Стандарты сотовых сетей

Сети И Стандарты Мобильной Связи На Территории Российской Федерации

Если говорить о поколениях мобильной связи, то в России наиболее развито и широко представлено 2G. Основные стандарты второго поколения в РФ – GSM 900/1800 и CDMA 450. Как GSM, так и CDMA используются для голосовых звонков, текстовых сообщений и мобильного доступа в интернет. Хотя второе поколение и не может обеспечить таких же скоростей, как скажем, 3G, или 4G, но это единственный вид сотовой связи который присутствует во всех регионах Российской Федерации, даже в наиболее удаленных. Крупнейшими мобильными провайдерами на территории РФ являются МегаФон, МТС, Beeline, ВымпелКом и Теле2. В среднем покрытие территории РФ составляет 85%, однако МТС, к примеру, обеспечивает покрытие на 100% России.

(Кликните по изображению, чтобы увидеть его в полном размере)

Стандарт GSM в России использует частоты в 900 и 1800 МГц. Поскольку все мобильные телефоны являются дуплексными устройствами, для связи используются сразу две частоты, одна для приема, вторая для передачи данных. К слову, при определении положения мобильного устройства методом триангуляции по вышкам сотовой связи используются именно эти две частоты. CDMA использует две частоты в диапазонах 450 и 850 МГц, с таким же дуплексным распределением. Крупнейшим CDMA провайдером является СКАЙЛИНК. Как мы уже отмечали, эти стандарты используются в основном для голосовых звонков, текстовых сообщений и мобильного доступа в интернет. Доступ в интернет реализован на технологиях GPRS и EDGE.

Третье поколение мобильной связи или 3G, которое широко используется по всему миру также представлено и в России. Крупнейшие сети 3G в стране работают на технологии WCDMA и согласно решению ГКРЧ работают на частотах 2000-2100 МГц. Под 3G следует понимать 3G со всеми надстройками: HSUPA, HSPDA HSPA+, которые часто ошибочно имеют как 3,5G. Скорости передачи данных в таких сетях несравненно выше чем в сети GSM, и варьируется в диапазоне 2-14 Мбит/сек. Это поколение мобильной связи позволяет нам пользоваться быстрым мобильным интернетом и совершать видео звонки.

Крупнейшими операторами рынка услуг 3G в России являются МТС, МегаФон, ВымпелКом, Beeline и СКАЙЛИНК. Вместе эти компании обеспечивают работу сети 3G в более чем 120 крупнейших городах Российской Федерации. Покрытие сетей третьего поколения не так велико и сосредоточено, в основном, в густо населенных городах. 3G часто используют для организации скрытого беспроводного видео наблюдения, так как скорость передачи позволяет передавать потоковое видео, а низкое энергопотребление увеличивает время работы скрытой камеры. Это отчасти объясняет популярность подавителей 3G.

Сети четвертого поколения также активно развиваются. Первыми компаниями, которые начали строительство такой сети являются Yota и Freshtel, после них в развитие этого поколения связи на территории РФ включились такие гиганты как МТС и МегаФон. Также в России былы недавно организованны производственные мощности, которые разрабатывают и собирают оборудование для базовых станций четвертого поколения, а также производят все необходимое для этого периферийное оборудование. Первым городом, где была запущена сеть 4G был Новосибирск, а после четвертое поколение мобильной связи появилось и в Москве. 4G представлена двумя стандартами — LTE (791-862 МГц) и Wi-Max (2500-2600 МГц). На сегодня сеть 4G полностью развернута в таких городах как: Москва, Санкт-Петербург, Сочи, Самара, Новосибирск, Уфа и Краснодар.

Выше были приведены наиболее распространенные стандарты сотовой связи, однако стоит отметить, что РФ также создала свою систему глобального позиционирования, под названием ГЛОНАСС. Она была создана в замену американской спутниковой системе навигации GPS. ГЛОНАСС сильно отличается от GPS. Американская система работает на трех каналах и использует 3 разных частоты:1575.42, 1227.60 и 1176.45 МГц, и делится на гражданский и военный сектора, а частота 1575.42 МГц отведена для работы службы спасения. ГЛОНАСС, в свою очередь работает с двумя каналами, их частоты: 1602-1615 и 1246-1256 МГц. ГЛОНАСС наиболее популярен в приполярных районах, так как орбиты спутников ГЛОНАСС выше чем орбиты GPS и имеют лучшую видимость. Однако стоит отметить, что GPS определяет координаты точнее.

В целом можно сказать, что Россия имеет неплохое покрытие различными стандартами и поколениями сотовой связи, а высокие темпы развития сетей 4G не могут не радовать активных пользователей мобильных гаджетов.

Что такое 1G, 2G, 3G, 4G и все что между ними

Трудно в это поверить, но когда-то мобильные телефоны действительно называли «телефонами», не смартфонами, не суперфонами… Они входят в ваш карман и могут делать звонки. Вот и все. Никаких социальных сетей, обмена сообщениями, загрузки фотографий. Они не могут загрузить 5-Мегапиксельную фотографию на Flickr и, конечно же, не могут превратиться в беспроводную точку доступа.

Конечно, те мрачные дни уже далеко позади, но по всему миру продолжают появляться перспективные беспроводные высокоскоростные сети передачи данных нового поколения, и многие вещи начинают казаться запутанными. Что же такое «4G»? Это выше, чем 3G, но означает ли, что лучше? Почему все четыре национальных оператора США неожиданно называют свои сети 4G? Ответы на эти вопросы требуют небольшой экскурсии в историю развития беспроводных технологий.

Для начала, «G» означает «поколение», поэтому когда вы слышите, что кого-то относят к «сети 4G», это означает, что они говорят о беспроводной сети, построенной на основе технологии четвертого поколения. Применение определения «поколения» в данном контексте приводит ко всей той путанице, в которой мы попробуем разобраться.

История начинается с появления в 1980-х годах нескольких новаторских сетевых технологий: AMPS в США и сочетание TACS и NMT в Европе. Хотя несколько поколений услуг мобильной связи существовали и раньше, тройка AMPS, TACS и NMT считается первым поколением (1G), потому что именно эти технологии позволили мобильным телефонам стать массовым продуктом.

Во времена 1G никто не думал об услугах передачи данных — это были чисто аналоговые системы, задуманные и разработанные исключительно для осуществления голосовых вызовов и некоторых других скромных возможностей. Модемы существовали, однако из-за того, что беспроводная связь более подвержена шумам и искажениям, чем обычная проводная, скорость передачи данных была невероятно низкой. К тому же, стоимость минуты разговора в 80-х была такой высокой, что мобильный телефон мог считаться роскошью.

Отдельно хочется упомянуть первую в мире автоматическую систему мобильной связи «Алтай», которая была запущена в Москве в 1963 году. «Алтай» должен был стать полноценным телефоном, устанавливаемым в автомобиле. По нему просто можно было говорить, как по обычному телефону (т.е. звук проходил в обе стороны одновременно, т.н. дуплексный режим). Чтобы позвонить на другой «Алтай» или на обычный телефон, достаточно было просто набрать номер — как на настольном телефонном аппарате, без всяких переключений каналов или разговоров с диспетчером. Аналогичная система в США, IMTS (Improved Mobile Telephone Service), была запущена в опытной зоне на год позже. А коммерческий ее запуск состоялся лишь в 1969 году. Между тем в СССР к 1970 году «Алтай» был установлен и успешно работал уже примерно в 30 городах. Кстати, в Воронеже и Новосибирске система действует до сих пор.

В начале 90-х годов наблюдается подъем первых цифровых сотовых сетей, которые имели ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми системами. Улучшенное качество звука, бОльшая защищенность, повышенная производительность — вот основные преимущества. GSM начал свое развитие в Европе, в то время как D-AMPS и ранняя версия CDMA компании Qualcomm стартовали в США.

Эти зарождающиеся 2G стандарты пока не имеют поддержки собственных, тесно интегрированных, услуг передачи данных. Многие из таких сетей поддерживают передачу коротких текстовых сообщений (SMS), а также технологию CSD, которая позволила передавать данные на станцию в цифровом виде. Это фактически означало, что вы могли передавать данные быстрее — до 14,4 кБит/с, что было сравнимо со скоростью стационарных модемов в середине 90-х.

Для того, чтобы инициировать передачу данных с помощью технологии CSD, необходимо было совершить специальный «вызов». Это было похоже на телефонный модем — вы или были подключены к сети, или нет. В условиях того, что тарифные планы в то время измерялись в десятках минут, а CSD была сродни обыкновенному звонку, практической пользы от технологии почти не было.

Появление сервиса «General Packet Radio Service» (GPRS) в 1997 году стало переломным моментом в истории сотовой связи, потому что он предложил для существующих GSM сетей технологию непрерывной передачи данных. С использованием новой технологии, вы можете использовать передачу данных только тогда, когда это необходимо — нет больше глупой CSD, похожей на телефонный модем. К тому же, GPRS может работать с большей, чем CSD, скоростью — теоретически до 100 кБит/с, а операторы получили возможность тарифицировать трафик, а не время на линии.

GPRS появился в очень подходящий момент — когда люди начали непрерывно проверять свои электронные почтовые ящики.

Это нововведение не позволило добавить единицу к поколению мобильной связи. В то время, как технология GPRS уже была на рынке, Международный Союз Электросвязи (ITU) составил новый стандарт — IMT-2000 — утверждающий спецификации «настоящего» 3G. Ключевым моментом было обеспечение скорости передачи данных 2 МБит/с для стационарных терминалов и 384 кБит/с для мобильных, что было не под силу GPRS.

Таким образом, GPRS застрял между поколениями 2G, которое он превосходил, и 3G, до которого не дотягивал. Это стало началом раскола поколений.

3G, 3.5G, 3.75G… и 2.75G тоже

В дополнение к вышеупомянутым требованиям к скорости передачи данных, спецификации 3G призывали обеспечить легкую миграцию с сетей второго поколения. Для этого, стандарт, называемый UMTS стал топовым выбором для операторов GSM, а стандарт CDMA2000 обеспечивал обратную совместимость. После прецедента с GPRS, стандарт CDMA2000 предлагает собственную технологию непрерывной передачи данных, называемую 1xRTT. Смущает то, что, хотя официально CDMA2000 является стандартом 3G, он обеспечивает скорость передачи данных лишь немногим больше, чем GPRS — около 100 кБит/с.

Стандарт EDGE — Enhanced Data-rates for GSM Evolution — был задуман как легкий способ операторов сетей GSM выжать дополнительные соки из 2.5G установок, не вкладывая серьезные деньги в обновление оборудования. С помощью телефона, поддерживающего EDGE, вы могли бы получить скорость, в два раза превышающую GPRS, что вполне неплохо для того времени. Многие европейские операторы не стали возиться с EDGE и были приверженцами внедрения UMTS.

Итак, куда же отнести EDGE? Это не так быстро, как UMTS или EV-DO, так что вы можете сказать, что это не 3G. Но это явно быстрее, чем GPRS, что означает, что она должна быть лучше, чем 2.5G, не так ли? Действительно, многие люди назвали бы EDGE технологией 2.75G.

Спустя десятилетие, сети CDMA2000 получили обновление до EV-DO Revision A, которая предлагает немного более высокую входящую скорость и намного выше исходящую скорость. В оригинальной спецификации, которая называется EV-DO Revision 0, исходящая скорость ограничена на уровне 150 кБит/с, новая версия позволяет делать это в десять раз быстрее. Таким образом, мы получили 3.5G! То же самое для UMTS: технологии HSDPA и HSUPA позволили добавить скорость для входящего и исходящего траффика.

Дальнейшие усовершенствования UMTS будут использовать HSPA+, dual-carrier HSPA+, и HSPA+ Evolution, которые теоретически обеспечат пропускную способность от 14 МБит/с до ошеломительных 600 МБит/с. Итак, можно ли сказать что мы попали в новое поколение, или это можно назвать 3.75G по аналогии с EDGE и 2.75G?

4G — кругом обман

Подобно тому, как было со стандартом 3G, ITU взяла под свой контроль 4G, привязав его к спецификации, известной как IMT-Advanced. Документ призывает к скорости входящих данных в 1 ГБит/с для стационарных терминалов и 100 МБит/с для мобильных. Это в 500 и 250 раз быстрее по сравнению с IMT-2000. Это действительно огромные скорости, которые могут обогнать рядовой DSL-модем или даже прямое подключение к широкополосному каналу.

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

К сожалению, эти спецификации являются настолько агрессивными, что ни один коммерческий стандарт в мире не соответствует им. Исторически сложилось, что технологии WiMAX и Long-Term Evolution (LTE), которые призваны добиться такого же успеха как CDMA2000 и GSM, считаются технологиями четвертого поколения, но это верно лишь отчасти: они оба используют новые, чрезвычайно эффективные схемы мультиплексирования (OFDMA, в отличие от старых CDMA или TDMA которые мы использовали на протяжении последних двадцати лет) и в них обоих отсутствует канал для передачи голоса. 100 процентов их пропускной способности используется для услуг передачи данных. Это означает, что передача голоса будет рассматриваться как VoIP. Учитывая то, как сильно современное мобильное общество ориентировано на передачу данных, можно считать это хорошим решением.

Где WiMAX и LTE терпят неудачу, так это в скорости передачи данных, у них эти значения теоретически находятся на уровне 40 МБит/с и 100 МБит/с, а на практике реальные скорости коммерческих сетей не превышают 4 МБит/с и 30 МБит/с соответственно, что само по себе очень неплохо, однако не удовлетворяет высоким целям IMT-Advanced. Обновление этих стандартов — WiMAX 2 и LTE-Advanced обещают сделать эту работу, однако она до сих пор не завершена и реальных сетей, которые их используют, по-прежнему не существует.

Тем не менее, можно утверждать, что оригинальные стандарты WiMAX и LTE достаточно отличаются от классических стандартов 3G, чтобы можно было говорить о смене поколений. И действительно, большинство операторов по всему миру, которые развернули подобные сети, называют их 4G. Очевидно, это используется в качестве маркетинга, и организация ITU не имеет полномочий противодействовать. Обе технологии (LTE в частности) скоро будут развернуты у многих операторов связи по всему миру в течение нескольких следующих лет, и использование названия «4G» будет только расти.

И это еще не конец истории. Американский оператор T-Mobile, который не объявлял о своем намерении модернизировать свою HSPA сеть до LTE в ближайшее время, решил начать брендинг модернизации до HSPA+ как 4G. В принципе, этот шаг имеет смысл: 3G технология в конечном счете может достигнуть скоростей, больших, чем просто LTE, приближаясь к требованиям IMT-Advanced. Есть много рынков, где HSPA+ сеть T-Mobile быстрее, чем WiMAX от оператора Sprint. И ни Sprint, ни Verizon, ни MetroPCS — три американских оператора с живой WiMAX/LTE сетью — не предлагают услуги VoIP. Они продолжают использовать свои 3G частоты для голоса и будут делать это еще в течении некоторого времени. Кроме того, T-Mobile собирается обновиться до скорости 42 МБит/с в этом году, даже не касаясь LTE!

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

Выводы

Итак, что же это все нам дает? Похоже, операторы выиграли эту битву: ITU недавно отступил, заявив, что термин 4G «может быть применен к предшественникам этой технологии, LTE и WiMAX, а также другим эволюционировавшим 3G технологиям, обеспечивающим существенное повышение производительности и возможностей по сравнению с начальной системой третьего поколения». И в некотором смысле мы считаем, что это справедливо — никто не будет спорить, что так называемые «4G» сети сегодня напоминают сети 3G 2001 года. Мы можем передавать потоковое видео очень высокого качества, загружать большие файлы в мгновение ока и даже, в определенных условиях, использовать некоторые из этих сетей как замену DSL. Это звучит как скачок поколений!

Не известно, будут ли WiMAX 2 и LTE-Advanced называться «4G» к тому времени, когда они станут доступны, но думаю, что нет — возможности этих сетей будут сильно отличаться от сетей 4G, которые существуют сегодня. И давайте быть честными: отделы маркетинга не испытывают недостатка в названиях поколений.

Литература

UPDATE: Добавлена информация о системе мобильной связи «Алтай».

Стандарты сотовых сетей: от 1G до 5G

Сотовая связь постоянно развивается. Изначально она предоставляла лишь возможность поговорить, а сейчас мы с её помощью передаем большие объемы трафика. В этой статье мы поговорим обо всех стандартах сотовых сетей, существовавших ранее и разрабатываемых сейчас.

Сотовая совершенствуется рывками. Переход от одной технологии к другой свидетельствует о вводе нового поколения. Именно поэтому, если упрощать, стандарты называются 1G, 2G, 3G и так далее — буква «g» в данном случае происходит от слова «generation». Давайте же постараемся понять, как развивалась мобильная связь. Заодно мы выясним, почему операторы не отказываются от поддержки старых стандартов.

Первое поколение сотовой связи

Сейчас самое первое поколение сотовой связи принято называть 1G. Но в годы действия этих сетей никто о таком понятии не подозревал, тогда многие люди не думали о том, что в ближайшем будущем сотовая связь станет совсем другой. Итак, что же представляло собой первое поколение?

Фактически это была аналоговая связь. Её запуск был осуществлён компанией AT&T, а первый звонок состоялся 3 апреля 1973 года — его совершил Мартин Купер, являвшийся главой мобильного подразделения Motorola. Как и в случае со стационарной аналоговой связью, теоретически сотовый телефон можно было задействовать в качестве модема. Но решиться на это мог только какой-нибудь миллионер, ведь минута разговора в те времена стоила огромных денег.

Как и в случае с последующими поколениями, 1G — это лишь название, объединяющее под собой несколько разных стандартов. В Канаде, США, Австралии, а также Южной и Центральной Америке применялся стандарт AMPS. В странах Скандинавии и некоторых государствах получил распространение стандарт NMT и его разновидности. Ну а в Италии, Испании, Англии, Австрии, Ирландии и Японии применялось сотовое оборудование стандарта TACS. И это только три самых популярных варианта реализации сетей! Все эти стандарты были совершенно несовместимы друг с другом. Поэтому британец, приехавший в Америку, не мог разговаривать по своему собственному телефону. Друг от друга разные стандарты отличались не только диапазоном частот, но и радиусом соты, мощностью передатчика, временем переключения на границе соты и соотношением сигнала к шуму. Подробнее со всеми спецификациями вы можете ознакомиться в прилагающейся табличке.

Обычным людям сотовая связь первого поколения стала доступной далеко не сразу. Первое десятилетие некоторые компании занимались только экспериментами. Коммерческая реализация произошла только в 1984 году. Достаточно быстро стало ясно, что аналоговая сотовая связь имеет ряд недостатков. Во-первых, каждая сота имела малую ёмкость — при подключении к ней большого количества абонентов начинались серьезные проблемы. Во-вторых, качество сигнала было далеко от идеала, особенно если абонент находился не на улице, а в здании. Первыми об этих проблемах задумались европейцы. Они начали разрабатывать цифровую связь.

Второе поколение сотовой связи

В 1982 году Европейская конференция почтовых и телекоммуникационных ведомств начала разрабатывать стандарт GSM. Вскоре его начали называть 2G-связью. Изначально GSM предназначался для стран-членов Европейского института стандартов в телекоммуникации. Но позже разработкой заинтересовались Средний Восток, Африка, Азия и Восточная Европа. Коммерческий релиз сетей стандарта GSM состоялся в 1991 году. Цифровой метод передачи данных позволял абонентам обмениваться SMS-сообщениями. А чуть позже им стал доступен выход в Интернет через протокол WAP.

Этот стандарт покорил не всех. Некоторые государства пошли по своему пути. Например, в США многие 2G-сети использовали стандарт D-AMPS. Лишь спустя какое-то время американцы перешли на GSM1900. А в некоторых странах надолго завоевал популярность стандарт CDMA. Он не был совместим с GSM, поэтому под него разрабатывались отдельные мобильные телефоны.

Постепенно на прилавках магазинов стало появляться всё большее количество портативных устройств, умеющих выходить в глобальную паутину. В связи с этим сотовым операторам нужно было что-то делать, так как в 2G остро не хватало скорости передачи данных. Поэтому вскоре появилось промежуточное поколение сотовой связи, которое принято называть 2,5G. В этот стандарт внедрили поддержку технологии GPRS, а затем и EDGE. Отныне мобильным телефоном осуществлялась пакетная передача данных — абонент платил за конкретный объем трафика, а не за время соединения с сервером. Это не только сэкономило людям деньги, но и увеличило скорость передачи и приема данных. В 2G-сетях этот параметр равнялся 9,6 Кбит/с, тогда как поддержка телефоном поколения 2,5G позволяла выходить в интернет на скорости до 170 Кбит/с (GPRS) или даже 384 Кбит/с (EDGE). В некоторых странах эти две технологии называли совершенно по-разному, но суть от этого не менялась.

Выше вы видите табличку, в которой указаны конкретные отличия всех стандартов, принадлежащих к поколениям 2G и 2,5G.

Третье поколение сотовой связи

В IMT-2000 (так принято называть 3G в профессиональной среде) входят пять стандартов: CDMA2000, W-CDMA, TD-CDMA/TD-SCDMA и DECT. Последний не является стандартом сотовой связи, так как он используется в домашней и офисной беспроводной телефонии. Остальные стандарты применяются для обеспечения связью владельцев мобильных телефонов. Все они имеют похожие спецификации. Интересно, что метод работы таких сетей был изобретён в СССР ещё в 1935 году. Однако долгое время данной технологией пользовались лишь военные. В гражданский сегмент она вышла только в середине 1980-ых годов, в силу необходимости развивать мобильную связь.

От 2G третье поколение в первую очередь отличалось повысившейся скоростью передачи данных. Если абонент стоит на месте, то он может скачивать данные на скорости около 2 Мбит/с. При неспешном шаге трафик загружается со скоростью примерно 384 Кбит/с. В транспортном средстве скорость падала ещё сильнее — до 144 Кбит/с.

С появлением смартфонов стало мало и вышеуказанных скоростей. Поэтому достаточно быстро стал популярным стандарт HSPA. Он ознаменовал собой приход поколения 3,5G. Наделенные его поддержкой сотовые телефоны научились передавать данные со скоростью 14,4 Мбит/с. И это было только начало! В дальнейшем стандарт совершенствовался, в результате чего теоретически оказалась достижима скорость 84 Мбит/с. В основе HSPA заложена многокодовая передача данных при сопоставимых размерах сот.

Четвертое поколение сотовой связи

В конце 2000-ых годов на свет стали появляться «айфоны» и «андроиды». Эти смартфоны отличались от предшественников крупным ЖК-дисплеем. Теперь уже никому не хотелось просматривать скромные WAP-странички. Отныне встроенных комплектующих вполне хватало для того, чтобы браузер без каких-либо проблем отображал полноценную страницу, насколько бы тяжелой она не было. Но для её быстрой загрузки требуется высокая скорость. Обеспечить её мог только совершенно новый стандарт. Активная популяризация 4G, или IMT-Advanced, началась в марте 2008 года.

Результатом работы ученых стали два стандарта: WiMAX и LTE. Сейчас вы сами знаете о том, какой из них получил наибольшее распространение. Внедрение LTE позволило существенно увеличить емкость каждой соты, хотя ареал её действия при этом уменьшился. Теперь минимальная скорость передачи данных составляла 100 Мбит/с, чего хватает большинству среднестатистических владельцев смартфон. В дальнейшем этот параметр вырос ещё сильнее. Случилось это за счет реализации технологии LTE-Advanced. В зависимости от категории поддерживаемой аппаратом технологии, может достигаться скорость 400 Мбит/с или даже 1 Гбит/с!

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

Пятое поколение сотовой связи

Сейчас идет активная разработка 5G. Возможностей LTE в плане передачи данных вполне хватает. Поэтому при разработке нового стандарта наибольший упор делается на ёмкость сот. Ведь количество абонентов растёт всё сильнее. Больше всего 5G облегчит жизнь создателям носимых устройств и девайсов, объединяющихся в систему «Умный дом». Ожидается, что только на площади в 1 км 2 будет возможно подключение к сети одного миллиона гаджетов! По состоянию на начало 2017 года новое поколение только тестируется. Когда нас ждет полноценная его эксплуатация — не ясно.

Поддержка старых стандартов

Как известно, сотовым операторам приходится размещать на своих вышках гору оборудования. В теории можно было бы заменить 2G-передатчики на 3G-передатчики. Но сделать это — значит лишить связи владельцев мобильных телефонов, работающих только в стандарте GSM. Это привело бы к огромным убыткам, так как даже сейчас подобными аппаратами пользуется огромное число людей — все они тут же перешли бы к другому оператору. Вот и получается, что оборудование приходится дополнять, а не менять.

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

• Кнопочные телефоны до сих пор производятся, а они зачастую не поддерживают даже 3G, не говоря уже о сетях четвертого поколения;
• 2G-оборудование покрывает сетью более обширную территорию, нежели 3G- или 4G-передатчики аналогичной мощности — это позволяет избавить определенную территорию от «белых пятен».

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

3) Стандарты сотовой связи. Перспективы

На сегодняшний день разработано множество различных стандартов сотовой связи. Существенная часть из них уже и морально, и физически устарела, часть не нашла распространения, а другие, напротив, распространились по всему миру и нашли сотни миллионов пользователей. Вот список самых распространенных стандартов:

Наибольшее распространение, благодаря отличным функциональным возможностям (передача SMS, MMS, EMS, факсов, возможность доступа в интернет по GPRS, система GPS и т.д.), нашли полностью цифровые стандарты GSM и CDMA.

Краткое описание: В 1990 году Европейской Комиссией по Телекоммуникациям (CEPT) была завершена работа по созданию системы GSM (Global System for Mobile — глобальная система мобильной связи). Новая разработка оказалась столь удачной, что уже через несколько лет ее пользователями стали десятки миллионов людей по всему миру.

* Область, покрываемая одним ретранслятором, может иметь диаметр от 400 м до 50 км. Направленные антенны устанавливаются на крышах высоких зданий и специальных вышках (в России часто используют установленные еще в советские времена геодезические вышки).

* Меньшие, по сравнению с аналоговыми стандартами (NMT-450, AMPS), размеры, вес и энергопотребление телефонных аппаратов. Особенно хорошо это видно на примере наших телефончиков — ДАМПС’ового Ерикссона образца 90-х и только что выпущенной мобилки-конфетки SL55 от Siemens. Стоит ли говорить про функциональную сторону?:))

* Базовая станция постоянно анализирует уровень сигнала, принимаемого от аппарата абонента. В тех случаях, когда он выше рекомендуемого, на сотовый телефон автоматически подается команда снизить излучаемую мощность.

* Высокая абонентская емкость сети.

* Низкий уровень посторонних помех в используемом частотном диапазоне.

* Отличная защита передаваемой речи благодаря технологии EFR.

* Некоторые искажения в передаче голоса (сжимаются басовые отсчеты) — зато нет никакого шипения и треска.

* Связь на расстоянии более 35 км от базовой станции, даже при использовании специальных направленных антенн и усилителей, невозможна.

* GSM-сети распространены по всему миру и связаны в единую систему, что позволяет операторам предоставлять пользователям услугу т.н. «роуминга» (от англ. «roam» — странствовать, бродить). Теперь абонент одной из GSM-сетей может пользоваться сотовым телефоном по всему миру, переходя из одной сети в другую и не расставаясь со своим абонентским номером.

* Максимальная излучаемая мощность мобильных телефонов стандарта GSM-1800 – 1 В, что в 2 раза меньше аналогичного показателя в GSM-900.

* Большее время непрерывной работы без подзарядки аккумулятора и снижение неблагоприятного воздействия на потребителя.

* Возможность использования телефонных аппаратов, работающих в стандартах GSM-900 или GSM-1800.

Тип стандарта: цифровой

Полоса частот: 1,23 МГц

Статус: Активно эксплуатируется

Краткое описание: Технология CDMA (система множественного доступа с кодовым разделением) изначально разработана для военных целей США, но, благодаря отличным показателям, нашла после модернизации широкое применение и в гражданской связи.

* Сигнал каждого абонента модулируется псевдослучайным, уникальным кодом (шумоподобным сигналом, отправляемым клиенту в начале разговора). Несущая частота сигнала меняется, согласно этому случайному правилу, в результате чего узкополосный информационный сигнал каждого пользователям расширяется во всю ширину частотного спектра (1,23 МГц в случае CDMA). В приемнике сигнал демодулируется с помощью идентичного кода, в результате чего восстанавливается изначальный сигнал. Но в то же время сигналы остальных пользователей для данного приемника продолжают оставаться расширенными и воспринимаются им лишь как шум, незначительно мешающий нормальной работе приемника.

* Отличные показатели шумоустойчивости, как следствие — снижение стоимости развертывания CDMA-сетей.

* Высокое качество передачи речи при низких показателях излучаемой мощности.

* Большая, по сравнению с GSM, емкость сети.

* Высокое качество связи в зданиях.

Тип стандарта: аналоговый

Частотный диапазон: 453-468 МГц

Статус: устарел и морально, и физически

Краткое описание: NMT-450 (Nordic Mobile Telephone) разработан скандинавскими учеными. Первые сотовые сети в России строились именно на базе этого стандарта — федеральная сеть «СОТЕЛ» работала именно на NMT.

* Большая площадь покрытия одним ретранслятором, а значит, меньшие затраты на организацию сети.

* Малое затухание сигнала на открытом пространстве, что для России с ее плотностью заселения — огромный плюс.

* Сигнал ретранслятора может добивать на 100 километров!

* Благодаря тому, что стандарт — аналоговый, обеспечивается более высокое качество передачи речи — отсутствует грубая дискретизация голосовых отсчетов.

* Плохая помехоустойчивость из-за используемых частот. Уровень индустриальных помех в этом диапазоне значительно выше, чем, скажем, на 800, 900 и 1800 МГц.

* Отсутствие секретности разговоров — их можно слушать УКВ-приемником.

* Низкая емкость сетей, что не позволяет массово использовать стандарт в крупных городах.

* Список дополнительных услуг издевательски пуст.

* NMT-трубки весят в несколько раз больше своих цифровых собратьев и крайне расточительны в плане электроэнергии и здоровья владельца.

Тип стандарта: аналоговый

Частотный диапазон: 825-890 МГц

Статус: устарел и морально, и физически

Краткое описание: В конце восьмидесятых американские специалисты разработали специально для своей страны стандарт AMPS (Advanced Mobile Phone Service — усовершенствованная мобильная телефонная система). Завоевав популярность в других странах, в 1993 стандарт пришел в Россию. Такие сети по сей день эксплуатируются в 55 регионах, часть из них работает в аналоговом стандарте AMPS, часть — в усовершенствованном цифровом D-AMPS.

* Более высокая, чем у NMT-450, емкость сетей.

* Низкий уровень индустриальных и атмосферных помех благодаря используемому частотному диапазону.

* Более надежная, чем у NMT-450, связь в помещениях.

* Меньшая зона устойчивой связи для одной базовой станции, что вынуждает операторов ставить их ближе друг к другу — большие затраты.

* Почти не распространен в Европе и Азии.

AMPS уже давным-давно морально устарел, и в 1990 г. в США был разработан D-AMPS.

Тип стандарта: цифровой

Частотный диапазон: 825-890 МГц

Статус: устарел морально

Краткое описание: Когда AMPS морально устарел — а это произошло довольно быстро, в 1990 году — в Штатах был разработан D-AMPS.

* Емкость сетей на несколько порядков выше, чем у NMT-450 и AMPS.

* Возможность эксплуатации мобильных аппаратов как в цифровом, так и в аналоговом режимах.

* Расширенный спектр дополнительных услуг.

* Емкость DAMPS-сетей ниже, чем в полностью цифровых системах, но выше, чем в аналоговых.

Главным недостатком стандарта GSM на сегодня является низкая скорость передачи данных — максимум 9,6 Кбит/с, да и сам процесс реализован довольно убого — под данные выделяется один голосовой канал; оплата услуги, соответственно, осуществляется исходя из времени соединения, причем по тарифам, весьма схожим с речевыми. Для решения этой проблемы и был разработан стандарт передачи данных GPRS (General Packet Radio Service — услуга пакетной передачи данных по радиоканалу).

Новая система предложила пользователям мобильной связи уже совсем другие условия — максимальная скорость соединения составляет 171,2 Кбит/с, а оплата осуществляется исходя из количества реально переданной информации, трафика.

В GSM-сетях, оборудованных GPRS-модулями, более рационально распределяется радиочастотный ресурс. Не вдаваясь в сложные технические детали, можно сказать, что выигрыш в скорости достигается за счет одновременного использования для передачи данных нескольких свободных в настоящий момент каналов. Тут следует отметить, что скорость передачи информации определяется не столько теоретическими возможностями сетевого и абонентского оборудования, сколько загрузкой сети — так, из собственного опыта могу сказать, что скорость соединения в России в ближайшие несколько лет у тебя не превысит 5-6 Кбит/с.

Благодаря тому, что пакеты данных имеют значительно меньший приоритет, по сравнению с голосовой информацией, внедрение систем GPRS не приводит к ухудшению качества услуг передачи речи.

Система GPRS состоит из двух основных модулей: SGSN (Serving GPRS Support Node — узел поддержки GPRS) и GGSN (Gateway GPRS Support Node — шлюзовой узел GPRS). В некотором смысле SGSN можно назвать аналогом коммутатора сети GSM. SGSN обеспечивает доставку пакетов информации пользователям, взаимодействует с реестром абонентов, проверяет, разрешены ли запрашиваемые услуги, ведет мониторинг пользователей, организует регистрацию вновь прибывших абонентов и т.п.

Назначение GGSN легко понять из расшифровки названия — это шлюз между сотовой сетью (вернее, SGSN) и внешними информационными сетями (интернетом, провайдерскими Intranet-сетями и т.д.).

Основной задачей GGSN, таким образом, является маршрутизация (обычно совмещенная с NAT’ом) пакетов, генерируемых абонентом через SGSN. Вторичными функциями GGSN являются: динамическая выдача IP-адресов (а-ля DHCP-сервер :)), отслеживание информации о внешних сетях, подсчет трафика, тарификация и т.д.

Благодаря хорошей масштабируемости системы GPRS, оператор может увеличивать число SGSN и GGSN по мере роста числа пользователей и их суммарного трафика.

Как известно, для работы с GPRS необходимо иметь специальный телефон, поддерживающий эту технологию.

Основная характеристика такого телефона — так называемый класс GPRS. Это максимальное количество каналов, которое может задействовать аппарат для передачи данных — напомню, что один канал обеспечивает передачу данных со скоростью до 13,4 Кбит/с.

Самым первым производителем телефонов с GPRS стала французская фирма Sagem — на проходящей в Женеве выставке Telecom’99 она представила телефон Sagem MC-850, имеющий 3 канала на прием и 1 на передачу данных.

Современные телефоны способны использовать десять и более каналов для передачи данных, что, теоретически, обеспечивает отличную скорость соединения — до 20 килобайт в секунду!