое поколение сотовой связи

В конце 2000-ых годов на свет стали появляться «айфоны» и «андроиды». Эти смартфоны отличались от предшественников крупным ЖК-дисплеем. Теперь уже никому не хотелось просматривать скромные WAP-странички. Отныне встроенных комплектующих вполне хватало для того, чтобы браузер без каких-либо проблем отображал полноценную страницу, насколько бы тяжелой она не было.

Результатом работы ученых стали два стандарта: WiMAX и LTE. Сейчас вы сами знаете о том, какой из них получил наибольшее распространение. Внедрение LTE позволило существенно увеличить емкость каждой соты, хотя ареал её действия при этом уменьшился.

Теперь минимальная скорость передачи данных составляла 100 Мбит/с, чего хватает большинству среднестатистических владельцев смартфон. В дальнейшем этот параметр вырос ещё сильнее. Случилось это за счет реализации технологии LTE-Advanced. В зависимости от категории поддерживаемой аппаратом технологии, может достигаться скорость 400 Мбит/с или даже 1 Гбит/с!

В отличие от предыдущих поколений, стандарт LTE изначально предназначался только для пакетной передачи данных. Но со временем стала доступной и цифровая передача голоса — за это ответственна технология VoLTE. Качество звука при этом гораздо выше, нежели при разговоре посредством сетей 2G или 3G. Однако до сих пор эту технологию поддерживают далеко не все смартфоны.

Заключение

Технологии в наше время не стоят на месте. А в плане развития сотовой связи инновации появляются практически ежегодно. Можно сказать точно, что связь со временем, скорее всего, полностью перейдёт из плоскости наземных телефонных линий в плоскость различных онлайн-сервисов.

Доступ к ним будет обеспечен внедрением широкополосных беспроводных стандартов с улучшенным покрытием. По поводу сравнения 2G, 3G, 4G можно сказать, что самые глобальные их отличия заключаются в скорости передачи данных и набору доступных. Стоит также упомянуть про 5G.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Adblock
detector