Mobwar.ru

Мобильные операторы
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Принцип построения 2g 3g 4g сетей

Поколения мобильной связи 1G, 2G, 3G, 4G, 5G

Мысль о создании беспроводной мобильной связи зародилась еще в начале прошлого столетия. С тех пор, работы в этом направлении велись по большей части западными странами и Советским Союзом. Рабочий прототип сотового телефона появился только лишь в 1973 году, когда компанией Motorola был представлен миру официально первый мобильный телефон DynaTac. В том же году, 3 апреля, директор отдела мобильной связи компании Motorola Мартин Купер, прогуливаясь по Манхеттену, демонстративно позвонил по мобильному телефону, чем привел в восторг прохожих.

Сегодня, жизнь человека трудно представить без мобильного телефона. Телефония, интернет со всеми его сервисами и возможностями – то без чего теперь невозможно обойтись ни дня. А ведь появилось все это не так уж давно, хотя за последние 35 лет сменилось уже четыре поколения сотовой связи. Развитие в этой области идет так быстро, что, едва исчерпав возможности 4G, операторы вот-вот предложат новое – пятое поколения мобильной связи.

В этой статье мы расскажем о том, как развивалась сотовая связь из поколения в поколение, и какие технологии применялись на каждом из этапов.

1G – первое поколение

Стандарты связи первого поколения были аналоговыми и имели множество недостатков. Все тогдашние технологии, мало того, что имели проблемы были с качеством сигнала, так еще и были несовместимы между собой.

Наибольшее распространение получили следующие стандарты:

  • AMPS (Advanced Mobile Phone Service – усовершенствованная подвижная телефонная служба). Данный стандарт широко использовался в странах Северной и Южной Америки, а также в Австралии;
  • TACS (Total Access Communications System — тотальная система доступа к связи). Этот стандарт получил распространение во многих Европейских странах;
  • NMT (Nordic Mobile Telephone – северный мобильный телефон). Использовался в скандинавских странах.
  • TZ-801 (TZ-802, TZ-803). Использовался в Японии.

Несмотря на все недостатки, аналоговым сетям мобильной связи все же нашли коммерческое применение. Первопроходцами в этом, ожидаемо, стали японцы, которые запустили в массы аналоговую беспроводную телефонную сеть в 1979 году. Затем, в 1981 году, сеть была запущена в некоторых европейских странах — Дании, Швеции, Норвегии и Финляндии. В США, первая коммерческая беспроводная телефонная сеть была пущена в эксплуатацию лишь в 1983 году.

2G – второе поколение

Начиная с 1982 года, изучением и разработкой пан-Европейской наземной системы подвижной связи общего применения занималась рабочая группа GSM (от франц. Groupe Spécial Mobile — специальная группа по подвижной связи), которая была сформирована Европейской конференцией почтовых и телекоммуникационных ведомств. Затем, в 1989 году, изучение и разработку второго поколения мобильной связи продолжил Европейский институт стандартов в телекоммуникации. Но аббревиатура GSM осталась, хотя и приобрела новое значение — Global System for Mobile Communications (глобальная система для подвижной связи).

Внедрение коммерческих проектов на основе технологий второго поколения началось в 1991 году. Отличало второе поколение от первого в первую очередь применение цифровых методов передачи данных, что открыло возможности для создание таких сервисов, как SMS (Short Message Service — служба коротких сообщений), WAP (Wireless Application Protocol — беспроводной протокол передачи данных), с помощью которого стал возможен доступ к Интернет с мобильных устройств. Но скорость передачи данных в сетях 2G, конечно же, пока оставляла желать лучшего, так как позволяла загружать не более 19 Кбит интернет-трафика в секунду. Тем не менее, пользователи очень высоко оценили ноу-хау, и стимулов для дальнейшего развития технологий передачи данных посредством мобильных сетей было более чем достаточно.

Стоит отметить, что на пути к третьему поколению, были предприняты некоторые значительные шаги в развитии, которые, получили условные обозначения 2,5G и 2,7G.

Промежуточное поколение 2,5G ознаменовал приход технологии GPRS (General Packet Radio Service — пакетная радиосвязь общего пользования), которая позволила увеличить скорость передачи данных с 19 до аж 172 кбит/с. Но это лишь в теории, на практике скорость едва ли достигала 80 кбит/с, что по сравнению с 2G тоже не так уж плохо.

Другое яркое событие – появление технологии EDGE (EGPRS) (Enhanced Data rates for GSM Evolution). Этим событием был обозначен следующий промежуточный этап, получивший название 2,7G. Промежуточный, а не следующий, так как технология предполагала лишь усовершенствование прежней, а не создание чего-то принципиально нового. Что касается скорости передачи данных в таких сетях, то теоретический максимум составлял около 470 Кбит/с, практические показатели варьировались в районе 150 Кбит/с.

3G – третье поколение

В то время, как продолжалось коммерческое внедрение и усовершенствование технологий второго поколения, активно велись работы по созданию нового — третьего поколения. И вот, в начале 2000-х годов, наконец была запущена в эксплуатацию сеть 3G (в России в 2002 году). Основой послужила технология CDMA (Code Division Multiple Access — множественный доступ с кодовым разделением).

Третье поколение включает в себя целых 5 стандартов:

  • UMTS/WCDMA
  • CDMA2000/IMT-MC
  • TD-CDMA/TD-SCDMA
  • DECT
  • UWC-136

Первые два получили самое широкое применение в мире. Рассмотрим стандарты, используемые в России.

  • UMTS (Universal Mobile Telecommunications System – универсальная сисема мобильной электросвязи) – технология, разработанная на основе WCDMA с целью внедрения 3G в Европейских странах. Успешно прижилась так же и в нашей стране. Работает в частотном диапазоне 2110-2200 МГц. Максимальная скорость передачи данных в режиме UMTS составляет около 2 Мбит/с, при условии, что принимающее устройство неподвижно. При движении абонента значительно падает, и в зависимости от скорости движения, может снизиться до 144 Кбит/с.
  • HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access— высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции к мобильному телефону) – самый первый из семейства протоколов сотовой связи HSPA (High Speed Packet Access — высокоскоростная пакетная передача данных). Основанный на UMTS технологии, он и последующие его версии, позволили значительно увеличить скорость передачи данных в сетях 3G. В первой реализации протокол HSDPA имел максимальную скорость передачи данных 1,2 Мбит/с. Скорость передачи данных в последующей версии протокола HSDPA составляла уже 3,6 Мбит/с. Дальнейшее развитие протокола HSDPA позволило увеличить скорость сначала до 7,2 Мбит/с, а затем, и до 14,4 Мбит/с.
  • HSPA+ – технология, базирующаяся в свою очередь на HSDPA, реализует более сложные методы модуляции сигнала (16QAM, 64QAM). HSPA+ в двухканальном режиме (DC-HSPA+) позволяет достигать скорости передачи данных до 42,2 Мбит/с.

4G – четвертое поколение

Сегодня, в мобильных сетях широко применяется технология уже четвертого поколения, причем не только в больших городах, но и в городах поменьше и даже деревнях. Переход к 4G был ознаменован внедрением новых стандартов передачи данных в беспроводных сетях, которые были разработаны совместными усилиями компаний Hewlett-Packard и NTT DoCoMo. Речь идет о стандартах WiMax и LTE. Далее подробнее о каждом из них.

WiMAX. Данный стандарт был разработан еще в 2001 году организацией WiMAX Forum. В состав данной организации входили такие производители, как Huawei Technologies, Samsung, Intel и многие другие известные компании. По сути технология WiMAX является продолжением всем знакомого стандарта беспроводной связи для локальных сетей Wi-Fi. Коммерческое применение для этой технологии впервые нашлось в Канаде в 2005 году.

LTE (Long-Term Evolution— долговременное развитие) концептуально является продолжением развития стандартов предыдущих поколений — GSM/UMTS и изначально к четвёртому поколению не относился, но на сегодняшний день именно этот стандарт является основным для сетей четвертого поколения. Разработанный крупнейшим в Японии оператором сотовой связи NTT DoCoMo, в десятом его релизе (LTE Advanced), данный стандарт был принят Международным союзом электросвязи как стандарт четвертого поколения, так как отвечал всем предъявляемым требованиям. Первый запуск коммерческой сети с поддержкой LTE был осуществлен в 2009 году в Швеции и Норвегии.

Максимально возможная скорость передачи данных по стандарту LTE составляет 326.4 Мбит/с, но это в теории. Что касается практики, то скорость передачи данных будет существенно зависеть от ширины диапазона частот, используемой оператором. Из российских операторов сотовой связи, на сегодняшний день, наибольшую ширину диапазона частот для сетей беспроводной связи, которая составляет 40 МГц, использует только Мегафон. Остальные компании, предоставляющие услуги сотовой связи, используют ширину канала 10 МГц.

Для сравнения, максимум скорости передачи данных в LTE-сетях в диапазоне частот 10 МГЦ составляет 75 Мбит/с, а предельная скорость в диапазоне 40 МГц может достигать 300 Мбит/с.

Есть еще такое понятие, как частотная полоса. Спецификации на такие частотные полосы называются бэндами (band). Всего таких спецификаций 70 и в разных странах для сетей LTE применяются разные спецификации. В России используются следующие 5:

  • band3 FDD LTE в частотном диапазоне 1800 МГц;
  • band7 FDD LTE в частотном диапазоне 2600 МГц;
  • band20 FDD LTE в частотном диапазоне 800 МГц;
  • band31 FDD LTE в частотном диапазоне 450 МГц;
  • band38 TDD LTE в частотном диапазоне 2600 МГц.
Читать еще:  Кнопочный самсунг с 3g

В сетях LTE FDD (Frequency Division Duplex) используется метод частотного разделения, это означает, что загрузка и передача трафика осуществляется в разных частотных диапазонах. А в сетях LTE TDD (Time Division Duplex) используется метод разделения по времени, то есть входящий и исходящий трафик передаются в одном диапазоне частот, но в разные промежутки времени.

5G – пятое поколение

Работы по разработке стандартов для сетей беспроводной передачи данных пятого поколения, на момент написания статьи, еще ведутся. Основным спонсором исследований в этом направлении является один из крупнейших игроков на рынке сетевого оборудования — китайская компании Huawei Technologies. Начало работ по внедрению 5G прогнозируется в 2020 году. В опытных испытаниях технологий пятого поколения удавалось достичь скорости передачи данных 25 Гбит/с, и это значение почти на порядок выше того, что способна дать сеть четвертого поколения.

Поддержка стандартов мобильной беспроводной связи.

Оборудование базовых станций российских сотовых операторов обеспечивает поддержку стандартов всех поколений, начиная с 2G: GSM, GPRS, EDGE, WCDMA, UMTS, HSPA, LTE, LTE-Advanced. Это дает возможность получать доступ к сети Интернет с мобильных устройств как новых, так и предыдущих поколений. Обычно, устройства для доступа к беспроводной сети интернет, будь то телефон, usb-модем или роутер с поддержкой сим-карт, при подключении выбирают ту сеть, которая обеспечивает максимальный уровень сигнала. Но, на большинстве из них в настройках можно вручную установить ту сеть, к которой следует подключаться. Такая мера может быть оправдана в тех случаях, когда несмотря на высокий уровень сигнала LTE, наблюдается низкая скорость соединения, обусловленная высокой загруженностью оборудования базовой станции, и переключение на режим UMTS в некоторых случаях может помочь увеличить скорость передачи данных.

Портал о современных технологиях мобильной и беспроводной связи

Принципы построения и функционирования сетей LTE

Принципы построения и функционирования сетей LTE

LTE включает в себя сеть радиодоступа (Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network, E-UTRAN) и усовершенствованное пакетное ядро (Evolved Packet Core, EPC).

Упрощенная архитектура сети LTE

Сеть LTE построена как совокупность новых базовых станций eNB (Evolved NodeB или eNodeB), где соседние eNB соединены между собой интерфейсом Х2. eNB подключены к EPC посредством интерфейса S1. На рис.1 показано взаимодействие новых элементов в архитектуре сети: S-GW (Serving Gateway) – обслуживающих шлюзов, содержащих ПО управления по протоколу MM (MME – Mobility Management Entity).

Рис. 1. Упрощенная архитектура сети LTE

В сети радиодоступа радиоинтерфейс между UE и eNB осуществлен на основе технологии ортогонального частотного разнесения (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDMA). Работа EPC основана на технологии IP. Такую структуру относят к All-IP Network (AIPN).

Структура сети LTE

Структура сети LTE приведена на рис. 2. Ядро сети EPC (Evolved Packet Core) состоит из обслуживающего шлюза S-GW (Serving Gateway), шлюза для выхода на пакетные сети P-GW (Packet Data Network Gateway), структуры управления по протоколу Mobility Management MME (Mobility Management Entity), связанной с S-GW и eNodeB сигнальными интерфейсами.

Рис. 2. Структура сети LTE

Функции eNodeB ( Evolved NodeB )

eNodeB объединяет в себе функции базовых станций и контроллеров сетей 3-го поколения:

— обеспечивает передачу трафика и сигнализации по радиоканалу,

— управляет распределением радиоресурсов,

— обеспечивает сквозной канал трафика к S-GW,

— поддерживает синхронизацию передач и контролирует уровень помех в соте,

— обеспечивает шифрацию и целостность передачи по радиоканалу,

— выбирает MME и организует сигнальный обмен с ним,

— производит сжатие заголовков IP-пакетов,

— поддерживает услуги мультимедийного вещания,

— при использовании структуры с усилителями мощности на антенной мачте организует управление антеннами по специальному интерфейсу Iuant.

Интерфейс S1, как показано на рис.2, поддерживает передачу данных с S-GW и сигнализации через ММЕ. Отметим, что eNB может иметь соединения с несколькими S-GW.

Интерфейсы X2 используют для организации хэндоверов между соседними базовыми станциями, в том числе и при балансировке нагрузки между ними. При этом интерфейсы Х2 могут быть логическими, т.е. для их организации не обязательно реальное физическое соединение между eNB.

Функции обслуживающего шлюза SGW:

— маршрутизация передаваемых пакетов данных,

— установка качественных показателей ( Quality of Service, QoS) предоставляемых услуг,

— буферизация пакетов для UE, пребывающих в состоянии Idle Mode,

— предоставление учетных данных для тарификации и оплаты выполненных услуг.

S-GW является якорной структурой, обеспечивающей мобильность абонентов. Каждую работающую UE обслуживает определенный S-GW. Теоретически UE может быть связана с несколькими пакетными сетями; тогда ее будут обслуживать несколько серверов S-GW.

Функции P-GW ( Packet Data Network Gateway )

Шлюз для выхода на пакетные сети PGW организует точку доступа к внешним IP-сетям. Соответственно P-GW является якорным шлюзом для обеспечения трафика. Если абонент имеет статический IP-адрес, то P-GW его активизирует. В случае, если абонент должен получить на время сеанса связи динамический IP-адрес, P-GW запрашивает его с сервера DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) или сам выполняет необходимые функции DHCP, после чего обеспечивает доставку IP-адреса абоненту. В состав P-GW входит PCEF (Policy and Charging Enforcement Function), который входит обеспечивает качественные характеристики услуг на внешнем соединении через интерфейс Sgi и фильтрацию пакетов данных. При обслуживании абонента в домашней сети функции P-GW и S-GW могут выполнять как два разных, так и одно устройство. Интерфейс S5 представляет собой туннельное соединение GPRS или Proxy Mobile Ipv6. Если P-GW и S-GW находятся в разных сетях (например, при обслуживании абонента в роуминге), то интерфейс S5 заменяют интерфейсом S8.

Функции MME ( Mobility Management Entity )

Управляющий блок ММЕ прежде всего поддерживает выполнение процедур протокола Mobility Management: обеспечение безопасности работы в сети при подключении UE и выбор S-GW, P-GW. ММЕ связан с HSS своей сети посредством интерфейса S6a. Интерфейс S10, соединяющий различные ММЕ, позволяет обслуживать UE при перемещениях абонента, а также при его нахождении в роуминге.

Функции PCRF

Policy and Charging Resource Function (PCRF) по сути представляет собой управляющий сервер, обеспечивающий централизованное управление ресурсами сети, учет и тарификацию предоставляемых услуг. Как только появляется запрос на новое активное соединение, эта информация поступает на PCRF. Он оценивает имеющиеся в его распоряжении ресурсы сети и направляет в PCEF шлюза P-GW команды, устанавливающие требования к качеству услуг и к их тарификации.

Подробнее о технических аспектах функционирования сетей мобильной связи, тарификации, качестве обслуживания и многом другом читайте в книге «Мобильная связь на пути к 6G».

Читайте также:

Видео о 5G простым языком. Лекции по мобильной связи пятого поколения (5G)

Интервью первого генерального директора Северо-Западного GSM (Мегафон)

Сети LTE: структура и принцип работы

29.04.2012 | «Мобильные сети»

Сотовые сети стандарта GSM по своей структуре изначально не были предназначены для мобильного интернета. Соответственно, в наши дни операторы сотовой связи вынуждены с целью удовлетворения потребностей населения вкладывать огромные деньги в модернизацию своих сетей до 3G (UMTS), а теперь уже и до 4G (LTE). Само собой, данные капиталовложения сотовые компании щедро заимствуют из наших с вами карманов, однако их работа тоже при этом весьма не легка.

Сейчас, когда внедрение сетей третьего поколения еще до конца в России не закончено, операторы уже приступили к работе над сетями следующего поколения – 4G или LTE.

На фото первая базовая станция LTE от Yota в Сочи:

Сам термин LTE расшифровывается как Long Term Evolution и в переводе на русский означает «долгосрочная эволюция». Длительное время на роль связи 4G претендовал стандарт WiMAX, однако впоследствии был отодвинут на задний план как менее востребованный вариант быстрого беспроводного интернета.

LTE является следующим после 3G поколением мобильной связи и работает на базе IP-технологий. Основное отличие LTE от предшественников – высокая скорость передачи данных. Теоретически она составляет до 326,4 Мбит/с на прием (download) и 172,8 Мбит/с на передачу (upload) информации. При этом в международном стандарте указаны цифры в 173 и 58 Мбит/с, соответственно. Данный стандарт связи четвертого поколения разработало и утвердило Международное партнерское объединение 3GPP.

Система кодирования последнего поколения — OFDM

Давайте разберемся, в чем же состоит главная особенность стандарта LTE. Так же как и в сетях 3G главным звеном в LTE можно назвать технологию кодирования и передачи данных OFDM-MIMO.

OFDM расшифровывается как Orthogonal Frequency-division Multiplexing и по-русски означает ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием. Это цифровая схема модуляции, использующая близко расположенные друг от друга ортогональные поднесущие в большом количестве. Все поднесущие моделируются по стандартной схеме модуляции, такой как квадратурная амплитудная модуляция на небольшой символьной скорости с соблюдением общей скорости передачи данных, как и в простых схемах модуляции одной несущей в этой же самой полосе пропускания. В действительности сигналы OFDM генерируются благодаря применению «Быстрого преобразования Фурье».

Читать еще:  3g антенна своими руками чертежи

Данная технология описывает направление сигнала от базовой станции (БС) к вашему мобильному телефону. Что же касается обратного пути сигнала, т.е. уже от телефонного аппарата к базовой станции, техническим разработчикам пришлось отказаться от системы OFDM и воспользоваться другой технологией под названием SC-FDMA. В расшифровке она читается как Single-carrier FDMA и в переводе означает мультиплексирование на одной несущей. Смысл ее в том, что при сложении большого количества ортогональных поднесущих образуется сигнал с большим пик-фактором (отношением амплитуды сигнала к своему среднеквадратичному значению). Для того чтобы такой сигнал мог передаваться без помех необходим высококлассный и довольно дорогой высоколинейный передатчик.

Именно это устройство создало некоторые сложности с получением лицензии на территории России под сети LTE. И, тем не менее, как обычно бывает в нашей стране, несмотря на искусственно созданные сложности, Минкомсвязи России признал перспективным направлением развития сотовых сетей именно стандарт LTE. Однако при проведении тендера на распределение часто 2,3 – 2,4 ГГц в 40 регионах Российской Федерации методом радиодоступа была указана лишь технология OFDMA, что исключает, непосредственно, LTE, т.к. в последнем случае кроме OFDMA необходимо еще и SC-FDMA. Из этого в очередной раз следует полная некомпетентность российских чиновников в тех вопросах, которыми они занимаются.

MIMO Multiple Input Multiple Output – представляет собой технологию передачи данных с помощью N-антенн и приема информации M-антеннами. При этом принимающие и передающие сигнал антенны разнесены между собой на такое расстояние, чтобы получить слабую степень корреляции между соседними антеннами.

Положение LTE в эфире

На данный момент под сети 4G уже зарезервированы диапазоны частот. Наиболее приоритетными принято считать частоты в районе 2,3 ГГц. Здесь главным примером является Китай со своим сотовым оператором China Mobile, уже выделившим нужный частотный диапазон и проводящий тестовое вещание. С учетом огромного объема местного потребления сотовой связи использование данной частоты обречено на успех и преобладание в Китае.

Другой перспективный диапазон частот – 2,5 ГГц применяется в США, Европе, Японии и Индии. Имеется еще частотная полоса в районе 2,1 ГГц, но она сравнительно небольшая – доступны лишь 15 МГц в диапазоне 2,1 ГГц, а большинство европейских мобильных операторов ограничивают в этом диапазоне полосы до 5 МГц. В будущем, скорее всего, наиболее используемым будет частотный диапазон 3,5 ГГц. Это связано с тем, что на данных частотах в большинстве стран уже используются сети беспроводного широкополосного доступа в интернет и благодаря переходу в LTE операторы получат возможность вновь применять свои частоты без необходимости приобретения новых дорогих лицензий. В случае необходимости под сети LTE могут быть выделены и другие диапазоны частот.

В отношении используемых полос частот и методов распределения в LTE все довольно непонятно и противоречиво, т.к. сам стандарт достаточно гибкий. В разных структурах сети четвертого поколения могут базироваться на полосах частот в диапазоне от 1,4 до 20 МГц, в отличие от фиксированных 5 МГц в 3G (UMTS). Также имеется возможность применения как временного разделения сигналов TDD (Time Division Duplex — дуплексный канал с временным разделением), так и частотного — FDD (Frequency Division Duplex — дуплексный канал с частотным разделением). Например, сеть LTE, строящаяся в Китае, стандарта TD-LTE.

Зона обслуживания базовой станции сети LTE может быть разной. Обычно она составляет около 5 км, но в ряде случаев она может быть увеличена до 30 и даже 100 км, в случае высокого расположения антенн (секторов) базовой станции.

Другое позитивное отличие LTE – большой выбор терминалов. Помимо сотовых телефонов, в сетях LTE будут использоваться многие другие устройства, такие как ноутбуки, планшетные компьютеры, игровые устройства и видеокамеры, снабженные встроенным модулем поддержки сетей LTE. А так как технология LTE обладает поддержкой хендовера и роуминга с сотовыми сетями предыдущих поколений, все данные устройства смогут работать и в сетях 2G/3G.

Структура сетей четвертого поколения

Схема сетей 4G (LTE) выглядит следующим образом:

Как видно из данной схемы, сети LTE включают в себя модули сетей 2,75G (EDGE) и 3G (UMTS). Из-за данной особенности строительство сетей четвертого поколения будет достаточно специфичным и походит скорее на следующую ступень развития сегодняшних технологий, нежели на что-то принципиально новое.

К примеру, в соответствии с такой структурой, звонок или интернет-сессия в зоне действия сети LTE может быть без разрыва соединения передана в сеть 3G (UMTS) или 2G (GSM). Кроме того, сети LTE довольно легко интегрируются с сетями WI-FI (обозначение WLAN Access NW на вышеприведенной схеме) и Интернет.

Остановимся на подсистеме радиодоступа более подробно. По своей структуре сеть радиодоступа RAN — Radio Access Network – выглядит аналогично сети UTRAN UMTS, или eUTRAN, но имеет одно дополнение: приемо-передающие антенны базовых станций взаимосвязаны по определенному протоколу X2, который объединяет их в сотовую сеть — Mesh Network – и дает возможность базовым станциям обмениваться данными между собой напрямую, не задействуя для этого контроллер RNC — Radio Network Controller.

К тому же взаимосвязь базовых станций с системой управления мобильными устройствами MME — Mobility Management Entity — и сервисными шлюзами S-GW — Serving Gateway – осуществляется путем «многих со многими», что позволяет получить большую скорость связи с небольшими задержками.

Технология LTE против WiMAX

Наверняка многим из вас стало интересно, почему будущее именно за LTE? Ведь буквально год-два назад все считали стандартом 4G технологию WiMAX, хорошо известную такими провайдерами широкополосного беспроводного интернета, как Yota и Комстар.

В действительности стандарты LTE и WiMAX достаточно близки между собой. Они оба используют технологию кодирования OFDM и систему передачи данных MIMO. И в том, и в другом стандарте применяются FDD и TDD-дуплекирование при пропускной способности канала до 20 МГц. И обе из систем связи используют в роли своего протокола IP. Соответственно, обе технологии в реальности одинаково хорошо применяют свой частотный диапазон и обеспечивают сравнимую скорость передачи данных интернет-доступа. Но, конечно, есть у них и кое-какие отличия.

Одним из таких отличий является гораздо более простая инфраструктура сети WiMAX, а, следовательно, и более надежная технически. Данная простота стандарта обеспечивается его предназначением исключительно для передачи данных. С другой стороны, «сложности» LTE нужны для обеспечения ее совместимости со стандартами предыдущих поколений – GSM и 3G. И данная совместимость нам с вами, безусловно, потребуется.

Существуют и другие детали в различии между LTE и WiMAX. Например, диспетчеризация радиочастотных ресурсов. В WiMAX она производится по технологии Frequency Diversity Scheduling, согласно которой поднесущие, предоставляемые абоненту, распределяются по всему спектру канала. Это необходимо для рандомизации и усреднения влияния частотно-селективных замираний на широкополосный канал.

В сетях LTE применена другая технология устранения частотно-селективных замираний. Она называется частотно-селективной диспетчеризацией ресурсов — Frequency Selective Scheduling. При этом для каждой абонентской станции и каждого частотного блока несущей создаются индикаторы качества канала CQI — Channel Quality Indicator.

Еще одним очень важным моментом, связанным с планированием сетей связи массового использования – коэффициент переиспользования частот. Его роль – показывать эффективность использования доступной полосы радиочастот для каждой базовой станции в отдельности.

Базовая структура переиспользования частотного диапазона WiMAX состоит из 3-х частотных каналов. При использовании трехсекторной конфигурации сайтов (базовых станций определенного частотного диапазона), в каждом из секторов реализован один из 3-х частотных каналов. При этом коэффициент переиспользования частот равняется 3-м. Иными словами, в каждой из точек пространства имеется лишь треть радиочастотного диапазона.

Работа сотовой сети LTE (4G) производится с коэффициентом переиспользования частот равном 1. То есть, получается, что все базовые станции LTE работают на одной несущей. Внутрисистемные помехи в подобной системе сводятся к минимуму благодаря частотно-селективной диспетчеризации, гибкому частотному плану и координации помех между отдельными сотами. Абонентам в центре каждой соты могут даваться ресурсы из всей полосы свободного канала, а пользователям на краях сот предоставляются частоты только из определенных поддиапазонов.

Перечисленные выше особенности сетей LTE и WiMAX оказывают большое влияние на одну из их главных характеристик – степень радиопокрытия. Отталкиваясь от данного параметра определяется необходимое количество базовых станций для качественного покрытия конкретной территории. Соответственно, он напрямую влияет и на конечную стоимость строительства сетей LTE.

Согласно расчетом, сеть LTE способна обеспечить лучшую зону покрытия при одинаковом числе базовых станций, что является несомненным плюсом для всех операторов сотовой связи.

Типы и форматы сетей связи 2G 3G 4G 5G, описание и отличия

В настоящее время глобальный тип сети по своему формату и видам включает в себя GSM, CDMA, 3G, 4G, 5G. С момента появления мобильного телефона тип сети прошел через аналоговые сотовые сети первого поколения (1G), GSM второго поколения, цифровые мобильные телефоны TDMA (2G), технологию CDMA мобильной связи 2,5 поколения и мобильную связь третьего поколения. технология 3G. 4G широко используется, 5G уже в пути и используется в моделях новых смартфонов и телефонов выпущенных в 2019 году.

Читать еще:  Как усилить 3g своими руками

.

GSM означает Глобальная система мобильной связи. Это стандарт, разработанный Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI) для описания протоколов цифровых сотовых сетей второго поколения (2G), используемых мобильными телефонами , впервые развернутых в Финляндии в июле 1991 года. разработан на основе сотовой системы и имеет несколько полос частот, в том числе GSM900MHz, GSM1800MHz, GSM1900MHz и т. д.

По состоянию на 2014 год он стал де-факто глобальным стандартом мобильной связи и широко используется более чем в 200 странах и территориях и более 1 миллиарда человек во всем мире.

3G – это сокращение от 3GPP, его полное название – партнерский проект 3-го поколения, поэтому его также называют третьим поколением. 3G относится к набору стандартов, используемых для мобильных устройств и услуг мобильной связи, и сетей, которые соответствуют спецификациям Международной подвижной электросвязи-2000 (IMT-2000).Третье поколение, как следует из названия, следует за двумя более ранними поколениями.

Международный союз электросвязи (МСЭ) определил три основных стандарта беспроводного интерфейса для 3G: W-CDMA, CDMA2000 и TDS-CDMA.

Короче говоря, 3G определяется слабо, но обычно включает в себя высокие скорости передачи данных, постоянный доступ к данным и большую пропускную способность голоса. Высокая скорость передачи данных, пожалуй, самая заметная особенность и, безусловно, самая раскрученная. Они обеспечивают такие расширенные функции, как потоковое видео в реальном времени.

Множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA) – это цифровая технология передачи данных. Это новая и зрелая технология беспроводной связи, разработанная на основе технологии с расширенным спектром.

CDMA используется в качестве метода доступа во многих стандартах на мобильные телефоны.IS-95, также называемый «cdmaOne», и его развитие 3GMA CDMA2000 часто просто называют «CDMA», но UMTS, стандарт 3G, используемый операторами GSM, также использует «широкополосный CDMA», или W-CDMA, в качестве а также TD-CDMA и TD-SCDMA, как его радиотехнологии.

WCDMA

WCDMA, то есть широкополосный множественный доступ с кодовым разделением, является стандартом радиоинтерфейса, который используется в сетях мобильной связи 3G. Он поддерживает обычные сотовые голосовые, текстовые и MMS-сервисы, но также может передавать данные на высоких скоростях, что позволяет операторам мобильной связи предоставлять приложения с более высокой пропускной способностью, включая музыку по запросу, потоковое телевидение и видео и широкополосный доступ в Интернет. ,

Он позволяет использовать как голос, так и данные и обеспечивает скорость передачи данных до 384 Кбит / с. Полосы частот для WCDMA следующие: Европа и Азия – 2100 МГц, Северная Америка – 1900 МГц и 850 МГц.

WCDMA также называется UMTS, и эти два термина стали взаимозаменяемыми.

Некоторые части WCDMA основаны на технологии GSM, и сети предназначены для интеграции сетей GSM на некоторых уровнях.

TD-SCDMA

TD-SCDMA, сокращение от множественного доступа с синхронным кодовым разделением по времени, представляет собой формат 3G, выбранный для национального стандарта мобильной связи 3G в Китае, в качестве альтернативы W-CDMA.

TD-SCDMA использует метод доступа к каналу TDMA в сочетании с адаптивным синхронным компонентом CDMA на частотных срезах 1,6 МГц, что позволяет развертывание в еще более узких полосах частот, чем TD-CDMA. Он стандартизирован 3GPP и также называется «UTRA-TDD LCR».

Сеть TD-SCDMA несовместима с сетями W-CDMA / UMTS-FDD и TD-CDMA / UMTS-TDD (HCR).

4G – это краткое название беспроводной связи четвертого поколения, стадии широкополосной мобильной связи, которая заменит третье поколение (3G).

Согласно МСЭ, для сети 4G мобильное устройство должно обмениваться данными со скоростью 100 Мбит / с. Сеть 3G, с другой стороны, может обеспечивать скорость передачи данных до 3,84 Мбит / с.

Стандарт долгосрочного развития (LTE) (система-кандидат 4G) – это еще одно название для 4G. Системы LTE доступны в двух форматах: FDD-LTE и TDD-LTE, то есть дуплексная LTE-система с частотным разделением и дуплексная LTE-система с временным разделением.

С точки зрения скорости, пропускная способность сети нисходящей линии связи и восходящей линии связи TD-LTE составляет 100 Мбит / с и 50 Мбит / с соответственно, тогда как пропускная способность сети нисходящей линии связи и восходящей линии связи FDD-LTE составляет 150 Мбит / с и 40 Мбит / с соответственно. Два стандарта имеют небольшую разницу в скорости.

5G – это технология беспроводной широкополосной связи пятого поколения, основанная на стандарте IEEE 802.11ac.

5G обеспечит лучшую скорость и покрытие, чем текущий 4G. 5G работает с сигналом 5 ГГц и имеет скорость до 1 Гбит / с для десятков соединений или десятки Мбит / с для десятков тысяч соединений.

Технология сигналов 5G также была улучшена для большего охвата, а также спектральной и сигнальной эффективности. Эти улучшения позволяют в дальнейшем вносить изменения, такие как распространенные вычисления и Интернет вещей (IoT).

Хотя запуск 5G запланирован до 2020 года, некоторые производители уже включают элементы спецификаций нового стандарта в свои продукты.

По данным Международного союза электросвязи (МСЭ), сеть 5G может обеспечить скорость 20 Гбит / с, задержка всего в 1 миллисекунду и 1 миллион соединений на квадратный километр со стабильностью 99,999%. Так что же это значит для нашего повседневного использования в Интернете?

Короче говоря, сеть 5G имеет три основные характеристики:

● Улучшенная мобильная широкополосная связь (eMBB )

● Массивная связь типа машины ( mMTC )

● И сверхнадежная связь с низкой задержкой ( URLLC )

Влияние eMBB

eMBB относится к дальнейшему улучшению производительности взаимодействия с пользователем на основе существующих сценариев услуг мобильной широкополосной связи.Одним из самых сильных аспектов видения будущего 5G является пользовательский опыт скорости сети. Скорость сети 5G выше ожидаемой примерно в 10 раз по сравнению с 4G. В настоящее время сеть 4G является быстрой, но как только вы почувствуете скорость 5G, вы не сможете вернуться назад – скорость для сети 5G составляет 10 Гбит / с (согласно определению METIS).

Пиковая скорость 5G

Как правило, есть два способа увеличить скорость передачи при беспроводной передаче.Одним из них является повышение эффективности использования спектра. Другой заключается в увеличении ширины полосы спектра. 5G Интернет использует второй метод для увеличения скорости передачи. Возьмем 28GHz группу для примера, его доступная полоса пропускания спектра 1 ГГц, в то время как доступная полоса пропускания сигнала каждого канала в 60GHz полосы 2 ГГц.

Какие приложения будут поддерживать такие высокие показатели? Благодаря этой технологии загрузка высококачественного HD-фильма займет всего 10 секунд. Более того, воспроизведение в реальном времени 3D, 4K или 8K видео, комбинация игр ARA и VR, высокоскоростная загрузка и выгрузка могут легко осуществиться.

Влияние mMTC

MMTC относится к массовым коммуникациям машинного типа, которые в основном отражают потребности связи между вещами. В последние годы Интернет вещей был горячей темой , но из-за энергопотребления терминала и покрытия беспроводной сети широкие приложения для Интернета вещей все еще находятся в зачаточном состоянии.

5G поддерживает интернет вещей совершенно новыми способами. Основной проблемой технологии Интернета вещей является энергопотребление: в Интернете вещей слишком много узлов и ограничений . Чтобы решить эту проблему, сеть 5G ограничит скорость терминала, уменьшит полосу пропускания, уменьшит мощность передачи терминала, уменьшит сложность антенны, оптимизирует технологию физического уровня и уменьшит энергопотребление терминала в полудуплексном режиме.

Интернет вещей – это одна из основных областей, которые будут сильно выигрывать от внедрения сети 5G. Благодаря взаимосвязи всего, у людей появятся новые и лучшие способы доступа к службам экстренной помощи, пребывания в сети, общения с семьей и многого другого. И по мере того, как скорость нашего интернета будет расти, наши города станут умнее.

Влияние URLLC

Появление сети LTE привело к тому, что задержка мобильных сетей достигла порогового значения в 100 мс, и дает возможность наслаждаться играми, видео и телефонами с данными, которые требуют высокой производительности в реальном времени. Но применение интернета 5G выходит далеко за рамки удобства личного использования: автомобили без водителя, телемедицинская хирургия и промышленная автоматизация – это всего лишь несколько областей, которые выиграют от скорости сети 5G.

Интернет 5G откроет новый слух для промышленного производства и существенно повлияет на наш образ жизни. По данным Международного союза электросвязи, первая коммерческая сеть 5G, как ожидается, будет запущена в сети в 2020 году. В течение следующих пяти лет около 1 миллиарда человек во всем мире будут использовать технологию нового поколения 5G.Ожидается, что технология 5G увеличит объем производства и увеличит как прямые, так и косвенные возможности трудоустройства.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector