Белорусский Государственный Университет
Информатики и Радиоэлектроники
Кафедра Электронной техники итехнологии
Реферат
по теме: “Поколения мобильногоинтернета“
Выполнил: студент I курса ФКП Гуревич О.В.
Проверила: Дубина С.А.
Минск, 2009
Поколение 1G
Все первые системы сотовой связи былианалоговыми. К ним относятся:
AMPS (Advanced Mobile Phone Service –усовершенствованная мобильная телефонная служба, диапазон 800 МГц) – широкоиспользуется в США, Канаде, Центральной и Южной Америке, Австралии; известентакже как «североамериканский стандарт»; это наиболее распространенный стандартв мире, обслуживающий почти половину всех абонентов сотовой связи (вместе сцифровой модификацией D-AMPS, речь о которой впереди); используется в России вкачестве регионального стандарта (в основном — в варианте D-AMPS), где он такжеявляется наиболее распространенным;
TACS (Total Access CommunicationsSystem – общедоступная система связи, диапазон 900 МГц) — используется вАнглии, Италии, Испании, Австрии, Ирландии, с модификациями ETACS (Англия) иJTACS/NTACS (Япония); это второй по распространенности стандарт средианалоговых; еще недавно, в 1995 г., он занимал и общее второе место в мире повеличине абонентской базы, но в 1997 г. оттеснен на четвертое место болеебыстро развивающимися цифровыми стандартами;
» NMT 450 и NMT 900 (Nordic MobileTelephone – мобильный телефон северных стран, диапазоны 450 и 900 МГцсоответственно) — используется в Скандинавии и во многих других странах;известен также как «скандинавский стандарт»; третий по распространенности средианалоговых стандартов мира; стандарт NMT 450 является одним из двух стандартовсотовой связи, принятых в России в качестве федеральных (второй — цифровойстандарт GSM 900);
» 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 (диапазоны 170, 200,400 МГц) — используется во Франции;
» NTT (Nippon Telephone and Telegraphsystem — японская система телефона и телеграфа, диапазон 800…900 МГц — в трехвариантах) — используется в Японии.
Во всех аналоговых стандартахприменяются частотная модуляция для передачи речи и частотная манипуляция дляпередачи информации управления (или сигнализации — signaling). Для передачиинформации 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 стандартахот 12,5 до 30 кГц. С этим непосредственно связан основной недостаток аналоговыхсистем — относительно низкая емкость, являющаяся прямым следствием недостаточнорационального использования выделенной полосы частот при частотном разделенииканалов. Этот недостаток стал очевиден уже к середине 80-х годов, в самомначале широкого распространения сотовой связи в ведущих странах, и сразу жезначительные силы были направлены на поиск более совершенных техническихрешений. В результате этих усилий и поисков появились цифровые сотовые системывторого поколения. Переход к цифровым системам сотовой связи стимулировалсятакже широким внедрением цифровой техники в связь в целом и в значительнойстепени был обеспечен разработкой низкоскоростных методов кодирования ипоявлением сверхминиатюрных интегральных схем для цифровой обработки сигналов.
Мобильные телефоны первого поколениябыли размером немногим меньше среднестатистического чемодана и состояли из базыи отдельной трубки, которую практически нельзя было носить с собой. Сейчаструдно себе представить такое чудо техники, которое весило несколькокилограммов, излучало 20-30 ваттный сигнал и имело антенну размером 30-40сантиметров в длину. Максимальная скорость передачи голоса составляла 9.6Kbit/s, а скорость передачи данных равнялась 1.9 Kbit/s. На западном рынкестандарт NMT был представлен несколько иными стандартами (AMPS advanced mobilephone service) и TACS (total access communications system). Первый опытэксплуатации аналоговых систем позволил выявить также и ряд присущих имнедостатков: возможность прослушивания переговоров, наличие двойников,перегруженность частотного диапазона вследствие его неэффективногоиспользования, ограниченность зоны действия. Кроме того, распространениерадиоволн в условиях интенсивных городских застроек связано с возникновениемглубоких селективных замираний, вызванных многолучевым распространениемрадиоволн. Наличие замираний приводит к ухудшению отношения сигнал/шум навыходе ЧМ приемника на 10-20 дБ. Таким образом, с точки зрения качествапередачи речи системы первого поколения не оправдали возлагавшихся на нихожиданий.
Начиная с середины 80-х годов, в миреначался интенсивный рост числа подвижных абонентов, который превзошел все самыесмелые прогнозы. Стало ясно, что существующие аналоговые системы, базирующиесяна большом числе несовместимых друг с другом стандартов, не отвечаютсовременным требованиям, и переход от действующих аналоговых сетей к цифровымтехнологиям является неизбежным. Число абонентов аналоговых сетей с каждымгодом стремительно уменьшается, а в некоторых странах наметился полный отказ отних.
Поколение 2G
В США аналоговый стандарт AMPS получил столь широкоераспространение, что прямая замена его цифровым оказалась практическиневозможной. Выход был найден в разработке двухрежимной аналого-цифровойсистемы, позволяющей совмещать работу аналоговой и цифровой систем в одном итом же диапазоне. Работа над соответствующим стандартом была начата в 1988 г. изакончена в 1992 г.; стандарт получил наименование D-AMPS, или IS-54 (IS — сокращение от Interim Standard, т.е.«промежуточный стандарт»). Его практическое использование началось в 1993 г. ВЕвропе ситуация осложнялась наличием множества несовместимых аналоговых систем(«лоскутное одеяло»). Здесь выходом оказалась разработка единогообщеевропейского стандарта GSM (GSM 900 — диапазон 900 МГц).Соответствующая работа была начата в 1982 году, к 1987 году были определены всеосновные характеристики системы, а в 1988 г. приняты основные документыстандарта. Практическое применение стандарта началось с 1991 г. Еще одинвариант цифрового стандарта, по техническим характеристикам схожий с D-AMPS, был разработан в Японии в 1993 г.; первоначально онназывался JDC, а с 1994 г. — PDC (Personal Digital Cellular — буквально «персональная цифроваясотовая связь»). Но на этом развитие цифровых систем сотовой связи неостановилось.
Стандарт D-AMPS дополнительноусовершенствовался за счет введения нового типа каналов управления. Дело в том,что цифровая версия IS-54 сохранила структуруканалов управления аналогового AMPS,что ограничивало возможности системы. Новые чисто цифровые каналы управлениявведены в версии IS-136, котораябыла разработана в 1994 г. и начала применяться в 1996 г. При этом быласохранена совместимость с AMPS иIS-54, но повышена емкость каналауправления и заметно расширены функциональные возможности системы.
Стандарт GSM, продолжая совершенствоваться технически(последовательно вводимые фазы 1, 2 и 2+), в 1989 г. пошел на освоение новогочастотного диапазона 1800 МГц. Это направление известно под названием системыперсональной связи. Отличие последней от исходной системы GSM 900 не столько техническое, сколькомаркетинговое при технической поддержке: более широкая рабочая полоса частот всочетании с меньшими размерами ячеек (сот) позволяет строить сотовые сетизначительно большей емкости, и именно расчет на массовую систему мобильнойсвязи с относительно компактными, легкими, удобными и недорогими абонентскимитерминалами был заложен в основу этой системы. Соответствующий стандарт (в видедополнений к исходному стандарту GSM900) был разработан в Европе в 1990 — 1991 гг. Система получила название DCS 1800 (Digital Cellular System — цифровая система сотовой связи; первоначальноиспользовалось также наименование PCN — Personal Communications Network, что в буквальном переводе означает «сетьперсональной связи») и начала использоваться с 1993 г. В 1996 г. было приняторешение именовать ее GSM1800. В США диапазон 1800 МГц оказался занят другими пользователями, но быланайдена возможность выделить полосу частот в диапазоне 1900 МГц, котораяполучила в Америке название диапазона систем персональной связи (PCS — Personal Communications Systems), в отличие от диапазона 800 МГц, за которымсохранено название сотового (cellular). Освоение диапазона 1900 МГц началось с конца 1995 г.; работа в этомдиапазоне предусмотрена стандартом D-AMPS (версия IS-136, но аналогового AMPS в диапазоне 1900 МГц уже нет), и разработанасоответствующая версия стандарта GSM(«американский» GSM 1900 — стандарт IS-661).Поколение 2.5G
Поколение 2.5G представлено стандартами GPRS и WiDEN.
Мобильные телефонные сети изначальнобыли рассчитаны именно на передачу голоса. Поэтому, хотя GSM (Global System for Mobile Communications) и является цифровым стандартом, онпредназначен для передачи голоса во время телефонного разговора и как результатне очень подходит для длительных высокоскоростных соединений.
Поэтому для обеспечения голосовыхразговоров в GSM-сетях для каждого сеанса выделяетсяпара частот (для передачи данных в обе стороны), на которых и устанавливаетсяцифровое соединение со скоростью 9600 бит/с, и уже поверх него передаетсязакодированный и сжатый звук. Выделение отдельных частот обеспечивает отдельныйфизический канал, поэтому при разговоре по мобильному не возникают типичные дляIP-телефонии проблемы перегруженныхканалов связи и, как следствие, выпаданий слов (в случае мобильной связи словатакже могут выпадать, если возникают какие-то радиопомехи). Скорости 9600 бит/свполне достаточно для передачи закодированного голоса «телефонного» качества.Проблема нехватки частоты обычно не стоит, так как маловероятно, что всеабоненты, находящиеся в зоне действия базовой станции (которая обеспечиваетсвязью данную соту), вдруг начнут одновременно звонить.
Предоставление полноценногоскоростного доступа сети, да еще и так, чтобы не мешать другим абонентамговорить, требует совершенно другой архитектуры построения сети мобильнойсвязи, например, такой, как в сетях третьего поколения (3G) или наиболее близких к нимсовременных сетям CDMA.
Вот тут-то и пришла на выручкутехнология GPRS. Это своеобразный мостик междуобычными (GSM) сетями и сетями третьего поколения,позволяющий реализовать некоторые новые элементы на базе уже существующихсетей.
При связи мобильного телефона сбазовой станцией мобильной сети по технологии GPRS данные транслируются в паузах между передачей голосана частотах, которые в этот же момент могут использоваться для разговоровдругими абонентами.
GPRS (англ. General Packet RadioService — пакетная радиосвязь общего пользования) — надстройка над технологиеймобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных. GPRS позволяетпользователю мобильного телефона производить обмен данными с другими устройствамив сети GSM и с внешними сетями, в том числе Интернет. GPRS предполагаеттарификацию по объему переданной/полученной информации, а не времени.
Служба передачи данных GPRSнадстраивается над существующей сетью GSM. На структурном уровне систему GPRSможно разделить на две части: подсистему базовых станций (BSS) и опорную сетьGPRS (GPRS Core Network).
В BSS входят все базовые станции иконтроллеры, которые поддерживают пакетную передачу данных. Для этого BSC (BaseStation Controller) дополняется блоком управления пакетами — PCU (PacketController Unit), а BTS (Base Tranceiver Station) — кодирующим устройством CCU(Channel Codec Unit).
Основным элементом опорной сетиявляется сервисный узел поддержки GPRS — SGSN (Serving GPRS Support Node). Онзанимается обработкой пакетной информации и преобразованием кадров данных GSM вформаты, используемые протоколами TCP/IP.
Шлюзы с внешними сетями (Internet,intranet, X.25) называют GGSN (Gateway GPRS Support Node). Обмен информациеймежду SGSN и GGSN происходит на основе IP-протоколов.
Также в состав GPRS Core входят DNS(Domain Name System) и Charging Gateway (шлюз для связи с системойтарификации).
При использовании GPRS информациясобирается в пакеты и передается через неиспользуемые в данный момент голосовыеканалы, такая технология предполагает более эффективное использование ресурсовсети GSM. При этом приоритет передачи — голосовой трафик или передача данных — выбирается оператором связи. Федеральная тройка в России использует безусловныйприоритет голосового трафика перед данными, поэтому скорость передачи зависитне только от возможностей оборудования, но и от загрузки сети. Возможностьиспользования сразу нескольких каналов обеспечивает достаточно высокие скоростипередачи данных, теоретический максимум при всех занятых таймслотах TDMAсоставляет 171,2 кбит/c. Существуют различные классы GPRS, различающиесяскоростью передачи данных и возможностью совмещения передачи данных содновременным голосовым вызовом.
Передача данных разделяется понаправлениям «вниз» (downlink, DL) — от сети к абоненту, и «вверх» (uplink, UL)- от абонента к сети. Мобильные терминалы разделяются на классы по количествуодновременно используемых таймслотов для передачи и приёма данных. Современныетелефоны (июнь 2006) поддерживают до 4-х таймслотов одновременно для приёма полинии «вниз» (то есть могут принимать 85 килобит в секунду по кодовой схемеCS-4), и до 2-х для передачи по линии «вверх» (class 10 или 4+2).
Абоненту, подключенному к GPRS,предоставляется виртуальный канал, который на время передачи пакета становитсяреальным, а в остальное время используется для передачи пакетов другихпользователей. Поскольку один канал могут использовать несколько абонентов,возможно возникновение очереди на передачу пакетов, и, как следствие, задержкасвязи. Например, современная версия программного обеспечения контроллеровбазовых станций допускает одновременное использование одного таймслоташестнадцатью абонентами в разное время и до 5 (из восьми) таймслотов начастоте, итого — до 80 абонентов, пользующихся GPRS на одном канале связи(средняя максимальная скорость при этом 21,4*5/80 = 1,3 кбит/с на абонента).Другой крайний случай — пакетирование таймслотов в один непрерывный свытеснением голосовых абонентов на другие частоты (при наличии таковых и сучётом приоритета). При этом телефон, работающий в режиме GPRS, принимает всепакеты на одной частоте и не тратит времени на переключения. В этом случаескорость передачи данных достигает максимально возможной, как и описано выше,4+2 таймслота (class 10).
Технология GPRS используетGMSK-модуляцию. В зависимости от качества радиосигнала, данные, пересылаемые порадио эфиру, кодируются по одной из 4-х кодовых схем (CS1-CS4). Каждая кодоваясхема характеризуется избыточностью кодирования и помехоустойчивостью, ивыбирается автоматически в зависимости от качества радиосигнала.
GPRS по принципу работы аналогичнаИнтернет: данные разбиваются на пакеты и отправляются получателю (необязательноодним и тем же маршрутом), где происходит их сборка. При установлении сессиикаждому устройству присваивается уникальный адрес, что по сути превращает его всервер. Протокол GPRS прозрачен для TCP/IP, поэтому интеграция GPRS с Интернетнезаметна конечному пользователю. Пакеты могут иметь формат IP или X.25, приэтом не имеет значения, какие протоколы используются поверх IP, поэтому естьвозможность использования любых стандартных протоколов транспортного иприкладного уровней, применяемых в Интернет (TCP, UDP, HTTP, HTTPS, SSL, POP3,Jabber и др.). Также при использовании GPRS мобильный телефон выступает какклиент внешней сети, и ему присваивается IP-адрес (постоянный илидинамический).Поколение 2.75G
EDGE (англ. Enhanced Data rates forGSM Evolution) — цифровая технология для мобильной связи, которая функционируеткак надстройка над 2G и 2.5G (GPRS) сетями. Эта технология работает в TDMA иGSM сетях. Для поддержки EDGE в сети GSM требуются определённые модификации иусовершенствования. На основе EDGE могут работать: ECSD — ускоренный доступ вИнтернет по каналу CSD, EHSCSD — по каналу HSCSD, и EGPRS — по каналу GPRS.EDGE был впервые представлен в 2003 году в Северной Америке.
В дополнение к GMSK (англ. Gaussian minimum-shiftkeying) EDGE использует модуляцию 8PSK (англ. 8Phase Shift Keying) для пяти из девяти кодовых схем (MCS). EDGE получает 3-хбитовое слово за каждое изменение фазы несущей. Это эффективно (в среднем в 3раза в сравнении с GPRS) увеличивает общую скорость, предоставляемую GSM. EDGE,как и GPRS, использует адаптивный алгоритм изменения подстройки модуляции икодовой схемы (MCS) в соответствии с качеством радиоканала, что влияет,соответственно, на скорость и устойчивость передачи данных. Кроме того, EDGEпредставляет новую технологию, которой не было в GPRS — Incremental Redundancy(нарастающая избыточность) — в соответствии с которой вместо повторной отсылкиповреждённых пакетов отсылается дополнительная избыточная информация, котораянакапливается в приёмнике. Это увеличивает возможность правильногодекодирования повреждённого пакета.
EDGE обеспечивает передачу данных соскоростью до 474 кбит в секунду в режиме пакетной коммутации (8 тайм-слотов x59,2 кбит на схеме кодирования MCS-9) соответствуя, таким образом, требованиямITU к сетям 3G. Данная технология была принята ITU как часть семейства IMT-2000стандартов 3G. Она также расширяет технологию передачи данных с коммутациейканалов HSCSD, увеличивая пропускную способность этого сервиса.
В 2004 году наиболее активно EDGE былподдержан GSM-операторами Северной Америки, более, чем где-либо в мире. Причинойэтому послужил сильный соперник: CDMA2000. Большинство других GSM-оператороврассматривали в качестве следующего шага развития технологию UMTS, поэтомупредпочли либо пропустить внедрение EDGE, либо использовать его там, где будетотсутствовать покрытие UMTS-сети. Однако высокая стоимость и объём работ повнедрению UMTS (как показала практика) заставили некоторых западноевропейскихоператоров пересмотреть свой взгляд на EDGE как на целесообразный.
Несмотря на то, что EDGE не требуетаппаратных изменений в NSS-части сети GSM, модернизации должна быть подвергнутаподсистема базовых станций (BSS). Необходимо установить трансиверы,поддерживающие EDGE (8PSK модуляцию) и обновить ПО. Также требуются телефоны,обеспечивающие аппаратную и программную поддержку модуляции и кодовых схем,используемых в EDGE.
Поколение 3G
3G — «третье поколение», набор услуг,которые объединяют как высокоскоростной мобильный доступ с услугами сетиИнтернет, так и технологию радиосвязи, которая создает канал передачи данных.
3G — это не просто быстрый доступ кИнтернету, это кардинально новый подход к общению, доступу к информации и т. д.Другими словами, те возможности и те устройства, которые традиционнорассматривались как исключительно стационарные, станут мобильными. Пользовательсможет не только разговаривать со своим собеседником, но и видеть его с помощьювидеотелефона, путешествовать по сети Интернет, вести бизнес, обучаться,развлекаться и все это с помощью небольшого устройства, напоминающегосегодняшний сотовый телефон. Естественно, такие услуги требуют высокоскоростнойпередачи данных. Для этого предусматривается пошаговая модернизациясуществующих сетей мобильной связи, которые изначально проектировались врасчете на узкополосную передачу данных, до широкополосных сетей,обеспечивающих необходимую скорость для мобильных услуг мультимедиа и доступа кИнтернету.
/>
Основой мобильной связи третьегопоколения станет технология IP,которая основана на пакетной передаче данных, что означает постоянноепребывание абонента в режиме on-line; при этом оплачиваться будет толькообъем переданной и полученной информации, а не время соединения, как этопроисходит сегодня.
Для реализации систем третьегопоколения разработаны рекомендации по глобальным унифицированным стандартаммобильной связи: обеспечение качества передачи речи, сравнимого с качествомпередачи в проводных сетях связи; обеспечение безопасности, сравнимой сбезопасностью в проводных сетях; обеспечение национального и международногороуминга; поддержка нескольких местных и международных операторов; эффективноеиспользование спектра частот; пакетная и канальная коммутация; поддержкамногоуровневых сотовых структур; взаимодействие с системами спутниковой связи;поэтапное наращивание скорости передачи данных вплоть до 2 Мбит/с. Несмотря нато что конечная цель для всей индустрии телекоммуникаций — создать единуювсемирную среду мобильной связи, поддерживающую широкополосные системы иобеспечивающую глобальную мобильность, в результате, скорее всего, возникнетнекоторое семейство стандартов, обеспечивающее услуги третьего поколения.
Сети третьего поколения 3G работают на частотах дециметровогодиапазона около 2 ГГц, передавая данные со скоростью 2 Мбит/с. Они позволяюторганизовать видеотелефонную связь, смотреть на мобильном телефоне фильмы ителепрограммы и т. д. В мире сосуществуют два стандарта 3G: UMTS (или W-CDMA) и CDMA2000. UMTSраспространен в основном в Европе, CDMA2000 — в Азии и США. По данным Wireless Intelligence, наконец ноября 2006 г. в мире насчитывалось 364 млн абонентов 3G, из них 93,5 млн. были подключены ксетям UMTS и 271,1 млн — к СDMA2000.
Решение этой проблемы (совместимостьстандартов и глобальный роуминг) абсолютно аналогично уже применяющемусясегодня — разработка много модовых терминалов, способных работать в двух иболее стандартах.
Термин 3G используется для описания сервисов мобильной связи стандартаследующего (третьего) поколения, которые обеспечивают более высокое качествозвука, а также высокоскоростную интернет-связь и мультимедийные сервисы.Мобильные сети третьего поколения (3G) отличаются от сетей второго поколения (2G), таких как например цифровой стандарт мобильной связи GSM и переходного поколения (2.5G), таких как например GPRS — гораздо большей скоростью передачиданных, а также более широким набором и высоким качеством предоставляемыхуслуг.
Хотя существует много различныхинтерпретаций того, что представляет собой 3G, единственным определением, принимаемым универсально,является определение, опубликованное Международным Институтом Электросвязи (ITU). ITU, работающий с промышленными организациями по всемумиру, определяет и утверждает технические требования и стандарты, а такжеправила использования спектра для систем 3G в рамках программы IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000). IMT-2000 — это рекомендации, разработанные МеждународнымИнститутом Электросвязи (ITU),касающиеся вопросов использования частотного спектра и технических особенностейдля всего семейства стандартов 3-го поколения. Рекомендации описывают путиэволюции существующих в мире стандартов 2-го поколения в стандарты 3-гопоколения. ITU требует, чтобы сети IMT-2000 (3G), помимо прочих свойств, обеспечивали улучшенную емкостьсистемы и эффективность использования спектра для систем 2G и поддерживали сервисы передачиданных со скоростями — минимум 144 кбит/с, при использовании в мобильном режиме(не в помещениях), и максимум 2 Мбита/с, в не мобильных условиях (впомещениях).
Основываясь на этих требованиях, в1999 году ITU одобрил пять радио интерфейсов длястандартов IMT-2000, как часть рекомендаций ITU-R M.1457. CDMA2000- это один из пяти упомянутых стандартов. Он также известен под названием IMT-CDMA Multi Carrier в классификации ITU.
CDMA-2000 3G предлагает практически осуществимое решение для любогосуществующего на рынке сотового или PCS оператора — а также операторов, уже имеющих новую лицензию 3G. CDMA-2000 был разработан таким образом, что любойбеспроводный носитель, вне зависимости от интерфейса, частоты или стандартовбазовой сети, может извлечь пользу из его спектральной эффективности. С учётомспецифики существующих в мире на сегодняшний день сетей сотовой связи, былиразработаны варианты миграции этих сетей в сети третьего поколения.
В продолжение описания преимуществсетей третьего поколения, можно утверждать, что помимо услуг интернет доступа ивидеоконференц-связи, клиенты 3Gсмогут воспользоваться удаленным доступом к корпоративной сети. Третьепоколение сотовой связи в корне изменит такое понятие, как мобильная работа.Сотрудник сможет выполнять свои задачи в любом месте, даже не выходя из дома.
Важным элементом услуг 3G станет мобильная электроннаякоммерция, когда оплатить товары и услуги можно будет через мобильный телефон.Он тем самым превратится в виртуальный кошелек. Кроме того, разработчикивсерьез рассматривают возможность запуска такой услуги, как удаленнаямедицинская диагностика. IMT-2000обеспечивает:
1. высокую скоростьпередачи данных как внутри помещений, так и на открытой местности;
2. симметричную иасимметричную передачу данных;
3. поддержкуканальной и пакетной коммутации для обеспечения таких сервисов, как Internet Protocol (IP) и Real Time Video;
4. высокое качествоголоса, не уступающее качеству голоса при передаче по проводной линии;
5. большуюкомпактность спектра и более эффективное его использование;
6. возможностьглобального роуминга.
Программа IMT-2000 базируется на ряде признаков, определяющихпринципы построения систем 3-го поколения и их архитектуру. Уже на первом этаперазвертывания они должны обеспечивать определенные значения скорости передачидля различных степеней мобильности абонента (т. е. разных скоростей егодвижения) в зависимости от величины зоны покрытия:
до 2,048 Мбит/с при низкой мобильности(скорость менее 3 км/ч) и локальной зоне покрытия;
до 144 кбит/с при высокой мобильности(до 120 км/ч) и широкой зоне покрытия;
до 64 (144) кбит/с при глобальномпокрытии (спутниковая связь).
Сегодня в мире существуют двеосновные конкурирующие концепции 3G: UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems — универсальная мобильная телекоммуникационнаясистема), поддерживаемая европейскими странами, и CDMA 2000 (Code DivisionMultiple Access — мультидоступ с кодовым разделением каналов),сторонниками которой традиционно являются азиатские страны и США. В принципеэти две технологии предполагают два различных подхода к организации сетей 3G: революционный (UMTS) и эволюционный (разновидности CDMA — CDMA2000, CDMA2000IX, CDMA2000 IX EvDo). Эволюционный путь подразумеваетсохранение частот и постепенный переход к новым технологиям, путем наращиваниятехнических мощностей оператора. UMTS — совершенно новый стандарт, в то время как разновидности CDMA, предложенные для 3G, являются развитием уже эксплуатирующейсяв мире технологии второго поколения cdmaOne (IS-95).
В настоящее время сети 3G уже работают в Азии, США, в то времякак в Европе существует пока только в тестовых вариантах. Наиболее впечатляющихуспехов в области 3G на мировом фонедобилась Япония. Там сегодня работают два оператора, которые предоставляютуслуги третьего поколения, — это NTT DoCoMo и KDDI. К 2003 году в Японии появитсятретий оператор, владеющий сетью 3G — J-Phone Communications. Используя CDMA2000 и WCDMAтехнологии, первые всемирные коммерческие 3G сети уже обслуживают миллионы абонентов. К концу октября2002 года, KDDI подключил 3,9 миллиона абонентов CDMA2000, NTT DоCоMо — 149,000 абонентов FOMA (WCDMA). Также к концу октября общее количество абонентов вКорее составило более чем 15 миллионов абонентов CDMA2000. По данным на 16 декабря 2002 года в мирезапущено 32 сети третьего поколения в 16 странах.Поколение 3.5G
Переходное поколение 3.5Gпредставлено стандартом HSDPA.
Для сотовых сетей сегодня существуетнесколько протоколов, увеличивающих скорость передачи данных. Однако фактическини один из них не способен экономить ресурсы мобильной сети, что делает такойтрафик дорогим и неэффективным. Задуманный ведущими производителямиинфраструктурного оборудования мобильной связи протокол HSDPA призван повыситьпроизводительность сети именно за счет более эффективного использованиярадиоканала, в частности сокращением задержек при передаче пакетов. ТехнологияHSDPA не несет в себе ничего нового, но изменяет представление пользователя омобильных сетях передачи данных третьего поколения.
HSDPA (англ. High-Speed DownlinkPacket Access — высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции кмобильному телефону) — стандарт мобильной связи, рассматривается специалистамикак один из переходных этапов миграции к технологиям мобильной связи четвертогопоколения (4G). Максимальная теоретическая скорость передачи данных постандарту составляет 14,4 Мбит/сек., практическая достижимая в существующихсетях — около 3 Мбит/сек.
/>
аналоговый сотовый адаптивный модуляция
По сравнению с UMTS, в сети HSDPAможно передавать в три раза больше данных и поддерживать вдвое большепользователей на одну соту.
В ее основе лежит теория, согласнокоторой при сопоставимых размерах сот применение много кодовой передачипозволяет достигать пиковых скоростей порядка 10 Мбит/с (теоретическимаксимальная скорость передачи данных в этих условиях составляет 14,4 Мбит/с).
Стандарты 3GPP, которые станут пятойверсии, нацелены на дальнейшее увеличение пропускной способности: достижениепиковых скоростей порядка 20-30 Мбит/с при помощи технологии Multiple и иныхспособов применения антенных решеток.
Кроме того, HSDPA значительноулучшает качество предоставляемых абоненту мультимедийных услуг (именно за счетвысокой скорости задержка становится неощутимой, а объем передаваемойинформации увеличивается). По словам главного аналитика Gartner Group повопросам мобильной инфраструктуры Джейсона Чепмена, “ позиционирование HSDPAпоможет ускорить внедрение сетей 3G. Эта технология предоставляет новыевозможности для поддержки приложений, включая загрузку сетевого контента”.
Поколение 4G
4G — четвёртое поколение мобильнойсвязи, характеризующееся высокой скоростью передачи данных и повышеннымкачеством голосовой связи.
К четвёртому поколению относятсятехнологии, позволяющие осуществлять передачу данных со скоростью, превышающей100 мбит/с. Примерами технологий 4G являются Wi-Fi и WiMax, имеющие теоретическийпредел скорости передачи в 1 гбит/с. Для сравнения максимальная скоростьпередачи через GSM (2G) составляет 240 кбит/с, а в 3G — около 10 мбит/с.
4G основан на протоколах пакетнойпередачи данных. Для пересылки данных используется протокол IPv6. Для передачиданных используются частоты 40 и 60 GHz. Для чёткого приёма и передачипланируют применять адаптивные антенны, которые смогут подстраиваться подконкретную базовую станцию.
Международный союз телекоммуникацийопределяет технологию 4G как технологию беспроводной коммуникации, котораяпозволяет достичь скорости передачи данных до 1 Гбит/с в условиях движенияисточника или приемника и до 100 Мбит/с в условиях обмена данными между двумямобильными устройствами. Пересылка данных в 4G осуществляется по протоколу IPv6(IP версии 6). Это заметно облегчает работу сетей, особенно если они различныхтипов.
Для обеспечения необходимой скоростииспользуются частоты 40 и 60 GHz. Создатели приемопередающего оборудования для4G применили испытанный в цифровом вещании прием — технологиюмультиплексирования с ортогональным разделением частот OFDM. Такая методикаманипулирования сигналом позволяет значительно “уплотнить” данные без взаимныхпомех и искажений. При этом происходит разбиение по частотам с соблюдением ортогональности:максимум каждой несущей волны приходится на тот момент, когда соседние имеютнулевое значение. Этим исключается их взаимодействие, а также более эффективноиспользуется частотный спектр — не нужны защитные “противоинтерференционные”полосы. Для передачи сигнала применяется модуляция со сдвигом фазы (PSK и ееразновидности), при которой пересылается больше информации за отрезок времени,или квадратно амплитудная (QAM), более современная и позволяющая выжатьмаксимум из пропускной способности канала. Конкретный тип выбирается взависимости от требуемой скорости и условий приема. Сигнал разбивается наопределенное количество параллельных потоков при передаче и собирается приприеме.
Принят единый стандарт передачиданных в рамках LTE сетей
Большое количество операторовмобильной связи, а также производителей телефонов договорились об использованииобщего стандарта для передачи голосовых сообщений и SMS в сети LTE (Long TermEvolution). Среди участников соглашения присутствуют AT&T, Orange, Telefonica,TeliaSonera, Verizon, Vodafone, Alcatel-Lucent, Ericsson, Nokia SiemensNetworks, Nokia, Samsung Electronics и Sony Ericsson. Компании работали надединым набором правил в рамках инициативы One Voice, которая позволитобеспечить совместимость между различными провайдерами и мобильнымиустройствами.
Использование единого стандарта даствозможность компаниям обеспечивать стабильный роуминг, Это необходимо дляобеспечения плавного перехода от сетей GSM и HSDPA к стандарту Long TermEvolution. Многие компании уже анонсировали модемы для этого типа сетей,использующие дополнительные скоростные возможности каналов, которые,теоретически, составляют 326,4 Мбит/с на закачку, и 172,8 Мбит/с на отдачу.
Первое развертывание LTE сетейожидается в некоторых странах к концу этого года. Оператор Verizon заявляет,что начнет предоставлять подобные услуги в 2010 году, а AT&T планируетсделать это в 2011 году.
Литература
1. Материалыэнциклопедии “Википедия“.
2. ЖурналInternetZone, статья “GSM 2.5G = GPRS“.
3. Статья “UMTS:вопросов больше, чем ответов” на connect.ru.
4. Статья “Что такоеTDMA?” на сайте uatelefonopt.info .
5. Статья “Definition and overviewof TDMA” на сайте IEC (англ.).
6. Статья “Историярадио и мобильной связи” — 3dnews.ru.
7. “Push-to-Talk:мобильный телефон как портативная рация” — статья на iXBT.com.
8. Статья “PDCSummary” на сайте Radio-Electronics.Com (англ.).
9. Новости отехнологии на wi-fi.ru.
10. Статья наCitForum: “Все больше данных, все выше скорости“.
11. ЖурналInternetZone, статья “GSM 2.5G = GPRS“.
12. Статья “WCDMA:сети 3g — реальность сегодняшнего дня” на сайте Nokia.
13. Статья “Что намделать с сетями NMT-450?” — Открытые системы.
14. Описаниетехнологии iDEN с сайта telco.ru.
15. Сайт HSUPA.com
16. Подробно оглавном: Сети сотовой подвижной связи в стандарте GSM. Самуйлов К. Е., НикитинаМ. В.
17. Статья “GPRS — интернет в телефоне” на сайте gprs.ufamobile.ru
18. “МобильныеКомпьютеры”, №9.
19. Статья“Технология EDGE: что это и зачем это нужно?” — iXBT.com.
20. Статья “WiMAX: беспроводнаямагистраль в будущее” — 3dnews.ru
21. Статья “СетиAMPS: взгляд изнутри” на iXBT.com
22. Сайт “Четвертоепоколение сетей мобильной связи“.
23. МатериалiXBT.com: “Эволюция стандартов сотовой связи“