Швидкості передачі даних в системах стільникового зв'язку. Еволюція технологій передачі даних в стільникових системах зв'язку

Чергове дослідження якості мобільного зв'язку в Москві, на цей раз якості передачі даних. І ще одне пояснення того, чому це якість - майже недосяжна мрія в суворих умовах безперервних військових дій і адміністративних обмежень.

Інформаційно-аналітичне агентство TelecomDaily організувало свій незалежний «заїзд» по вулицях Москви з метою оцінити якість роботи стільникових мереж. На цей раз перевірялася виключно передача даних, причому тільки передача даних в мережах 3G і 4G. Що теж непогано: нам з вами простіше зосередитися на результатах, а тестувати не довелося намагатися «обійняти неосяжне». Технологію EDGE «списувати в утиль» поки ніхто не збирається, цей режим залишається дуже затребуваним для власників трубок без підтримки 3G, та й покриття EDGE набагато щільніше і надійніше. Але з точки зору динаміки розвитку і перспектив, 3G і 4G набагато цікавіше.

Додатковий, важливий «бонус» тестування - реакція операторів на результати вимірів. Як завжди, в процесі вислуховування пояснень і аргументів ми дізнаємося щось цікаве. Ще один «бонус» - залучення додаткової уваги до проблеми, що стимулює більш активне «ворушіння» операторів, а регулюючим органам допомагає не забувати про існування проблеми.

тестування

Ознайомитися з першоджерелом звіту можна. Тестування мереж операторів «великої трійки» і Yota проводилося з 22 по 26 березня 2013 року і здійснювалося в русі на спеціально обладнаному автомобілі: середня швидкість проходження дорівнювала 27 км / год, загальна протяжність маршруту склала більше 700 км. До складу вимірювального комплексувходили звичайні абонентські модеми з підтримкою DC-HSPA (42 Мбіт / с) і LTE (100 Мбіт / с). Здійснювалося завантаження файлу 28 МБ по протоколу HTTP з самого відвідуваного сайту mail.ru.

Що хотілося б обговорити окремо. Параметр «максимальна швидкість» вказувався дійсно по максимальній швидкості, «моментально» досягнутої обладнанням в процесі спілкування з базовою станцією. Не секрет, що оператори використовують різноманітні шейпери та інші обмежувачі швидкості доступу, це нормально. Наприклад, максимальна швидкість абонентського доступу на мережі 4G Yota жорстко обмежена 20 Мбіт / с, але в дослідженні публікуються «максимальні» швидкості на 25% вище (до 24.5 Мбіт / с). Це означає, що в якийсь окремий момент (наприклад, не встиг спрацювати шейпер) швидкість скачування файлу була зареєстрована саме такий, чим і пояснюється 125% (навіть не «офіційно затверджені» 146%!) Від теоретично доступного користувачумаксимуму.

Я до того, що результати максимальних швидкостей передачі напевно справедливі і стануть в нагоді фахівцям. Але до практично досяжним показниками, судячи з усього, відношення мають дуже опосередкований. Реальним користувачам краще орієнтуватися на середню швидкість, обчислену за результатами завантаження того самого тестового файлу в 28 мегабайт.

Ще одне питання, про розмір файлу. Завантаження тестових 28 мегабайт добре для оцінки якості швидкості завантаження даних в певному місці, це безперечно. Але в русі - навряд чи. Навіть на оголошеної швидкості руху 27 км / год хендовери майже неминучі. Так машина рухалася, або все-таки на час виміру зупинялася? Якщо зупинялася, то, за опублікованими результатами, зупинялася часом на 3 хв 40 с мінімум. А якщо не зупинялася, то формулювання «середня швидкість» виявляється з урахуванням пауз на хендовер, що не зовсім коректно. І злегка спантеличує. Наприклад, якщо відстань між БС МТС з підтримкою LTE по маршруту становила місцями до 3,5 км. (Якщо вірити карті покриття), то пауза довжиною 466 секунд в передачі даних «опустила» б середню швидкість по району до жалюгідних кілобайт в секунду. Однак, судячи з опублікованими результатами, цього не відбувалося.

Чи то машина старанно слідувала строго по заданому маршруту, то чи невдалі спроби передати файл взагалі не враховувалися в загальній статистиці. Будемо сподіватися, що фраза «... середня швидкість проходження дорівнювала 27 км / год» означала саме середню швидкість. Зупинився - пару-трійку хвилин постояв і поміряв - поїхав далі. Проїхав кілька км, звірився з картою, зупинився, поміряв, поїхав далі. Сподіваюся, що колеги не розорилися на штрафах ГИБДД. Що не кажи, а з середньою швидкістю 27 км / год по Москві в такому режимі не всяка машина з "мигалкою" на даху зуміє проїхати.

У будь-якому випадку, справа важлива і корисна, дозволяє нам зорієнтуватися в тому, на які швидкості можна розраховувати. А то ж на красивих упаковках модемів і роутерів пишуть теоретично досяжна швидкість, що не мають нічого спільного з реальними параметрами передачі даних.

Переможець і результати

Цього року лідером за швидкістю мобільного широкосмугового передачі даних в Москві виявився МТС, який продемонстрував вражаючу середню швидкість як в мережі 3G (5 Мбіт / с.), Так і в мережі 4G (12,2 Мбіт / с). Очікуваний результат, в МТС не так давно закінчили широкомасштабний апгрейд своєї мережі в московському регіоні. Плюс, в мережі передачі даних 3G оператор використовує одночасно дві несучі (DC HSPA + - Dual Carrier HSPA). У такій конфігурації мережі швидкість доступу не особливо відрізняється від 4G, хіба що час відгуку (ping) в середньому більше.

Мегафон в минулому році не так активно займався модернізацією і розширенням мережі передачі даних, основні роботи були виконані раніше. Про що наочно свідчать минулорічні результати аналогічного «заїзду» TelecomDaily. Напевно, свою роль зіграла і встигла скластися репутація оператора з «найшвидшими» інтернетом в московському регіоні. Тепер на «перетікання» частини абонентів в МТС буде потрібно якийсь час. Ще один фактор - специфіка 4G МТС. Використовуваний зараз в мережі МТС варіант технології (LTE TDD) поки підтримується порівняно малою кількістю моделей терміналів, а сама мережа ще страждає вираженою «плямистістю» покриття.

Yota і Мегафон використовують загальну мережу 4G (Мегафон в якості MVNO, віртуального оператора), але виділяти їх в окремі рядки таблиці сенс був. Різні настройки сегментів мережі, різні принципи боротьби з перевантаженнями, відсутність / наявність обмежень і, врешті-решт, різну кількість активних абонентів і різні профілі користувачів.

Як бачимо, «швидкісні показники» мереж всіх операторів за рік суттєво покращилися, незважаючи на явно яке виросло число користувачів. Цікаво буде подивитися на результати аналогічного тесту в наступному році, коли Білайн остаточно (сподіваюся) «доведе до пуття» свою мережу передачі даних в московському регіоні. Обнадійливі ознаки поліпшень і позитивні коментарі вже регулярно з'являються, та й результати цьогорічного тестування виявилися кращими за очікувані. Подивимося що буде далі.

Карта МТС

Через деякий час після тестування МТС виклали на сайті цікаву карту покриття. З детальною розбивкою «шарами» за діапазонами і технологій подивитися можна. Корисна карта, дуже рекомендую. Якщо пам'ятаєте, колись оператори викладали на своїх сайтах окремі карти покриття «простого» GSM і EDGE, десять років тому це було дуже актуально. На жаль, від цієї гарної практики зараз відмовилися, що іноді вводить споживачів в оману. Наприклад, заплатив людина додаткові гроші МТС за дію свого безлімітного інтернетув Калузькій області, а там навіть EDGE «поруч не валявся». Голий і перевантажений GPRS на базовій станції, виготовленої мало не в минулому столітті. В наші дні такий мобільний інтернетвже згадується зі здриганням. За межами столичного регіону і у колег по «великій трійці» інтернет частенько не радує, це сумний факт.

Втім, розбивка зон покриття на GPRS / EDGE вже не особливо актуальна, все-таки зон «тільки GPRS» стає все менше. А ось позначення різним кольором UMTS 900, UMTS 2100 і DC HSPA + дуже навіть стане в нагоді. Є можливість зорієнтуватися і зрозуміти, чи не час міняти пристрій на більш сучасне.

Проблеми та шляхи їх вирішення

Як ми вже не раз писали і що багаторазово відзначали в уряді, міністерствах і Департаменті інформаційних технологій, Москва - особливе місто, що відрізняється порівняно низькою якістю роботи стільникових мереж. У тому числі далеко не кращою якістюпередачі даних у всіх діючих стандартах і діапазонах. Своїм баченням основних перешкод, що заважають мереж розвиватися, ділилося керівництво столичного Мегафона. Деякі тези з бесіди, яка була присвячена цій наболілої теми.

• Частоти, які доводиться ділити з «військовими». Південь Москви і прилеглі частини московської області - відома біда. Локально і сяк-так можна вирішити діапазоном UMTS 900, але не все абонентське обладнання підтримує 3G в цьому діапазоні. Проблема жорстких обмежень по потужності і напряму антен по всій території Москви теж вирішується, але дуже недешево. Там, де вистачило б однієї БС, ставлять три-чотири, а хто за це платить? В остаточному підсумку, платимо ми з вами, інших грошей у операторів немає. Але це дуже окрема тема.
• Питання добування майданчиків під розміщення базових станцій в Москві вже давно в категорії «наболілих». Для розміщення станції на житловому будинку потрібна згода 2/3 власників квартир, а число і пропорція приголосних / незгодних варіюється в найширших межах. Сьогодні Вася Пупкін погодився на установку БС і три чверті жителів його підтримали, а через місяць ініціативний Федя Папкин організував збір підписів під петицією про термінову ліквідацію антен. Унаслідок зниження удою корів, які пасуться на московських Патріарших ставках. І ті ж три чверті жителів його підтримають, силами місцевого електрика кабель живлення обріжуть. А куди прилаштовувати встановлену БС?
• З нежитловими і адміністративними будівлями простіше. В тому сенсі, що сюрпризи рідше. Але все одно регулярно бувають. Змінився чиновник, а новий «хазяїн» задумався про «корупційної складової» договору. І вирішив, що «складова» непристойно мала, треба переглядати. Частий підсумок «перегляду» - відключення і перенесення БС в менш вдале місце. З паузою в півроку-рік. На жаль, господарюючі чиновники ніяк не обмежені в свободі прийняття рішень, зобов'язання по розміщенню базових станцій ніде не «прописані». Спробували б вони поторгуватися з «Роспожнадзором» за ціну оренди місця установки пожежного гідранта, ага.
• «Гарячий» і обговорюване питання Network Sharing (сумісне використання базових станцій). Заманливо. Але, історично і адміністративно оператори розвивають власні інфраструктури, це «відразу» не змінити постановою уряду. Не кажучи вже про те, що Network Sharing «спрацює» (якщо спрацює) тільки в LTE і частково в 3G.
• Швидкий і динамічний розвиток міста. Наприклад, на даний моментв Москві будується близько 280 об'єктів високої поверховості, що неминуче вимагатиме серйозного перегляду планування сот і доустановки нових базових станцій. Тільки для компенсації виникає екранування питання індаур-покриття нових будівель будуть вирішуватися окремо.
• Нарешті, наша рідна «адміністратівка». На сьогоднішній день повний цикл оформлення будівництва та запуску в експлуатацію базової станції займає півроку, 200 днів - нормальний термін на всі бюрократичні тонкощі. Тільки «паперові справи» після того, як місце знайдено і з власником будівлі / майданчики все погоджено. Це до питання про типову претензії: «Тут не ловить, я їм вже три місяці тому написав, і заявку зареєстрували! А у мене до цих пір не ловить !!! ».

Що таке "покоління" мереж стільникового зв'язку?

Покоління стільникового зв'язку - це набір функціональних можливостейроботи мережі, а саме: реєстрація абонента, встановлення виклику, передача інформації між мобільним телефоном і базовою станцією по радіоканалу, процедура встановлення виклику між абонентами, шифрування, роумінг в інших мережах, а також набір послуг, що надаються абоненту.

Історія стільникового зв'язку

Еволюція систем стільникового зв'язку включає в себе кілька поколінь 1G,, і. Ведуться роботи в області створення мереж мобільного зв'язку нового п'ятого покоління (). Стандарти різних поколінь, в свою чергу, поділяються на аналогові (1G) і цифрові системи зв'язку (інші).

Розглянемо їх докладніше.

Зв'язок завжди мала велике значення для людства. Коли зустрічаються дві людини, для спілкування їм досить голосу, але при збільшенні відстані між ними виникає потреба в спеціальних інструментах. Коли в 1876 році Олександр Грехем Белл винайшов телефон, був зроблений значний крок, який дозволив спілкуватися двом людям, однак для цього їм необхідно було перебувати поруч зі стаціонарно встановленим телефонним апаратом! Понад сто років провідні лінії були єдиною можливістю організації телефонного зв'язку для більшості людей. Системи радіозв'язку, які не залежать від проводів для організації доступу до мережі, були розроблені для спеціальних цілей (наприклад, армія, поліція, морський флот і замкнуті мережі автомобільної радіозв'язку), і, врешті-решт, з'явилися системи, що дозволили людям спілкуватися по телефону, використовуючи радіозв'язок. Ці системи призначалися головним чином для людей, що їздили на машинах, і стали відомі як телефонні системи рухомого зв'язку.

Перше покоління мобільного зв'язку (1G)

Офіційним днем ​​народження стільникового зв'язку вважається 3 квітня 1973 року, коли глава підрозділу мобільного зв'язку компанії Motorola Мартін Купер подзвонив начальнику дослідного відділу AT & T Bell Labs Джоелю Енгелю, перебуваючи на жвавій Нью-йоркської вулиці. Саме ці дві компанії стояли біля витоків мобільної телефонії. комерційну реалізацію дана технологіяотримала 11 років по тому, в 1984 році, у вигляді мобільних мереж першого покоління (1G), які були засновані на аналоговому способі передачі інформації.

Основними стандартами аналогового мобільного зв'язку стали AMPS (Advanced Mobile Phone Service - вдосконалена рухома телефонна служба) (США, Канада, Центральна і Південна Америка, Австралія), TACS (Total Access Communications System - тотальна система доступу до зв'язку) (Англія, Італія, Іспанія, Австрія, Ірландія, Японія) і NMT (Nordic Mobile Telephone - північний мобільний телефон) (країни Скандинавії і ряд інших країн). Були й інші стандарти аналогового мобільного зв'язку - З-450 в Німеччині і Португалії, RTMS (Radio Telephone Mobile System - радіотелефонна мобільна система) В Італії, Radiocom 2000 у Франції. В цілому мобільний зв'язокпершого покоління представляла собою клаптикову ковдру несумісних між собою стандартів.

Табл. 1 Характеристики аналогових стандартів стільникового зв'язку

За часів 1G ніхто не думав про послуги передачі даних - це були аналогові системи, задумані і розроблені виключно для здійснення голосових викликів і деяких інших скромних можливостей. Модеми існували, однак через те, що бездротовий зв'язок більш схильна до шумів і спотворень, ніж звичайна дротова, швидкість передачі даних була неймовірно низькою. До того ж, вартість хвилини розмови в 80-х була такою високою, що мобільний телефон міг вважатися розкішшю.

У всіх аналогових стандартах застосовується частотна (ЧМ) або фазова (ФМ) модуляція для передачі мови і частотна маніпуляція для передачі інформації управління. Цей спосіб має ряд істотних недоліків: можливість прослуховування розмов іншими абонентами, відсутність ефективних методів боротьби з завмираннями сигналів під впливом навколишнього ландшафту і будівель або внаслідок пересування абонентів. Для передачі інформації різних каналів використовуються різні ділянки спектру частот - застосовується метод множинного доступу з частотним поділом каналів (Frequency Division Multiple Access - FDMA). З цим безпосередньо пов'язаний основний недолік аналогових систем - відносно низька ємність, що є наслідком недостатньо раціонального використання виділеної смуги частот при частотному поділі каналів.

У кожній країні була розроблена власна система, несумісна з іншими з точки зору обладнання та функціонування. Це призвело до того, що виникла необхідність у створенні спільної європейської системи рухомого зв'язку з високою пропускною спроможністю і зоною покриття всієї європейської території. Останнє означало, що одні й ті ж мобільні телефони могли використовуватися у всіх Європейських країнах, і що вхідні дзвінки повинні були автоматично направлятися в мобільний телефон незалежно від місцезнаходження користувача (автоматичний роумінг). Крім того, очікувалося, що єдиний Європейський ринок із загальними стандартами призведе до здешевлення призначеного для користувача устаткування і мережевих елементів незалежно від виробника.

Друге покоління мобільного зв'язку (2G)

У 1982 році CEPT (франц. Conférence européenne des administrations des postes et télécommunications - Європейська конференція поштових і телекомунікаційних відомств) сформувала робочу групу, названу спеціальною групою по рухомого зв'язку GSM (франц. Groupe Spécial Mobile) для вивчення і розробки пан-Європейської наземної системи рухомого зв'язку загального застосування - друге покоління систем стільникової телефонії(2G). Назва робочої групи GSM також стало використовуватися в якості назви системи рухомого зв'язку. У 1989 році обов'язки CEPT були передані в Європейський інститут стандартів в телекомунікації ETSI (англ. European Telecommunications Standards Institute). Спочатку GSM призначалася тільки для країн-членів ETSI. Однак багато інших країн також мають реалізовану систему GSM, наприклад, Східна Європа, Середній Схід, Азія, Африка, Тихоокеанський регіон і Північна Америка (з похідною від GSM, названої PCS1900). Назва GSM стало означати " глобальна системадля рухомого зв'язку ", що відповідає її сутності.

Перші мобільні мережі другого покоління (2G) з'явилися в 1991 році. Їх основною відмінністю від мереж першого покоління став цифровий спосіб передачі інформації, завдяки чому з'явилася, улюблена багатьма, послуга обміну короткими текстовими повідомленнями SMS (англ. Short Messaging Service). При будівництві мереж другого покоління Європа пішла шляхом створення єдиного стандарту - GSM, в США більшість 2G-мереж було побудована на базі стандарту D-AMPS (Digital AMPS - цифровий AMPS), що є модифікацією аналогового AMPS. До речі, саме ця обставина стала причиною появи американської версії стандарту GSM - GSM1900. З розвитком і поширенням Інтернет, для мобільних пристроїв мереж 2G, був розроблений WAP (англ. Wireless Application Protocol - бездротової протоколпередачі даних) - протокол бездротового доступу до ресурсів глобальної мережіІнтернет безпосередньо з мобільних телефонів.

Основними перевагами мереж 2G в порівнянні з попередниками було те, що телефонні розмови були зашифровані за допомогою цифрового шифрування; система 2G представила послуги передачі даних, починаючи з текстових повідомлень СМС.

Зростаюча потреба користувачів мобільного зв'язку в використанні Інтернет з мобільних пристроїв основним поштовхом для появи мереж, покоління 2,5G, які стали перехідними між 2G і 3G. Мережі 2,5G використовують ті ж стандарти мобільного зв'язку, що і мережі 2G, але до наявних можливостей додалася підтримка технологій пакетної передачі даних - GPRS (англ. General Packet Radio Service- пакетна радіозв'язок загального користування), EDGE (англ. Enhanced Data rates for GSM Evolution - підвищена швидкість передачі даних для розвитку GSM) в мережах GSM. Використання пакетної передачі даних дозволило збільшити швидкість обміну інформацією при роботі з мережею Інтернет з мобільного пристроївдо 384 кбіт / с, замість 9,6 кбіт / с у 2G-мереж.

Система HSCSD (англ. High Speed ​​Circuit Switched Data - високошвидкісна передача даних) є найпростішою модернізацією системи GSM, призначеної для передачі даних. Суть цієї технології полягала у виділенні одному абоненту не одного, а декількох (теоретично до восьми) тимчасових інтервалів. Таким чином, максимальна швидкість збільшувалася до 115,2 кбіт / с. HSCSD забезпечувала швидкість, достатню для виходу в Інтернет, однак, при передачі даних інформаційні пакети розділені невизначеними за часом проміжками, таким чином, використання цієї технології вкрай марнотратно. Справа в тому, що мережі HSCSD, як і класичні мережі GSM, засновані на технології комутації каналів, в яких за абонентом закріплюють двобічний канал на весь час сеансу зв'язку. Через пауз у передачі канальний ресурс витрачався нераціонально.

Подальшою еволюцією системи GSM стала технологія GPRS. Її впровадження сприяло більш ефективному використанню канального ресурсу і створення комфортного середовища при роботі з мережею Інтернет. Система GPRS розроблена як система пакетної передачі даних з теоретичної максимальною швидкістю передачі близько 170 кбіт / с. GPRS співіснує з мережею GSM, повторно використовуючи базову структуру мережі доступу. Система GPRS є розширенням мереж GSM з наданням послуг передачі даних на існуючій інфраструктурі, в той час як базова мережа розширюється за рахунок накладення нових компонентів і інтерфейсів, призначених для пакетної передачі.

Прогрес не стояв на місці і, для збільшення швидкості передачі даних, була винайдена нова система- EDGE. Вона передбачала введення нової схеми модуляції. В результаті стала досяжна швидкість в 384 кбіт / с. EDGE була введена в мережах GSM з 2003 фірмою Cingular (нині AT & T) в США.

Технології GPRS і EDGE в різних джерелах називали по-різному. Вони вже переросли в другому поколінні, але ще не дотягували до третього. Найчастіше GPRS називали 2,5G, EDGE - 2,75G.

Основні цифрові стандарти систем стільникового зв'язку другого покоління:

• D-AMPS (Digital AMPS - цифровий AMPS; діапазони 800 МГц і 1900 МГц);
• GSM (Global System for Mobile communications - глобальна система мобільного зв'язку, діапазони 900, 1800 і 1900 МГц);
• CDMA (діапазони 800 і 1900 МГц);
• JDC (Japanese Digital Cellular - японський стандарт цифрового стільникового зв'язку).

Табл. 2. Порівняння систем стільникового зв'язку другого покоління (2G)

Третє покоління мобільного зв'язку (3G)

Подальшим розвитком мереж мобільного зв'язку став перехід до третього покоління (3G). 3G - це стандарт мобільного цифрового зв'язку, який під абревіатурою IMT-2000 (англ. International Mobile Telecommunications - міжнародна мобільний зв'язок 2000) об'єднує п'ять стандартів - W-CDMA, CDMA2000, TD-CDMA / TD-SCDMA, DECT (Англ. Digital Enhanced Cordless Telecommunication - технологія поліпшеного цифровий бездротового зв'язку). з перерахованих складових частин 3G тільки перші три представляють собою повноцінні стандарти стільникового зв'язку третього покоління. DECT - це стандарт бездротової телефонії домашнього або офісного призначення, який в рамках мобільних технологійтретього покоління, може використовуватися тільки для організації точок гарячого підключення (хот-спотів) до даних мереж.

Стандарт IMT-2000 дає чітке визначення мереж 3G - під мобільною мережею третього покоління розуміється інтегрована Мобільна мережа, Яка забезпечує: для нерухомих абонентів швидкість обміну інформацією не менш 2048 кбіт / с, для абонентів, що рухаються зі швидкістю не більше 3 км / год - 384 кбіт / с, для абонентів, які прямують зі швидкістю не більше 120 км / ч - 144 кбіт / с. При глобальному супутниковому покритті мережі 3G повинні забезпечувати швидкість обміну не менше 64 кбіт / с. Основою всіх стандартів третього покоління є протоколи множинного доступу з кодовим розділенням каналів. подібна технологія мережевого доступуне є чимось принципово новим. Перша робота, присвячена цій темі, була опублікована в СРСР ще в 1935 році Д.В. Агеєвим.

Технічно мережі з кодовим поділом каналів працюють таким чином - кожному користувачеві привласнюється певний числовий код, який поширюється по всій смузі частот, виділених для роботи мережі. При цьому будь-яке тимчасове поділ сигналів відсутня, і абоненти використовують всю ширину каналу. При цьому, природно, сигнали абонентів накладаються один на одного, але завдяки числовому коду можуть бути легко диференційовані. Як було згадано вище, дана технологія відома досить давно, проте до середини 80-х років минулого століття вона була засекреченою і використовувалася виключно військовими і спецслужбами. Після зняття грифів секретності почалося її активне використання і в цивільних системах зв'язку.

покоління 3,5G

Подальшим розвитком мереж стала технологія HSPA (англ. High Speed ​​Packet Access - високошвидкісний пакетний доступ), яку стали називати 3,5G. Спочатку вона дозволяла досягти швидкості в 14,4 Мбіт / с, проте зараз теоретично досяжна швидкість 84 Мбіт / с і більше. Вперше HSPA була описана в п'ятій версії стандартів 3GPP. В її основі лежить теорія, згідно з якою при порівнянних розмірах сот застосування многокодовой передачі дозволяє досягати пікових швидкостей.

Четверте покоління мобільного зв'язку (4G)

У березні 2008 року сектор радіозв'язку міжнародного союзуелектрозв'язку (МСЕ-Р) визначив ряд вимог для стандарту міжнародної рухомий бездротового широкосмугового зв'язку, що отримав назву специфікацій International Mobile Telecommunications Advanced (IMT-Advanced), зокрема встановивши вимоги до швидкості передачі даних для обслуговування абонентів: швидкість 100 Мбіт / с повинна надаватися високоподвіжной абонентам (наприклад, поїздам і автомобілів), а абонентам з невеликою рухливістю (наприклад пішоходам і фіксованим абонентам) повинна надаватися швидкість 1 Гбіт / с.

Так як перші версії мобільного WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access - всесвітня сумісність для мікрохвильового доступу) і LTE (англ. Long Term Evolution - довгостроковий розвиток) підтримують швидкості значно менше 1 Гбіт / с, їх не можна назвати технологіями, відповідними IMT- Advanced, хоча вони часто згадуються постачальниками послуг, як технології 4G. 6 грудня 2010 року МСЕ-Р визнав, що найбільш просунуті технології розглядають як 4G.

Основний, базової, технологією четвертого покоління є технологія ортогонального частотного ущільнення OFDM (англ. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing - мультиплексування з ортогональним частотним поділом каналів). Крім того, для максимальної швидкості передачі використовується технологія передачі даних за допомогою N антен і їх прийому М антенами - MIMO (англ. Multiple Input / Multiple Output - безліч входів / безліч виходів). При даній технології передають і прийомні антени рознесені так, щоб досягти слабкою кореляції між сусідніми антенами.

Таким чином, еволюцію стандартів мобільного зв'язку можна представити в наступному вигляді:

Мал. 1. Еволюція стандартів мобільного зв'язку

Порівняльні характеристики стандартів різних поколінь мобільного зв'язку можна звести в наступну таблицю:

Табл. 3. Еволюція мобільної телефонії

П'яте покоління мобільного зв'язку (5G)

В даний час ведуться науково-дослідні роботи в напрямку розробки та створення мереж. До мереж п'ятого покоління заявлені такі вимоги (в порівнянні з LTE):

Зростання в 10-100 разів швидкості передачі даних в розрахунку на абонента;

Зростання в 1000 разів середнього споживаного трафіку абонентом на місяць;

Можливість обслуговування більшого (в 100 разів) числа підключаються до мережі пристроїв;

Багаторазове зменшення споживання енергії абонентських пристроїв;

Скорочення в 5 і більше разів затримок в мережі;

Зниження загальної вартості експлуатації мереж п'ятого покоління.

Розробкою мереж 5G займаються кілька країн по всьому світу. В даний час завдання - визначитися, на базі яких технологій будуть розгортатися нові мережі. Оптимізація і стандартизація обладнання, а також перші дослідні запуски заплановані на 2015-2018 роки, а в 2018-2020 очікується розгортання перших некомерційних мереж 5G для досвідченої експлуатаціі.Коммерческій запуск мереж п'ятого покоління очікується не раніше 2020 року.

Сьогодні важко собі уявити стільниковий зв'язок без передачі даних. Для абонентів вже стало звичним перевірити пошту або відвідати пару web-сторінок. Багато послуг, що надаються оператором, використовують підключення до мережі Інтернет. Передачу даних через стільникові системи зв'язку часто використовують для доступу в мережу Інтернет з мобільних комп'ютерів, Що робить їх по-справжньому мобільними. Однак задовільні швидкості передачі даних були не завжди доступні для абонентів. Отже, простежимо еволюцію технологій передачі даних в стільникових системахзв'язку.

На зорі стільникового зв'язку, коли стільниковий телефон використовувався в першу чергу як телефон, тобто для того щоб здійснювати дзвінки, для стандарту (1981 рік) була запропонована нова послуга - передача даних. Максимальна швидкість була обмежена 1,2 кбіт / сек. У ті часи ще не було мережі Інтернет, і основне призначення даної послуги було передача тексту. Однак в той час ця послуга не знайшла особливого інтересу до себе і лише кілька операторів вирішили реалізувати її на практиці.

Експлуатація систем стільникового зв'язку показала зацікавленість абонентів в високошвидкісної передачі даних, що створило передумову для появи стандарту третього покоління - (Universal Mobile Telecommunications System). Максимальна швидкість передачі даних для даного стандарту обмежується 2 Мбіт / сек. Таке збільшення швидкості, перш за все, обумовлено змінами в способі передачі даних між базовою станцією і терміналом абонента. Наступним кроком стала поява технології (High Speed ​​Downlink Packet Access), яка надає швидкості передачі даних вже до 14,4 Мбіт / сек. Зміні в даному випадку піддався даних на шляху від базової станції до телефону. Таким чином, завдяки технології стільникові мережізв'язку практично зрівнялися за швидкістю з провідними технологіями.

Однак обсяги переданої інформації з телекомунікаційних мереж збільшується щорічно і навіть технологія перестане задовольняти потреби користувачів. Щоб на довгий час вперед вирішити проблему пропускної здатності був розроблений стандарт, який отримав назву (Long Term Evolution). Крім збільшення швидкості даний стандарт дозволяє збільшити ємність мережі, знизити якість і посилити безпеку. Максимальна швидкість передачі теоретично може досягати 326,4 Мбіт / сек. Подібні швидкості може запропонувати хіба що оптоволоконная система зв'язку. У грудні 2009 року була запущена в комерційну експлуатацію перша система стільникового зв'язку цього стандарту. У найближчі 2 роки мережі

Стільниковий вдосконалюється ривками. Перехід від однієї технології до іншої свідчить про введення нового покоління. Саме тому, якщо спрощувати, стандарти називаються 1G, 2G, 3G і так далі - буква «g» в даному випадку відбувається від слова «generation». Давайте ж постараємося зрозуміти, як розвивалася мобільний зв'язок. Заодно ми з'ясуємо, чому оператори не відмовляються від підтримки старих стандартів.

Зараз саме перше покоління стільникового зв'язку прийнято називати 1G. Але в роки дії цих мереж ніхто про таке поняття не підозрював, тоді багато людей не думали про те, що в найближчому майбутньому стільниковий зв'язок стане зовсім іншою. Отже, що ж являло собою перше покоління?

Фактично це була аналогова зв'язок. Її запуск був здійснений компанією AT & T, А перший дзвінок відбувся 3 квітня 1973 року - його зробив Мартін Купер, що був главою мобільного підрозділу. Як і у випадку зі стаціонарної аналогової зв'язком, теоретично стільниковий телефон можна було задіяти в якості модему. Але зважитися на це міг тільки який-небудь мільйонер, адже хвилина розмови в ті часи коштувала величезних грошей.

Як і у випадку з наступними поколіннями, 1G - це лише назва, що об'єднує під собою кілька різних стандартів. У Канаді, США, Австралії, а також Південній і Центральній Америці застосовувався стандарт AMPS. У країнах Скандинавії і деяких державах набув поширення стандарт NMTі його різновиди. Ну а в Італії, Іспанії, Англії, Австрії, Ірландії та Японії застосовувалося стільникове обладнання стандарту TACS. І це тільки три найпопулярніших варіанти реалізації мереж! Всі ці стандарти були абсолютно несумісні один з одним. Тому британець, який приїхав в Америку, не міг розмовляти на свій власний телефону. Один від одного різні стандарти відрізнялися не тільки діапазоном частот, але і радіусом стільники, потужністю передавача, часом перемикання на кордоні стільники і співвідношенням сигналу до шуму. Детальніше з усіма специфікаціями ви можете ознайомитися в додається табличці.

Звичайним людям стільниковий зв'язок першого покоління стала доступною далеко не відразу. Перше десятиліття деякі компанії займалися тільки експериментами. Комерційна реалізація відбулася тільки в 1984 році. Досить швидко стало ясно, що аналоговий стільниковий зв'язок має ряд недоліків. По-перше, кожна сота мала малу ємність - при підключенні до неї великої кількості абонентів починалися серйозні проблеми. По-друге, якість сигналу було далеко від ідеалу, особливо якщо абонент знаходився не на вулиці, а в приміщенні. Першими про ці проблеми задумалися європейці. Вони почали розробляти цифровий зв'язок.

Друге покоління стільникового зв'язку

У 1982 році Європейська конференція поштових і телекомунікаційних відомств почала розробляти стандарт GSM. Незабаром його почали називати 2G-зв'язком. Спочатку GSM призначався для країн-членів Європейського інституту стандартів в телекомунікації. Але пізніше розробкою зацікавилися Середній Схід, Африка, Азія та Східна Європа. Комерційний реліз мереж стандарту GSM відбувся в 1991 році. Цифровий метод передачі даних дозволяв абонентам обмінюватися SMS-повідомленнями. А трохи пізніше їм став доступний вихід в Інтернет через протокол WAP.

Цей стандарт підкорив не всіх. Деякі держави пішли своїм шляхом. Наприклад, в США багато 2G-мережі використовували стандарт D-AMPS. Лише через якийсь час американці перейшли на GSM1900. А в деяких країнах надовго завоював популярність стандарт CDMA. Він не був сумісний з GSM, тому під нього розроблялися окремі мобільні телефони.

Поступово на прилавках магазинів стало з'являтися все більшу кількість портативних пристроїв, які вміють виходити в глобальну павутину. У зв'язку з цим стільниковим операторампотрібно було щось робити, так як в 2G гостро не вистачало швидкості передачі даних. Тому незабаром з'явилося проміжне покоління стільникового зв'язку, яке прийнято називати 2,5G. В цей стандарт впровадили підтримку технології GPRS, А потім і EDGE. Відтепер мобільним телефоном здійснювалася пакетна передача даних - абонент платив за конкретний обсяг трафіку, а не за час з'єднання з сервером. Це не тільки заощадило людям гроші, а й збільшило швидкість передачі і прийому даних. У 2G-мережах цей параметр дорівнював 9,6 Кбіт / с, тоді як підтримка телефоном покоління 2,5G дозволяла виходити в інтернет на швидкості до 170 Кбіт / с (GPRS) або навіть 384 Кбіт / с (EDGE). У деяких країнах ці дві технології називали зовсім по-різному, але суть від цього не змінювалася.

Вище ви бачите табличку, в якій вказані конкретні відмінності всіх стандартів, що належать до поколінням 2G і 2,5G.

Третє покоління стільникового зв'язку

В IMT-2000(Так прийнято називати 3G в професійному середовищі) входять п'ять стандартів: CDMA2000, W-CDMA, TD-CDMA / TD-SCDMAі DECT. Останній не є стандартом стільникового зв'язку, так як він використовується в домашніх та офісних бездротової телефонії. Решта стандарти застосовуються для забезпечення зв'язком власників мобільних телефонів. Всі вони мають схожі специфікації. Цікаво, що метод роботи таких мереж був винайдений в СРСР ще в 1935 році. Однак довгий час даною технологією користувалися лише військові. В цивільний сегмент вона вийшла тільки в середині 1980-их років, в силу необхідності розвивати мобільний зв'язок.

Від 2G третє покоління в першу чергу відрізнялося підвищилася швидкістю передачі даних. Якщо абонент стоїть на місці, то він може завантажувати дані на швидкості близько 2 Мбіт / с. При неспішному кроці трафік завантажується зі швидкістю приблизно 384 Кбіт / с. У транспортному засобі швидкість падала ще сильніше - до 144 Кбіт / с.

З появою смартфонів стало мало і вищевказаних швидкостей. Тому досить швидко став популярним стандарт HSPA. Він ознаменував собою прихід покоління 3,5G. Наділені його підтримкою стільникові телефонинавчилися передавати дані зі швидкістю 14,4 Мбіт / с. І це був тільки початок! Надалі стандарт удосконалювався, в результаті чого теоретично виявилася досяжна швидкість 84 Мбіт / с. В основі HSPA закладена многокодовая передача даних при порівнянних розмірах сот.

Четверте покоління стільникового зв'язку

В кінці 2000-х років на світ стали з'являтися «айфони» і «андроїди». Ці смартфони відрізнялися від попередників великим ЖК-дисплеєм. Тепер вже нікому не хотілося переглядати скромні WAP-сторінки. Відтепер вбудованих комплектуючих цілком вистачало для того, щоб браузер без будь-яких проблем відображав повноцінну сторінку, Наскільки б важкою вона не була. Але для її швидкого завантаженняпотрібна висока швидкість. Забезпечити її міг тільки абсолютно новий стандарт. Активна популяризація 4G, або IMT-Advanced, Почалася в березні 2008 року.

Результатом роботи вчених стали два стандарти: WiMAXі LTE. Зараз ви самі знаєте про те, який з них отримав найбільшого поширення. Впровадження LTE дозволило істотно збільшити ємність кожної стільники, хоча ареал її дії при цьому зменшився. Тепер мінімальна швидкість передачі даних становила 100 Мбіт / с, чого бракує більшості середньостатистичних власників смартфон. Надалі цей параметр виріс ще сильніше. Сталося це за рахунок реалізації технології LTE-Advanced. Залежно від категорії підтримуваної апаратом технології, може досягатися швидкість 400 Мбіт / с або навіть 1 Гбіт / с!

На відміну від попередніх поколінь, стандарт LTE спочатку призначався тільки для пакетної передачі даних. Але з часом стала доступною і цифрова передача голосу - за це відповідальна технологія VoLTE. Якість звуку при цьому набагато вище, ніж при розмові за допомогою мереж 2G або 3G. Однак до сих пір цю технологію підтримують далеко не всі смартфони.

П'яте покоління стільникового зв'язку

Зараз йде активна розробка 5G. Можливостей LTE в плані передачі даних цілком вистачає. Тому при розробці нового стандарту найбільший наголос робиться на ємність сот. Адже кількість абонентів зростає все сильніше. Найбільше 5G полегшить життя творцям носяться пристроїв і комплектуючих, які об'єднуються в систему « Розумний дім». Очікується, що тільки на площі в 1 км 2 буде можливе підключення до мережі одного мільйона гаджетів! Станом на початок 2017 року нове покоління тільки тестується. Коли нас чекає повноцінна його експлуатація - не ясно.

Підтримка старих стандартів

Як відомо, стільниковим операторам доводиться розміщувати на своїх вишках гору обладнання. В теорії можна було б замінити 2G-передавачі на 3G-передавачі. Але зробити це - значить позбавити зв'язку власників мобільних телефонів, що працюють тільки в стандарті GSM. Це призвело б до величезних збитків, так як навіть зараз подібними апаратами користується величезна кількість людей - всі вони тут же перейшли б до іншого оператора. Ось і виходить, що обладнання доводиться доповнювати, а не міняти.

У доступному для огляду майбутньому відмови від застарілих стандартів не трапиться. Пояснюється це двома причинами:

• до сих пір виробляються, а вони часто не підтримують навіть 3G, не кажучи вже про мережі четвертого покоління;
• 2G-обладнання покриває мережею більш велику територію, ніж 3G- або 4G-передавачі аналогічної потужності - це дозволяє позбавити певну територію від «білих плям».

Тепер ви знаєте про основні відмінності різних стандартів. Якщо коротко, то в першу чергу зміни піддавалися ємність сот, ширина покриття (кожен раз в меншу сторону, так як такі закони більш високочастотних сигналів) і швидкість передачі даних.