Стандарты сотовой связи в мире

Мобильная связь — это радиосвязь между абонентами, местоположение одного или нескольких из которых меняется. Одним из видов мобильной связи является сотовая связь.

Содержание

Введение [ править | править код ]

1G [ править | править код ]

Все первые системы сотовой связи были аналоговыми. К ним относятся:

  • AMPS (Advanced Mobile Phone Service — усовершенствованная служба мобильной связи, диапазон 800 МГц) — широко использовался в США, Канаде, Центральной и Южной Америке, Австралии; известен также как «североамериканский стандарт»; был наиболее распространённым стандартом в мире, обслуживавшим почти половину всех абонентов сотовой связи (вместе с цифровой модификацией D-AMPS, речь о которой впереди); использовался в России в качестве регионального стандарта (в основном — в варианте D-AMPS), где он также являлся наиболее распространённым. На данный момент морально устарел. 18 апреля 2008 года прекратила свою работу двустандартная сеть AMPS/CDMA-800 Fora Communications (принадлежала Теле2) в Санкт-Петербурге — последняя крупная сеть стандарта AMPS.
  • TACS (Total Access Communications System — общедоступная система связи, диапазон 900 МГц) — используется в Англии, Италии, Испании, Австрии, Ирландии, с модификациями ETACS (Англия) и JTACS/NTACS (Япония); это второй по распространённости стандарт среди аналоговых; ещё недавно, в 1995 г., он занимал и общее второе место в мире по величине абонентской базы, но в 1997 г. оттеснён на четвёртое место более быстро развивающимися цифровыми стандартами;
  • NMT-450 и NMT 900 (Nordic Mobile Telephone — мобильный телефон северных стран, диапазоны 450 и 900 МГц соответственно) — используется в Скандинавии и во многих других странах; известен также как «скандинавский стандарт»; третий по распространённости среди аналоговых стандартов мира. Стандарт NMT 450 является одним из двух стандартов сотовой связи, принятых в России в качестве федеральных (второй — цифровой стандарт 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 Telegraph system — японская система телефона и телеграфа, диапазон 800…900 МГц — в трех вариантах) — используется в Японии.

Во всех аналоговых стандартах применяются частотная модуляция для передачи речи и частотная модуляция для передачи информации управления (или сигнализации — signaling). Этим так же была обусловлена интерференция сигнала. Как правило, подвижная станция первого поколения имела высокую мощность(3-5 Вт). Для передачи информации 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 стандартах от 12,5 до 30 кГц. С этим непосредственно связан основной недостаток аналоговых систем — относительно низкая ёмкость, являющаяся прямым следствием недостаточно рационального использования выделенной полосы частот при частотном разделении каналов. Этот недостаток стал очевиден уже к середине 80-х годов, в самом начале широкого распространения сотовой связи в ведущих странах, и сразу же значительные силы были направлены на поиск более совершенных технических решений. В результате этих усилий и поисков появились цифровые сотовые системы второго поколения. Переход к цифровым системам сотовой связи стимулировался также широким внедрением цифровой техники в связь в целом и в значительной степени был обеспечен разработкой низкоскоростных методов кодирования и появлением сверхминиатюрных интегральных схем для цифровой обработки сигналов.

2G [ править | править код ]

В США аналоговый стандарт AMPS получил столь широкое распространение, что прямая замена его цифровым оказалась практически невозможной. Выход был найден в разработке двухрежимной аналого-цифровой системы, позволяющей совмещать работу аналоговой и цифровой систем в одном и том же диапазоне. Работа над соответствующим стандартом была начата в 1988 г. и закончена в 1992 г.; стандарт получил наименование D-AMPS, или IS-54 (IS — сокращение от Interim Standard, то есть «промежуточный стандарт»). Его практическое использование началось в 1993 г. В Европе ситуация осложнялась наличием множества несовместимых аналоговых систем («лоскутное одеяло»). Здесь выходом оказалась разработка единого общеевропейского стандарта GSM (GSM 900 — диапазон 900 МГц). Соответствующая работа была начата в 1982, г., к 1987 г. были определены все основные характеристики системы, а в 1988 г. приняты основные документы стандарта. Практическое применение стандарта началось с 1991 г. Ещё один вариант цифрового стандарта, по техническим характеристикам схожий с D-AMPS, был разработан в Японии в 1993 г.; первоначально он назывался JDC, а с 1994 г. — PDC (Personal Digital Cellular — буквально «персональная цифровая сотовая связь»).

Но на этом развитие цифровых систем сотовой связи не остановилось.

Стандарт D-AMPS дополнительно усовершенствовался за счёт введения нового типа каналов управления. Дело в том, что цифровая версия IS-54 сохранила структуру каналов управления аналогового AMPS, что ограничивало возможности системы. Новые чисто цифровые каналы управления введены в версии IS-136, которая была разработана в 1994 г. и начала применяться в 1996 г. При этом была сохранена совместимость с AMPS и IS-54, но повышена ёмкость канала управления и заметно расширены функциональные возможности системы. Стандарт GSM, продолжая совершенствоваться технически (последовательно вводимые фазы 1, 2 и 2+), в 1989 г. пошёл на освоение нового частотного диапазона 1800 МГц. Это направление известно под названием системы персональной связи. Отличие последней от исходной системы GSM 900 не столько техническое, сколько маркетинговое при технической поддержке: более широкая рабочая полоса частот в сочетании с меньшими размерами ячеек (сот) позволяет строить сотовые сети значительно большей ёмкости, и именно расчёт на массовую систему мобильной связи с относительно компактными, лёгкими, удобными и недорогими абонентскими терминалами был заложен в основу этой системы. Соответствующий стандарт (в виде дополнений к исходному стандарту GSM 900) был разработан в Европе в 1990—1991 гг. Система получила название DCS 1800 (Digital Cellular System — цифровая система сотовой связи; первоначально использовалось также наименование PCN — Personal Communications Network, что в буквальном переводе означает «сеть персональной связи») и начала использоваться с 1993 г. В 1996 г. было принято решение именовать её GSM 1800. В США диапазон 1800 МГц оказался занят другими пользователями, но была найдена возможность выделить полосу частот в диапазоне 1900 МГц, которая получила в Америке название диапазона систем персональной связи (PCS — Personal Communications Systems), в отличие от диапазона 800 МГц, за которым сохранено название сотового (cellular). Освоение диапазона 1900 МГц началось с конца 1995 г.; работа в этом диапазоне предусмотрена стандартом D-AMPS (версия IS-136, но аналогового AMPS в диапазоне 1900 МГц уже нет), и разработана соответствующая версия стандарта GSM («американский» GSM 1900 — стандарт IS-661).

2.5G [ править | править код ]

GPRS (англ. General Packet Radio Service — пакетная радиосвязь общего пользования) — надстройка над технологией мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных. GPRS позволяет пользователю мобильного телефона производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями, в том числе Интернет. GPRS предполагает тарификацию по объёму переданной/полученной информации, а не времени.

EDGE (англ. Enhanced Data rates for GSM Evolution) – дальнейшее развитие GPRS, отличающееся только способом кодирования данных, что позволяет за один таймслот передавать больший объем данных. EDGE иногда называют 2.75G.

XRTT (One Times Radio Transmission Technology) — 2.5G мобильная технология передачи цифровых данных основанная на CDMA-технологии. Использует принцип передачи с коммутацией пакетов. Теоретически возможная скорость передачи 144 Кбит/сек, но на практике реальная скорость менее 40-60 Кбит/сек. XRTT использует лицензируемый радиочастотный диапазон и, подобно другим мобильным технологиям, широко распространена.

3G [ править | править код ]

Все перечисленные выше цифровые системы второго поколения основаны на методе множественного доступа с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access — TDMA). Принципиальное отличие сетей 3G заключается в использовании технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access — CDMA).

Первый стандарт 3G был разработан в 1992—1993 гг. в США и назывался IS-95 (диапазон 800 МГц). Он начал применяться с 1995−1996 гг. в Гонконге, США, Южной Корее, причём в Южной Корее -наиболее широко, а в США начала использоваться и версия этого стандарта для диапазона 1900 МГц. Направление персональной связи нашло своё преломление и в Японии, где в 1991—1992 гг. была разработана и с 1995 г. начала широко использоваться система PHS диапазона 1800 МГц ( Personal Handy-phone System — буквально «система персонального ручного телефона»).

В то же время был разработан стандарт UMTS, получивший наибольшее распространение в странах Европы и СНГ. Основой этого стандарта стала технология W-CDMA, являющаяся одним из вариантов CDMA. Стандарт UMTS разработан для совместной работы с GSM – для доступа к обеим сетям используется SIM-карта. Таким образом, в зависимости от поддержки телефоном сетей UMTS, а также в случае нахождения в зоне покрытия этой сети, связь может обеспечиваться либо посредством GSM, либо посредством CDMA.

3.5G [ править | править код ]

HSPA (High Speed Packet Access — высокоскоростная пакетная передача данных) — технология, являющаяся дальнейшим развитием стандарта UMTS, который относится к 3G. HSPA основан на стандартах HSDPA, который регламентирует передачу данных от базовой станции к абоненту и HSUPA, регламентирующий передачу от абонента к базовой станции.

4G [ править | править код ]

Технологии, претендующие на роль 4G (и очень часто упоминаемые в прессе в качестве 4G):

В настоящее время запущены сети WiMAX и LTE. Первую в мире сеть LTE в Стокгольме и Осло запустил альянс TeliaSonera/Ericsson — расчётное значение максимальной скорости передачи данных к абоненту составляет 382 Mbps и 86 Mbps — от абонента. Насчёт UMB планы внедрения не известны, так как ни один оператор (в мировом масштабе) не заключил контракт на его тестирование. Стоит отметить, что стандарт WiMAX не все относят к 4G, так как он не интегрирован с сетями предыдущих поколений таких как 3G и 2G, а также из-за того, что в сети WiMAX сами операторы не предоставляют традиционные услуги связи, такие как голосовые звонки и SMS, хотя и пользование ими возможно при использовании различных VoIP сервисов. IMT разрешил сетям HSPA+ называться 4G, т. к. они обеспечивают соответствующие скорости.

5G [ править | править код ]

Технологии для сетей 5 поколения 5G в апреле 2019 г. были развернуты в Южной Корее (первая страна, которая запустила коммерческие услуги пятого поколения 5G), Швейцарии, Китае и России. Основным разработчиком оборудования является китайская компания Huawei. «Основной задачей для сетей пятого поколения станет расширение спектра используемых частот и увеличение ёмкости сетей. Ожидается, что новая технология решит задачу, над которой работают все операторы в мире, — повысит эффективность сетевой инфраструктуры», — заявили в Huawei.

6G [ править | править код ]

После развертывания сетей сотовой связи 5 поколения 5G усилился интерес ученых и инженеров к разработке оборудования следующего поколения сотовой связи. Специалисты сходятся во мнении, что в нем получат дальнейшее развитие подходы, недостаточно полно реализованные в предыдущем поколении, основанные на применении искусственного интеллекта, квантовых коммуникаций, что позволит достичь скорости передачи данных от сотен Гбит/с до 1 ТБит/с.

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.

Содержание:

Стандарты сотовой связи – общепринятые обозначения различных технологий, которые используются в сфере предоставления услуг мобильной связи. Некоторые стандарты из-за схожести их реализации и характеристик объединяют в группы, которые называются поколениями сотовой связи (англ. "generation" – "поколение"). Отсюда понятия 1G, 2G, 3G, 4G, то есть, первое поколение, второе поколение и т.д.

Из статьи ниже Вы узнаете об истории развития мобильных стандартов и поймёте чем отличаются между собой различные поколения и технологии обеспечения сотовой связи.

Что такое 2G, 3G и 4G

Поколение 1G 2G 2,5G 3G 3,5G 4G 5G
Начало разработок 1970 1980 1985 1990
Язык: Русский/Английский
Формат:
Обновлено: 2017-11-05
Автор:

Узнайте, какие поколения мобильной связи сегодня существуют, а также чем они отличаются между собой.

Наверняка сегодня уже практически не осталось людей, которые бы не пользовались сотовой связью. Практически у всех есть мобильные телефоны, которые, помимо средства общения, могут выступать в роли полноценных устройств для выполнения различных прикладных задач. В частности, популярной сферой применения является Интернет-сёрфинг.

И вот здесь начинается самое интересное. Если с голосовой связью дела везде обстоят практически одинаково, то в плане доступа ко Всемирной Сети всё не так просто. Здесь обычно всплывают громкие рекламные лозунги, рекламирующие какой-то 3G, высокоскоростной доступ и пакеты гигабайт. Попробуем с Вами разобраться во всех этих нюансах.

Немного истории

Использовать радиоволны для голосовой связи начали ещё в 30-х годах ХХ века. Первые прототипы беспроводных раций разрабатывала на базе своих радиоприёмников американская компания Motorola. Готовые к эксплуатации образцы довольно громоздких раций появились вначале у военных, а чуть позже и в патрульных автомобилях у полицейских. Эти приёмо-передатчики могли работать на расстоянии в несколько километров от базовой станции и их фактически можно считать прообразом современных сотовых сетей.

Теоретическую базу для обмена маломощными радиосигналами в рамках сот с антенной в их центре разработали ещё в конце 50-х годов. Однако, технически реализовать описанную схему получилось лишь спустя 10 лет, когда стало возможно осуществлять связь между соседними сотами. В начале 70-х годов всё та же компания Motorola разработала первый мобильный телефон, а со временем совместно с AT&T организовала первую сотовую сеть на территории США:

К концу 70-х – началу 80-х годов собственные сотовые сети появились в Японии и на севере Европы (Норвегия, Дания, Швеция и Финляндия). Все они были сетями первого поколения, которое отличалось использованием только аналоговой частотной модуляции для приёма и передачи сигнала в диапазоне частот от 170 до 900 МГц (мегагерц).

Сети стандарта 1G отличались низкой пропускной способностью (около 2 кбит/с) и не самым оптимальным распределением частотных каналов. Поэтому передовые в техническом плане государства уже в середине 80-х стали разрабатывать базу для перехода к цифровой мобильной связи второго поколения. Хотя, в некоторых странах аналоговая мобильная связь существует и поныне наряду с новыми сетями. Ярким примером можно считать скандинавскую систему NMT-450 (Nordic Mobile Telephone), использующую диапазон 450 МГц, которая работает ещё с конца 70-х!

Настоящий расцвет мобильная сотовая связь переживает с переходом от аналоговых технологий к цифровым. Это позволило более оптимально использовать выделенные каналы связи, а также значительно повысить скорость и качество передачи данных. В сетях 2G средняя скорость обмена информацией повысилась до 10 – 15 кбит/с. Это позволило реализовать помимо прямой голосовой связи ещё и передачу коротких текстовых сообщений (SMS).

Переход от 1G к 2G начался в 90-х годах уже прошлого века и был сопряжён с рядом трудностей. Дело в том, что к тому времени у уже существовавших аналоговых сетей первого поколения было довольно много пользователей. Поэтому пришлось переделывать всю систему так, чтобы существовала поддержка и аналоговых, и цифровых режимов работы одновременно.

Подобный цифро-аналоговый стандарт был внедрён в 92-м году в США как надстройка над существовавшим стандартом AMPS, получив название D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone Service – цифровая усовершенствованная служба мобильной связи). Работал он в диапазоне частот 400 – 890 МГц и развивался вплоть до 1996 года. С тех пор стандарт постепенно вытесняется из употребления другими более продвинутыми реализациями полностью цифровых сетей.

В Европе, в отличие от Америки, если не считать скандинавского NMT, в каждой из стран существовало множество разрозненных аналоговых стандартов, работавших в различных диапазонах. Связать их воедино было технически невозможно, поэтому здесь пошли другим путём и в 1991 году создали изначально общий цифровой стандарт, который получил название GSM (Global System for Mobile Communications – глобальный стандарт мобильной связи):

Основными нововведениями GSM (если не считать того, что это был изначально цифровой стандарт) стала поддержка SIM-карт (ранее в других системах номер телефона и зависимость от оператора задавались на уровне прошивки) и роуминга (возможности подключаться к сетям других операторов того же стандарта вещания). Изначально GSM использовал частоту 900 МГц (точнее, диапазон 890 – 960 МГц), однако, со временем включил в себя частоты 1800 МГц (1710 – 1880 МГц), а также 850 МГц (824 – 894 МГц) и 1900 МГц (1850 – 1990 МГц) (американо-канадский стандарт).

Фактически большинство современных мобильных сетей на постсоветском пространстве и в Европе работает на базе стандарта GSM с различными улучшениями и обновлениями. Такие улучшения в большей степени касаются не столько улучшения качества голосовой связи, сколько развития возможности передачи данных через виртуальный канал мобильной связи.

Вплоть до начала 2000-х нормального доступа к Интернету в GSM не было. Была реализована некая адаптация веб-сайтов Всемирной сети по технологии WAP. Однако, даже с учётом адаптации, скорость доступа к WAP-сайтам была на уровне старого Dial-Up. И вот, аккурат к началу нового тысячелетия, появляется технология GPRS (General Packet Radio Service – пакетная радиосвязь общего пользования), которая позволила реализовать пакетную передачу данных.

До внедрения этой технологии базовые станции мобильной связи соединялись лишь с наземными телефонными сетями общего пользования (сокр. ТСОП или ТфОП, англ. PSTN – Public Switched Telephone Network). Теперь же появилась возможность подключаться ещё и к сетям пакетной передачи данных, которые позволяли задействовать более широкий спектр частот для повышения скорости передачи данных.

Теоретическая максимальная пропускная способность GPRS составляла 50 кбит/с (на практике, обычно не выше 40), но это уже дало возможность, пусть и не очень быстро, но получать доступ к привычному Интернету, который в то время вступил в фазу активного развития. Данная технология оказалась столь значительной, что часть специалистов даже выделили для её отличия от остальных технологий 2G термин 2.5G.

Однако, с дальнейшим развитием Интернета и улучшением размеров веб-страниц стало ясно, что GPRS уже мало соответствует реалиям. Поэтому уже в 2003 году появляется его улучшенная версия под названием EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution – улучшенная передача данных для эволюции GSM). Основой улучшения стал новый способ кодирования данных (8PSK), который позволил реализовать их передачу на скорости до 1Мбит/с (реально 512 кбит/с и ниже).

Как и в случае с GPRS, некоторые склонны выделять сети, в которых используется технология EDGE в сети 2.75G. Кстати, EDGE по теоретическим требованиям к скорости обмена данными (1 Мбит/с) уже подходит под характеристики сетей третьего поколения. Но из-за реальных потерь всё же недотягивает к ним по уровню стабильности.

Технологии EDGE и GPRS сегодня распространены практически повсеместно и обычно именно они используются для доступа к Интернету с мобильного телефона в зоне, где нет покрытия 3G. Опознать тип (а значит и прикинуть максимальную скорость соединения) Вы можете, взглянув на значок Интернет-подключения в области уведомлений Вашего телефона. Буква "G" будет означать GPRS со скоростью до 50 кбит/с, а "E", соответственно, EDGE со скоростью выше 50 кбит/с:

Начало нового поколения мобильной связи положила технология CDMA (Code Division Multiple Access – множественный доступ с кодовым разделением). В отличие от GSM, где пользователю выделялся лишь ограниченный по частоте (FDMA) или времени (TDMA) канал связи, в CDMA изначально каждый абонент мог использовать всю ширину канала. Различение же одновременно передаваемых потоков данных осуществлялось внедрением специальных псевдослучайных последовательностей, которые использовались в качестве идентификаторов на уровне аппаратного обеспечения.

Фактически именно использование кодового разделения для опознания трафика конкретного абонента, а также отход от привязки к телефонными сетями общего пользования и стали определяющими чертами 3G. Новый тип сетей, как и GPRS, изначально имел прямую связь как с ТСОП, так и с Интернет-провайдером, что в сочетании с широким пропускным каналом позволило реализовать доступ ко Всемирной Сети на скоростях выше 1 Мбит/с.

Изначально сети CDMA стали появляться с 1995 года в США в качестве альтернативы уже устаревшего стандарта D-AMPS. Однако, реальный их бум начался с появлением реализации CDMA2000, работавшей на частоте 1250 МГц с максимальной скоростью приёма до 4.9 Мбит/с и отдачи до 1.8 Мбит/с.

Примерно в это же время появился и альтернативный стандарт WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access – широкополосный множественный доступ с кодовым разделением), покрывавший частоты в диапазоне 1900 – 2100 МГц и дающий скорость передачи данных до 2 Мбит/с. Его плюс был в том, что реализовать его поддержку можно было на базе имеющегося GSM-оборудования. Поэтому именно с WCDMA в Европе началась поддержка этой технологии, а также переход на 3G.

Основой сетей CDMA является технология EV-DO (Evolution-Data Optimized – оптимизация для эволюции данных). Фактически версия этой технологии, которая используется в той или иной сети, определяет максимальные скорости передачи данных. На сегодняшний день существует 5 её версий (наиболее распространённой на сегодняшний день является вторая – Rev.A):

Читайте также:  1С запрос фигурные скобки
Версия Максимальная скорость приёма Максимальная скорость передачи
Rev.0 2.4 Мбит/с 150 кбит/с
Rev.A 3.1 Мбит/с 1.8 Мбит/с
Rev.B 73.5 Мбит/с 27 Мбит/с
Rev.C 280 Мбит/с 75 Мбит/с
Rev.D 500 Мбит/с 120 Мбит/с

Несмотря на ряд преимуществ и частичную совместимость с сетями GSM, в Европе и странах СНГ большее распространение получил более совместимый стандарт UMTS (Universal Mobile Telecommunications System – Универсальная Мобильная Телекоммуникационная Система), который по принципу работы схож с WCDMA, но действует в диапазоне частот GSM (1885 – 2025 МГц для передачи данных от клиента и 2110 – 2200 МГц для приёма данных).

Максимальной теоретической скоростью передачи данных в сетях UMTS является 21 Мбит/с, но на практике средний показатель варьирует в диапазоне от 384 кбит/с до 7.2 Мбит/с (что, в принципе, довольно хорошо). Основным недостатком UMTS считается довольно малый радиус соты (всего 1.5 км), однако, внедрение данного стандарта выгодно в плане сравнительно небольших вложений на модернизацию базовых станций и хорошей совместимости с GSM.

В качестве развития UMTS сегодня во многих местах разворачиваются сети HSPA (High-Speed Packet Access – высокоскоростной пакетный доступ) и HSPA+ (Evolved High-Speed Packet Access – развитый высокоскоростной пакетный доступ). Как и в случае с GPRS и EDGE, они реализуют собой переходные стандарты развития третьего поколения мобильной связи 3.5G и 3.75G, соответственно.

Отличаются стандарты максимальными скоростями:

  • 14.4 Мбит/с (загрузка) и 5.76 Мбит/с (отдача) для HSPA;
  • 42.2 Мбит/с (загрузка) и 5.76 Мбит/с (отдача) для HSPA+;

Поскольку максимальная скорость отдачи в обеих стандартах одинакова, то их иногда называют HSDPA (D – download – загрузка). На практике в строке уведомлений мобильного телефона при работе в сетях третьего поколения может отображаться один из трёх индикаторов:

  • 3G – сеть стандарта UMTS;
  • H – сеть стандарта HSPA;
  • H+ – сеть стандарта HSPA+.
Читайте также:  Игра в прятки альтернативные концовки

На момент написания статьи из уже реально действующих мобильных сетей последними являются сети 4-го поколения, они же 4G. Наиболее распространёнными стандартами высокоскоростных современных технологий являются сети LTE (Long-Term Evolution – долговременное развитие) и WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access – всемирное взаимодействие для микроволнового доступа).

Стандарт LTE является прямым потомком GSM и является обратно совместимым с оборудованием для работы EDGE и HSPA, но несовместим с интерфейсами 2G и 3G на устройствах пользователей, поскольку требует наличия отдельных дополнительных модулей, которых нет, например, в старых смартфонах. Он работает в расширенном диапазоне частот (от 1400 до 2000 МГц) за счёт чего обеспечивает скорость скачивания до 326.4 Мбит/с, а отдачи до 172.8 Мбит/с (в спецификации LTE-A (Advanced – улучшенное)).

Радиус покрытия у LTE значительно выше, чем, например, у HSPA и составляет от 3.2 до 19.7 км (в зависимости от мощности базовой станции) с потерями в скорости до 1Мбит/с. Именно этот факт (больше радиус – значит, меньше затрат на модернизацию) объясняет активное внедрение операторами сотовой связи LTE в крупных городах.

Ещё более перспективным стандартом радиосвязи является WiMAX. В отличие от всех предыдущих стандартов, он имеет больше общего не с привычным GSM, а с WiFi. Он даже базируется на той же ветке спецификаций (IEEE 802.16), что и домашние беспроводные сети. Однако, если WiFi имеет небольшой радиус покрытия, то WiMAX изначально разрабатывается как беспроводной стандарт широкополосной передачи данных на расстояниях свыше 1 км (на данный момент до 80 км).

Высокие скорости и большая ёмкость соты в WiMAX достигается благодаря широкой полосе используемого высокочастотного диапазона (1.5-11 ГГц). Поэтому технологию можно применять не только для телекоммуникационных нужд, но также для создания объединённой сети разрозненных точек доступа WiFi, организации различных систем удалённого мониторинга и контроля, а также реализации зоны покрытия мобильной связи и Интернет в труднодоступных местах.

Читайте также:  Проверить динамики левый правый

На сегодняшний день сети WiMAX ещё только вводятся в эксплуатацию в развитых странах. В том числе в России (оператор Скартел) и Казахстане (проект FlyNet). Однако, уже активно ведутся изыскания в сфере внедрения ещё более производительных сетей пятого поколения. Ожидается, что сети 5G будут дальнейшим развитием WiMAX 2 с зоной покрытия до 150 км и скоростями до 1 Гбит/с. Но пока это ещё только планируется.

Сравнение стандартов

Чтобы обобщить всё, что мы написали выше, предлагаю свести всю информацию в единую таблицу:

Поколение Технология Год Максимальная скорость передачи данных Максимальный радиус соты Рабочие частоты Использование Особенности
1G AMPS 1983 до 2 кбит/с до 30 км 824–894 МГц США, Канада, Австралия. В данный момент не используется Полностью аналоговое поколение стандартов с поддержкой голосовых вызовов и малой ёмкостью соты (до 200 абонентов)
NMT 1981 до 1.9 кбит/с до 40 км 453–467.5 МГц (NMT-450) и 890–960 МГц (NMT-900) Скандинавские страны. До сих пор ещё эксплуатируются.
2G D-AMPS 1992 до 15 кбит/с до 30 км 400–890 МГц США, Канада, Австралия. В данный момент почти не используется Цифровой стандарт сохранявший совместимость с аналоговым AMPS
GSM 1992 до 9.6 кбит/с до 120 км 824–894 МГц (GSM-850), 890–960 МГц (GSM-900), 1710–1880 МГц (GSM-1800) и 1850–1990 МГц (GSM-1900) Страны Европы, а позже и весь мир Первый полностью цифровой стандартизированный сотовый стандарт. Дал возможность отправлять SMS
2.5G GPRS 1996 до 171.2 кбит/c до 40 км Все частоты GSM Страны Европы, а позже и весь мир Надстройка над GSM, которая позволила передавать пакетные данные напрямую через шлюзы Интернет-провайдера, а не через наземные телефонные линии
2.75G EDGE 2003 до 474 кбит/с до 4 км Все частоты GSM США, а позже и весь мир Надстройка над GSM, которая позволила передавать пакетные данные напрямую через шлюзы Интернет-провайдера, а не через наземные телефонные линии
3G CDMA 1995 до 500 Мбит/с (EV-DO Rev.D) до 35 км 1.25–2100 МГц США, а позже и весь мир Первая широкополосная система передачи данных с разделением потоков по специальному коду. Имеет несколько спецификаций, которые могут быть совместимы (WCDMA) или несовместимы с GSM (CDMA2000).
UMTS 2004 до 7.2 Мбит/с до 1.5 км Разные в разных странах. У нас 1885–2200 МГц Европа, а позже и весь мир Используя наработки WCDMA, стандарт был разработан для обеспечения совместимости с GSM-сетями.
3.5G HSPA 2006 до 14.4 Мбит/с до 2 км Диапазон UMTS Европа, а позже и весь мир Надстройка над системой UMTS, обеспечивающая более оптимальное использование канала связи.
3.75G HSPA+ 2009 до 42.2 Мбит/с до 2 км Диапазон UMTS Европа, а позже и весь мир Улучшение системы HSPA. Переходный стандарт между 3G и 4G.
4G LTE 2012 до 326.4 Мбит/с (LTE-A) до 19.7 км 1400–2000 МГц США, а позже и весь мир Является потомком GSM, но несовместим со стандартами 2G и 3G.
WiMAX 2010 до 75 Мбит/с до 80 км 1.5–11 ГГц Страны дальнего востока, а позже и весь мир Улучшение системы HSPA. Переходный стандарт между 3G и 4G.

Итоги

Технологии в наше время не стоят на месте. А в плане развития сотовой связи инновации появляются практически ежегодно! Ещё не все до конца поняли, что такое 3G, как уже внедряются стандарты 4-го поколения, а поговаривают и о тестировании 5G!

Одно можно сказать точно, что связь со временем, скорее всего, полностью перейдёт из плоскости наземных телефонных линий в плоскость различных онлайн-сервисов. Доступ к ним будет обеспечен внедрением широкополосных беспроводных стандартов с улучшенным покрытием. Например, уже в прошлом году компания Мегафон в России тестировала возможность передачи данных на скоростях до 4.2 Гбит/с, а в этом году МТС совместно с Nokia фактически подготовили базу для внедрения сетей 5G!

Так что уже через пару-тройку лет наши мобильники вполне могут стать настоящими видеофонами и мы будем не только слышать, но и всегда видеть наших собеседников!