Швидкість передачі стільникового зв'язку. Еволюція технологій передачі даних у стільникових системах зв'язку

Сьогодні важко уявити стільниковий зв'язок без передачі даних. Для абонентів вже стало звичним перевірити пошту або відвідати кілька веб-сторінок. Багато послуг, що надаються оператором, використовують підключення до Інтернету. Передачу даних через стільникові системи зв'язку часто використовують для доступу до мережі Інтернет мобільних комп'ютерівщо робить їх по-справжньому мобільними. Проте задовільні швидкості передачі не завжди доступні абонентам. Отже, простежимо еволюцію технологій передачі даних у стільникових системахзв'язку.

На зорі стільникового зв'язку, коли стільниковий телефон використовувався насамперед як телефон, тобто. для того, щоб здійснювати дзвінки, для стандарту (1981 рік) було запропоновано нову послугу – передачу даних. Максимальна швидкість обмежена 1,2 кбіт/сек. На той час ще не було мережі Інтернет, і основне призначення цієї послуги було передача тексту. Однак на 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 високошвидкісної передачі даних, що створило передумову появи стандарту третього покоління – (Universal Mobile Telecommunications System). Максимальна швидкість передачі даних даного стандарту обмежується 2 Мбіт/сек. Таке збільшення швидкості, перш за все, обумовлено змінами способу передачі даних між базовою станцією і терміналом абонента. Наступним кроком стала поява технології (High Speed ​​Downlink Packet Access), яка надає швидкості передачі вже до 14,4 Мбіт/сек. Зміни в цьому випадку зазнали даних на шляху від базової станції до телефону. Таким чином, завдяки технології стільникові мережі зв'язку практично зрівнялися за швидкістю з провідними технологіями.

Однак обсяги інформації, що передається по телекомунікаційних мережах, збільшується щорічно і навіть технологія перестане задовольняти потреби користувачів. Щоб на довгий час уперед вирішити проблему пропускної спроможності було розроблено стандарт, який отримав назву (Long Term Evolution). Крім збільшення швидкості даний стандартдозволяє збільшити ємність мережі, знизити якість та посилити безпеку. Максимальна швидкість передачі теоретично може досягати 3264 Мбіт/сек. Подібні швидкості може запропонувати хіба що оптоволоконна система зв'язку. У грудні 2009 року було запущено в комерційну експлуатацію першу систему стільникового зв'язку цього стандарту. У найближчі 2 роки мережі

Чергове дослідження якості мобільного зв'язкуу Москві, на цей раз якості передачі даних. І чергове пояснення того, чому ця якість - майже недосяжна мрія в суворих умовах безперервних військових дій та адміністративних обмежень.

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

Додатковий, важливий «бонус» тестування – реакція операторів на результати вимірів. Як завжди, у процесі вислуховування пояснень та аргументів ми дізнаємося про щось цікаве. Ще один «бонус» - привернення додаткової уваги до проблеми, що стимулює активніше «ворушення» операторів, а регулюючим органам допомагає не забувати про існування проблеми.

Тестування

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

Що хотілося б обговорити окремо. Параметр "максимальна швидкість" вказувався дійсно за максимальною швидкістю, "моментально" досягнутою обладнанням у процесі спілкування з базовою станцією. Не секрет, що оператори використовують різноманітні шейпери та інші обмежувачі швидкості доступу, це нормально. Наприклад, максимальна швидкість абонентського доступу мережі 4G Yota жорстко обмежена 20 Мбіт/с, але у 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 завантаження файлу була зареєстрована саме такою, чим і пояснюється 125% (навіть не «офіційно затверджені» 146%!) Теоретично доступного користувачамаксимуму.

Я до того, що результати максимальних швидкостей передачі, напевно, справедливі і знадобляться фахівцям. Але до практично досяжних показників, зважаючи на все, відношення мають дуже непряме. 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 у певному місці, це безперечно. Але в русі – навряд. Навіть на оголошеній швидкості руху 27 км/год хендовери майже неминучі. Тож машина рухалася, чи все-таки на час виміру зупинялася? Якщо зупинялася, то за опублікованими результатами зупинялася часом на 3 хв 40 з мінімум. А якщо не зупинялося, то формулювання "середня швидкість" виявляється з урахуванням пауз на хендовер, що не зовсім коректно. І злегка спантеличує. Наприклад, якщо відстань між БС МТС із підтримкою LTE за маршрутом становила місцями до 3,5 км. (якщо вірити карті покриття), то пауза довжиною 466 секунд у передачі даних «опустила» середню швидкість по району до жалюгідних кілобайт на секунду. Проте, з огляду на опубліковані результати, цього не відбувалося.

Чи то машина старанно йшла суворо за заданим маршрутом, чи невдалі спроби передати файл взагалі не враховувалися в загальній статистиці. Сподіватимемося, що фраза «...середня швидкість прямування дорівнювала 27 км/год» означала саме середню швидкість. Зупинився - кілька хвилин постояв і поміряв - поїхав далі. Проїхав кілька кілометрів, звірився з картою, зупинився, поміряв, поїхав далі. Сподіваюся, що колеги не розорилися на штрафах ДІБДР. Що не кажи, а із середньою швидкістю 27 км/год по Москві в такому режимі не всяка машина з миготкою на даху зуміє проїхати.

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

Переможець та результати

Цього року лідером за швидкістю мобільної широкосмугової передачі в Москві виявився МТС, що продемонстрував вражаючу середню швидкість як у мережі 3G (5 Мбіт/с.), так і в мережі 4G (12,2 Мбіт/с). Очікуваний результат, МТС нещодавно 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 час відгуку (ping) в середньому більше.

Мегафон минулого року не так активно займався модернізацією та розширенням мережі передачі даних, основні роботи були виконані раніше. Про що наочно свідчать торішні результати аналогічного заїзду TelecomDaily. Напевно, свою роль відіграла репутація оператора, що встигла скластися, з «найшвидшим» інтернетом у московському регіоні. Тепер на «перетікання» частини абонентів у МТС буде потрібно деякий час. Ще один фактор – специфіка 4G МТС. Використовуваний зараз у мережі МТС варіант технології (LTE TDD) поки що підтримується порівняно малою кількістю моделей терміналів, а сама мережа ще страждає на виражену «плямистість» покриття.

Yota та Мегафон використовують загальну мережу 4G (Мегафон як MVNO, віртуальний оператор), але виділяти їх в окремі рядки таблиці сенс був. Різні налаштування сегментів мережі, різні принципи боротьби з перевантаженнями, відсутність/наявність обмежень і, зрештою, різна кількість активних абонентів та різні профілі користувача.

Як бачимо, «швидкісні показники» мереж усіх операторів за рік суттєво покращилися, незважаючи на явно збільшене число користувачів. Цікаво буде подивитися на результати аналогічного тесту наступного року, коли Білайн остаточно (сподіваюся) «доведе до пуття» свою мережу передачі даних у московському регіоні. Обнадійливі ознаки покращень та позитивні коментарі вже регулярно з'являються, та й результати нинішнього тестування виявилися кращими за очікувані. Подивимося що буде далі.

Карта МТС

За деякий час після тестування МТС виклали на сайті цікаву карту покриття. З докладною розбивкою шарами по діапазонах і технологіям подивитися можна. Корисна картка, дуже рекомендую. Якщо пам'ятаєте, коли 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, людина заплатила додаткові гроші МТС за дію свого безлімітного інтернетуу Калузької області, а там навіть EDGE «поряд не валявся». Голий та перевантажений GPRS на базовій станції, виготовленій майже в минулому столітті. У наші дні такий мобільний інтернетвже згадується зі здриганням. За межами московського регіону і у колег по «великій трійці» інтернет часто не тішить, це сумний факт.

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

Проблеми та шляхи їх вирішення

Як ми вже не раз писали і що багато разів наголошували в уряді, міністерствах та Департаменті інформаційних технологій, Москва - особливе місто, яке відрізняється порівняно низькою якістю роботи стільникових мереж. У тому числі далеко не найкращою якістюпередачі даних у всіх чинних стандартах та діапазонах. Своїм баченням основних перешкод, що заважають мережам розвиватися, ділилося керівництво столичного Мегафону. Деякі тези з бесіди, яка була присвячена цій наболілій темі.

• Частоти, які доводиться ділити із «військовими». Південь Москви та прилеглі частини московської області – відома біда. Локально і так-сяк вирішувана діапазоном UMTS 900, але не все абонентське обладнання підтримує 3G в цьому діапазоні. Проблема жорстких обмежень за потужністю та напрямом антен по всій території Москви теж вирішується, але дуже недешево. Там, де вистачило б однієї БС, ставлять три-чотири, а хто за це платить? Зрештою, платимо ми з вами, інших грошей оператори не мають. Але це дуже окрема тема.
• Питання добування майданчиків під розміщення базових станцій у Москві вже давно у 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 встановлення БС та три чверті мешканців його підтримали, а за місяць ініціативний Федя Папкін організував збір підписів під петицією про термінову ліквідацію антен. Через зниження надою корів, що пасуться на московських Патріарших ставках. І ті ж три чверті мешканців його підтримають, силами місцевого електрика кабель живлення обріжуть. А куди прилаштовувати встановлену БС?
• З нежитловими та адміністративними будинками простіше. У тому сенсі що сюрпризи рідше. Але все одно регулярно бувають. Змінився чиновник, а новий «господар» задумався про «корупційну складову» договору. І вирішив, що «складова» непристойно мала, треба переглядати. Частий результат «перегляду» - відключення і перенесення БС менш вдале місце. З паузою на півроку-рік. На жаль, господарюючі чиновники ніяк не обмежені у свободі прийняття рішень, зобов'язання щодо розміщення базових станцій ніде не «прописані». Спробували б вони поторгуватися з Роспожнаглядом за ціну оренди місця встановлення пожежного гідранту, ага.
• «Гаряче» та обговорюване питання Network Sharing (спільне використання базових станцій). Заманливо. Але, історично та адміністративно оператори розвивають власні інфраструктури, це «одночасно» не змінити постановою уряду. Не кажучи вже про те, що Network Sharing спрацює (якщо спрацює) тільки в LTE і частково в 3G.
• Швидкий та динамічний розвиток міста. Наприклад, на даний моментв Москві будується близько 280 об'єктів високої поверховості, що неминуче вимагатиме серйозного перегляду планування стільників і до встановлення нових базових станцій. Тільки для компенсації екранування питання індор-покриття нових будівель вирішуватимуться окремо.
• Зрештою, наша рідна «адміністративка». 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 та з власником будівлі/майданчика все узгоджено. Це до питання про типову претензію: «Тут не ловить, я їм уже три місяці тому написав і заявку зареєстрували! А в мене досі не ловить!».

Стільникова удосконалюється ривками. Перехід від однієї технології до іншої свідчить про запровадження нового покоління. Саме тому, якщо спрощувати, стандарти називаються 1G, 2G, 3G і так далі – літера «g» у цьому випадку походить від слова «generation». Давайте ж постараємося зрозуміти, як розвивався мобільний зв'язок. Водночас ми з'ясуємо, чому оператори не відмовляються від підтримки старих стандартів.

Зараз найперше 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 найближчим часом стільниковий зв'язок стане зовсім іншим. Отже, що ж було перше покоління?

Фактично це був аналоговий зв'язок. Її запуск було здійснено компанією AT&T, а перший дзвінок відбувся 3 квітня 1973 - його здійснив Мартін Купер, який був головою мобільного підрозділу. Як і у випадку зі стаціонарним аналоговим зв'язком, теоретично стільниковий телефон можна було задіяти як модем. Але зважитися на це міг тільки якийсь мільйонер, адже хвилина розмови на той час коштувала величезних грошей.

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

Звичайним людям стільниковий зв'язок першого покоління став доступним далеко не відразу. Перше десятиліття деякі компанії займалися лише експериментами. Комерційна реалізація відбулася лише 1984 року. Досить швидко стало ясно, що аналоговий стільниковий зв'язок має низку недоліків. По-перше, кожна стільника мала малу ємність – при підключенні до неї великої кількості абонентів розпочиналися серйозні проблеми. По-друге, якість сигналу була далекою від ідеалу, особливо якщо абонент знаходився не на вулиці, а в будівлі. Першими про ці проблеми замислились європейці. Вони почали розробляти цифровий зв'язок.

Друге покоління стільникового зв'язку

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

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

Поступово на прилавках магазинів почала з'являтися все більша кількість портативних пристроїв, які вміють виходити в глобальне павутиння. У зв'язку з цим стільниковим операторамТреба було щось робити, оскільки у 2G гостро бракувало швидкості передачі. Тому незабаром з'явилося проміжне покоління стільникового зв'язку, яке називається 2,5G. У цей стандарт запровадили підтримку технології GPRS, а потім і EDGE. Відтепер мобільним телефоном здійснювалася пакетна передача даних – абонент платив за конкретний обсяг трафіку, а не за з'єднання з сервером. Це не тільки заощадило людям гроші, а й збільшило швидкість передачі та 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 по-різному, але суть від цього не змінювалася.

Вище ви бачите табличку, в якій зазначені конкретні відмінності всіх стандартів, що належать до поколінь 2G та 2,5G.

Третє покоління стільникового зв'язку

У IMT-2000(так прийнято називати 3G у професійному середовищі) входять п'ять стандартів: CDMA2000, W-CDMA, TD-CDMA/TD-SCDMAі DECT. Останній не є стандартом стільникового зв'язку, тому що він використовується в домашній та офісній бездротовій телефонії. Інші стандарти застосовуються задля забезпечення зв'язком власників мобільних телефонів. Усі вони мають схожі специфікації. Цікаво, що метод роботи таких мереж був винайдений у СРСР ще 1935 року. Однак довгий час цією технологією користувалися лише військові. У цивільний сегмент вона вийшла лише в середині 1980-х років, через необхідність розвивати мобільний зв'язок.

Від 2G третє покоління в першу чергу відрізнялося швидкістю передачі даних, що підвищилася. Якщо абонент стоїть на місці, він може завантажувати дані на швидкості близько 2 Мбіт/с. При неспішному етапі 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 вищезгаданих швидкостей. Тому досить швидко став популярним стандарт HSPA. Він ознаменував собою прихід покоління 3,5G. Наділені його підтримкою стільникові телефонинавчилися передавати дані із швидкістю 14,4 Мбіт/с. І це був лише початок! Надалі стандарт удосконалювався, у результаті теоретично виявилася досяжна швидкість 84 Мбіт/с. В основі HSPA закладена багатокодова передача даних при сумісних розмірах сот.

Четверте покоління стільникового зв'язку

Наприкінці 2000-х років на світ почали з'являтися «айфони» та «андроїди». Ці смартфони відрізнялися від попередників великим РК-дисплеєм. Тепер уже нікому не хотілося переглядати скромні WAP-сторінки. Відтепер вбудованих комплектуючих цілком вистачало для того, щоб браузер без будь-яких проблем відображав повноцінну сторінку, якою б важкою вона не була. Але для неї швидкого завантаженняпотрібна висока швидкість. Забезпечити її міг лише новий стандарт. Активна популяризація 4G, або IMT-Advanced, розпочалася у березні 2008 року.

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

На відміну від попередніх поколінь, стандарт LTE спочатку призначався лише пакетної передачі даних. Але згодом стала доступною і цифрова передача голосу – за це відповідальна технологія VoLTE. Якість звуку при цьому набагато вища, ніж при розмові через мережі 2G або 3G. Однак, досі цю технологію підтримують далеко не всі смартфони.

П'яте покоління стільникового зв'язку

Наразі триває активна розробка 5G. Можливостей LTE щодо передачі даних цілком вистачає. Тому при створенні нового стандарту максимальний акцент робиться на ємність сот. Адже кількість абонентів зростає дедалі більше. Найбільше 5G полегшить життя творцям пристроїв і девайсів, що носяться в систему. Розумний дім». Очікується, що тільки на площі в 1 км 2 можливе підключення до мережі одного мільйона гаджетів! Станом на початок 2017 року нове покоління лише тестується. Коли на нас чекає повноцінна його експлуатація – не зрозуміло.

Підтримка старих стандартів

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

У найближчому майбутньому відмови від застарілих стандартів не станеться. Пояснюється це двома причинами:

• досі виробляються, а вони часто не підтримують навіть 3G, не кажучи вже про мережі четвертого покоління;
• 2G-обладнання покриває мережею більшу 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 зміну піддавалися ємність сот, ширина покриття (щоразу в меншу сторону, оскільки такі закони більш високочастотних сигналів) і швидкість передачі даних.

Що таке "покоління" мереж стільникового зв'язку?

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

Історія стільникового зв'язку

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

Розглянемо їх докладніше.

Зв'язок завжди мав велике значення для людства. Коли зустрічаються дві людини, спілкування їм достатньо голоси, але зі збільшенням відстані з-поміж них виникає потреба у спеціальних інструментах. Коли в 1876 Олександр Грехем Белл винайшов телефон, був зроблений значний крок, що дозволив спілкуватися двом людям, проте для цього їм необхідно було знаходитися поруч зі стаціонарно встановленим телефонним апаратом! Понад сто років провідні лінії були єдиною можливістю організації телефонного зв'язку для більшості людей. Системи радіозв'язку, що не залежать від проводів для організації доступу до мережі, були розроблені для спеціальних цілей (наприклад, армія, поліція, морський флот і замкнуті мережі автомобільного радіозв'язку), і зрештою з'явилися системи, що дозволили людям спілкуватися по телефону, використовуючи радіозв'язок. Ці системи призначалися головним чином людей, які їздили машинами, 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 зателефонував начальнику дослідницького відділу AT&T Bell Labs Джоелю Енгелю, перебуваючи на жвавій Нью-Йоркській вулиці. Саме ці дві компанії стояли біля джерел мобільної телефонії. Комерційну реалізацію дана технологіяотримала 11 років, у 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 – удосконалена рухома телефонна служба (США, Канада, Центральна та Південна Америка, Австралія), TACS (Total Access Communications System – тотальна система доступу до зв'язку) (Англія, Італія, Іспанія, Австрія, Ірландія, Японія) та NMT (Nordic Mobile Telephone – північний мобільний телефон) (країни Скандинавії та низку інших країн). Були й інші стандарти аналогового мобільного зв'язку – С-450 у Німеччині та Португалії, RTMS (Radio Telephone Mobile System – радіотелефонна) мобільна система) в Італії, Radiocom 2000 у Франції. В цілому мобільний зв'язок першого покоління являв собою 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 та розроблені виключно для здійснення голосових дзвінків та деяких інших скромних можливостей. Модеми існували, однак через те, що бездротовий зв'язок більш схильний до шумів і спотворень, ніж звичайна провідна, 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 передачі мовлення і частотна маніпуляція передачі інформації управління. Цей спосіб має ряд істотних недоліків: можливість прослуховування розмов іншими абонентами, відсутність ефективних методів боротьби із завмираннями сигналів під впливом навколишнього ландшафту та будівель або внаслідок пересування абонентів. Для передачі різних каналів використовуються різні ділянки спектра 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 розділенні каналів.

У кожній країні було розроблено власну систему, несумісну з іншими з погляду устаткування й функціонування. Це призвело до того, що виникла потреба у створенні загальної європейської системи рухомого зв'язку з високою пропускною здатністю та зоною покриття всієї європейської території. Останнє означало, що одні й ті самі мобільні телефони могли використовуватися в усіх Європейських країнах, і що вхідні дзвінки повинні були автоматично надсилатися в мобільний телефон незалежно від місцезнаходження користувача (автоматичний роумінг). Крім того, очікувалося, що єдиний Європейський ринок із загальними стандартами призведе до здешевлення користувальницького обладнання та мережевих елементів незалежно від виробника.

Друге покоління мобільного зв'язку (2G)

У 1982 році CEPT (франц. Conf. рухомий зв'язок загального застосування - друге покоління систем стільникової телефонії(2G). Назва робочої групи GSM також стала використовуватися як назва системи рухомого зв'язку. У 1989 році обов'язки CEPT були передані до Європейського інституту стандартів у телекомунікації ETSI (European Telecommunications Standards Institute). Спочатку GSM призначалася лише 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 стала означати " глобальна системадля рухомого зв'язку", що відповідає її сутності.

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

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

Зростання потреб користувачів мобільного зв'язку у використанні Інтернет з мобільних пристроїв основним поштовхом для появи мереж, покоління 2,5G, які стали перехідними між 2G і 3G. Мережі 2,5G використовують самі стандарти мобільного зв'язку, як і мережі 2G, але до наявних можливостей додалася підтримка технологій пакетної передачі даних – GPRS (англ. General Packet Radio Service– пакетний радіозв'язок загального користування), EDGE (англ. Enhanced Data rates for GSM Evolution – підвищена швидкість передачі у розвиток GSM) у мережах GSM. Використання пакетної передачі даних дозволило збільшити швидкість обміну інформацією під час роботи з мережею Інтернет мобільних пристроївдо 384 кбіт/с, замість 9,6 кбіт/с у 2G-мереж.

Система HSCSD (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 кількох (теоретично до восьми) часових інтервалів. Таким чином, максимальна швидкість зростала 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, ґрунтуються на технології комутації каналів, у яких за абонентом закріплюють дуплексний канал на весь час сеансу зв'язку. Через паузи в передачі канальний ресурс витрачався нераціонально.

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

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

Технології GPRS та EDGE у різних джерелах називали по-різному. Вони вже переросли друге покоління, але ще 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 та 1900 МГц);
• GSM (Global System for Mobile communications – глобальна система мобільного зв'язку, діапазони 900, 1800 та 1900 МГц);
• CDMA (діапазони 800 та 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 – міжнародний мобільний зв'язок 2000) поєднує п'ять стандартів – W-CDMA, CDMA2000, TD-CDMA/TD-SCDMA, DECT (англ. Digital Enhanced Cordless Telecommunication – технологія покращеної цифрової бездротового зв'язку). З перерахованих складових частин 3G тільки перші три є повноцінними стандартами стільникового зв'язку третього покоління. DECT – це стандарт бездротової телефонії домашнього чи офісного призначення, який у межах 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 менше 2048 кбіт/с; для абонентів, що рухаються зі швидкістю не більше 3 км/год - 384 кбіт/с; для абонентів, що переміщаються зі швидкістю не більше 120 км/год – 144 кбіт /с. При глобальному супутниковому покритті мережі 3G повинні забезпечувати швидкість обміну щонайменше 64 кбіт/с. Основою всіх стандартів третього покоління є протоколи множинного доступу з кодовим поділом каналів. Подібна технологія мережного доступуне є чимось принципово новим. Перша робота, присвячена цій темі, було опубліковано СРСР ще 1935 року Д.В. Агєєвим.

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

Покоління 3,5G

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

Четверте покоління мобільного зв'язку (4G)

У березні 2008 року сектор радіозв'язку Міжнародного союзуелектрозв'язку (МСЕ-Р) визначив низку вимог для стандарту міжнародного рухомого 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 має надаватися високорухомим абонентам (наприклад, поїздам та автомобілям), а абонентам з невеликою рухливістю (наприклад пішоходам та фіксованим абонентам) повинна надаватися швидкість 1 Гбіт/с.

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

Основною, базовою, технологією четвертого покоління є технологія ортогонального частотного ущільнення OFDM (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 (Multiple Input/Multiple Output – безліч входів/множина виходів). При даній технології передавальні та приймальні антени рознесені так, щоб досягти слабкої кореляції між сусідніми антенами.

Таким чином, еволюцію стандартів мобільного зв'язку можна представити у такому вигляді:

Мал. 1. Еволюція стандартів мобільного зв'язку

Порівняльні характеристики стандартів різних поколінь мобільного зв'язку можна звести до наступної таблиці:

Табл. 3. Еволюція мобільної телефонії

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

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

Зростання в 10-100 разів швидкості передачі у розрахунку абонента;

Зростання у 1000 разів середнього споживаного трафіку абонентом на місяць;

Можливість обслуговування більшого (у 100 разів) числа пристроїв, що підключаються до мережі;

багаторазове зменшення споживання енергії абонентських пристроїв;

Скорочення у 5 і більше разів затримок у 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 розгортатимуться нові мережі. Оптимізація та стандартизація обладнання, а також перші дослідні запуски заплановані на 2015–2018 роки, а у 2018–2020 очікується розгортання перших некомерційних мереж 5G для дослідної експлуатації. Комерційний запуск мереж п'ятого покоління очікується не раніше 2020 року.