Перспективи розвитку 4G технологій

ВСТУП

Минуло не більше 3 десятиліть з моменту появи мобільних телефонів, але мобільний зв'язок піддалася істотним змінам. Системи першого покоління, засновані на аналоговому принципі, використовувалися виключно для телефонного зв'язку.

Нові можливості в передачі величезних обсягів даних, які надаються технологіями групи 4G (LTE), вже зараз змушують постачальників мобільного контенту задуматися про розширення свого бізнесу. Якщо сьогодні основним товаром на цьому ринку є мелодії і простенькі ігри, то поява 4G зробить набагато більш актуальним мобільне телебачення, video-on-demand (VOD - «відео за запитом»), «просунуті» ігри і т.п. Крім того, завдяки 4G стануть можливі мобільні відеоконференції (відеочати) і мобільні peer-to-peer-мережі. За прогнозами дослідницької компанії Screen Digest, до 2014 року в усьому світі буде налічуватися щонайменше 140 млн передплатників сервісів мобільного телебачення. Щорічний сукупний дохід цього ринку через п'ять років досягне показника в 4,7 млрд євро. Аналітики вважають, що потенційно сервіси мобільного ТБ можуть приносити набагато більший прибуток, ніж ігри та музика для стільникових апаратів.

 

1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ПОКОЛІННЯ МОБІЛЬНОГО ЗВ’ЯЗКУ

 

1.1 Покоління мобільних мереж

 

ПОКОЛІННЯ 1G

Всі перші системи стільникового зв'язку були аналоговими. До них відносяться:

AMPS (Advanced Mobile Phone Service - удосконалена мобільна телефонна служба, діапазон 800 МГц) - широко використовується в США, Канаді, Центральній і Південній Америці, Австралії; відомий також як «північноамериканський стандарт»; це найбільш поширений стандарт у світі, обслуговуючий майже половину всіх абонентів стільникового зв'язку (разом з цифровою модифікацією D-AMPS, мова про яку попереду); використовується в Росії в якості регіонального стандарту (в основному - у варіанті D-AMPS), де він також є найбільш поширеним;

TACS (Total Access Communications System - загальнодоступна система зв'язку, діапазон 900 МГц) - використовується в Англії, Італії, Іспанії, Австрії, Ірландії, з модифікаціями ETACS (Англія) і JTACS / NTACS (Японія); це другий за поширеністю стандарт серед аналогових; ще недавно, в 1995 р., він займав і загальне друге місце у світі за величиною абонентської бази, але в 1997 р. відтіснили на четверте місце більш швидко розвиваються цифровими стандартами;

»NMT 450 і NMT 900 (Nordic Mobile Telephone - мобільний телефон північних країн, діапазони 450 і 900 МГц відповідно) - використовується в Скандинавії і в багатьох інших країнах; відомий також як«скандинавський стандарт»; третій за поширеністю серед аналогових стандартів світу; стандарт NMT 450 є одним з двох стандартів стільникового зв'язку, прийнятих в Росії в якості федеральних (другий - цифровий стандарт GSM 900);

»С-450 (діапазон 450 МГц) - використовується у Німеччині та Португалії;

»RTMS (Radio Telephone Mobile System - мобільна радіотелефонна система, діапазон 450 МГц) - використовується в Італії;

»Radiocom 2000 (діапазони 170, 200, 400 МГц) - використовується у Франції;

»NTT (Nippon Telephone and Telegraph system - японська система телефону і телеграфу, діапазон 800... 900 МГц - в трьох варіантах) - використовується в Японії.

У всіх аналогових стандартах застосовуються частотна модуляція для передачі мови і частотна маніпуляція для передачі інформації управління (або сигналізації - signaling). Для передачі інформації різних каналів використовуються різні ділянки спектру частот - застосовується метод множинного доступу з частотним поділом каналів (Frequency Division Multiple Access - FDMA), із смугами каналів у різних стандартах від 12,5 до 30 кГц. З цим безпосередньо пов'язаний основний недолік аналогових систем - відносно низька ємність, що є прямим наслідком недостатньо раціонального використання виділеної смуги частот при частотному поділі каналів. Цей недолік став очевидним вже до середини 80-х років, на самому початку широкого розповсюдження стільникового зв'язку в провідних країнах, та одразу ж значні сили були спрямовані на пошук більш досконалих технічних рішень. У результаті цих зусиль і пошуків з'явилися цифрові стільникові системи другого покоління. Перехід до цифрових систем стільникового зв'язку стимулювався також широким впровадженням цифрової техніки у зв'язок в цілому і в значній мірі був забезпечений розробкою низькошвидкісних методів кодування і появою надмініатюрних інтегральних схем для цифрової обробки сигналів.

Мобільні телефони першого покоління були розміром трохи менше середньостатистичного валізи і складалися з бази і окремої трубки, яку практично не можна було носити з собою. Зараз важко собі уявити таке диво техніки, яке важило кілька кілограмів, випромінювало 20-30 ватний сигнал і мало антену розміром 30-40 сантиметрів в довжину. Максимальна швидкість передачі голосу становила 9.6 Kbit / s, а швидкість передачі даних дорівнювала 1.9 Kbit / s. На західному ринку стандарт NMT був представлений дещо іншими стандартами (AMPS advanced mobile phone service) і TACS (total access communications system). Перший досвід експлуатації аналогових систем дозволив виявити також і ряд властивих їм недоліків: можливість прослуховування переговорів, наявність двійників, перевантаженість частотного діапазону внаслідок його неефективного використання, обмеженість зони дії. Крім того, поширення радіохвиль в умовах інтенсивних міських забудов пов'язано з виникненням глибоких селективних завмирань, викликаних багатопроменевим поширенням радіохвиль. Наявність завмирань призводить до погіршення ставлення сигнал / шум на виході ЧС приймача на 10-20 дБ. Таким чином, з точки зору якості передачі мови системи першого покоління не виправдали сподівань, які на них очікувань.

Починаючи з середини 80-х років, у світі почалося інтенсивне зростання числа рухомих абонентів, який перевершив всі найсміливіші прогнози. Стало ясно, що існуючі аналогові системи, що базуються на великому числі несумісних один з одним стандартів, не відповідають сучасним вимогам, і перехід від діючих аналогових мереж до цифрових технологій є неминучим. Число абонентів аналогових мереж з кожним роком стрімко зменшується, а в деяких країнах намітився повна відмова від них.

ПОКОЛІННЯ 2G

У США аналоговий стандарт AMPS отримав настільки широке поширення, що пряма заміна його цифровим виявилася практично неможливою. Вихід був знайдений у розробці дворежимної аналого-цифрової системи, що дозволяє поєднувати роботу аналогової і цифрової систем в одному і тому ж діапазоні. Робота над відповідним стандартом була розпочата в 1988 р. і закінчена в 1992 р.; стандарт отримав найменування D-AMPS, або IS-54 (IS - скорочення від Interim Standard, тобто «проміжний стандарт»). Його практичне використання почалося в 1993 р. У Європі ситуація ускладнювалася наявністю безлічі несумісних аналогових систем ("клаптева ковдра"). Тут виходом виявилася розробка єдиного загальноєвропейського стандарту GSM (GSM 900 - діапазон 900 МГц). Відповідна робота була розпочата в 1982 році, до 1987 року були визначені всі основні характеристики системи, а в 1988 р. прийняті основні документи стандарту. Практичне застосування стандарту почалося з 1991 р. Ще один варіант цифрового стандарту, за технічними характеристиками схожий з D-AMPS, був розроблений в Японії в 1993 р.; спочатку він називався JDC, а з 1994 р. - PDC (Personal Digital Cellular - буквально «персональна цифровий стільниковий зв'язок»). Але на цьому розвиток цифрових систем стільникового зв'язку не зупинилося.

Стандарт D-AMPS додатково удосконалився за рахунок введення нового типу каналів управління. Справа в тому, що цифрова версія IS-54 зберегла структуру каналів управління аналогового AMPS, що обмежувало можливості системи. Нові чисто цифрові канали управління введені у версії IS-136, яка була розроблена в 1994 р. і почала застосовуватися в 1996 р. При цьому була збережена сумісність з AMPS і IS-54, але підвищена ємність каналу управління і помітно розширені функціональні можливості системи.

Стандарт GSM, продовжуючи удосконалюватися технічно (послідовно вводяться фази 1, 2 і 2 +), в 1989 р. пішов на освоєння нового частотного діапазону 1800 МГц. Цей напрямок відомо під назвою системи персонального зв'язку. Відмінність останньої від вихідної системи GSM 900 не так технічне, скільки маркетингове за технічної підтримки: більш широка робоча смуга частот у поєднанні з меншими розмірами вічок (сот) дозволяє будувати стільникові мережі значно більшої ємності, і саме розрахунок на масову систему мобільного зв'язку з відносно компактними, легкими, зручними і недорогими абонентськими терміналами був закладений в основу цієї системи. Відповідний стандарт (у вигляді доповнень до вихідного стандарту GSM 900) був розроблений в Європі в 1990 - 1991 рр.. Система отримала назву DCS 1800 (Digital Cellular System - цифрова система стільникового зв'язку; спочатку використовувалося також найменування PCN - Personal Communications Network, що в буквальному перекладі означає «мережа персонального зв'язку») і почала використовуватися з 1993 р. У 1996 р. було прийнято рішення іменувати її GSM 1800. У США діапазон 1800 МГц виявився зайнятий іншими користувачами, але була знайдена можливість виділити смугу частот у діапазоні 1900 МГц, яка отримала в Америці назва діапазону систем персонального зв'язку (PCS - Personal Communications Systems), на відміну від діапазону 800 МГц, за яким збережено назву стільникового (cellular). Освоєння діапазону 1900 МГц почалося з варто 1995 р.; робота в цьому діапазоні передбачена стандартом D-AMPS (версія IS-136, але аналогового AMPS в діапазоні 1900 МГц вже немає), і розроблена відповідна версія стандарту GSM («американський» GSM 1900 - стандарт IS-661).

ПОКОЛІННЯ 2.5G

Покоління 2.5G представлено стандартами GPRS і WiDEN.

Мобільні телефонні мережі спочатку були розраховані саме на передачу голосу. Тому, хоча GSM (Global System for Mobile Communications) і є цифровим стандартом, він призначений для передачі голосу під час телефонної розмови і як результат не дуже підходить для тривалих високошвидкісних з'єднань.

Тому для забезпечення голосових розмов в GSM-мережах для кожного сеансу виділяється пара частот (для передачі даних в обидві сторони), на яких і встановлюється цифрове з'єднання зі швидкістю 9600 біт / с, і вже поверх нього передається закодований і стислий звук. Виділення окремих частот забезпечує окремий фізичний канал, тому при розмові по мобільному не виникають типові для IP-телефонії проблеми перевантажених каналів зв'язку і, як наслідок, випадань слів (у випадку мобільного зв'язку слова також можуть випадати, якщо виникають якісь радіоперешкоди). Швидкості 9600 біт / с цілком достатньо для передачі закодованого голоси «телефонного» якості. Проблема нестачі частоти зазвичай не варто, так як малоймовірно, що всі абоненти, що знаходяться в зоні дії базової станції (яка забезпечує зв'язком дану стільникові), раптом почнуть одночасно дзвонити.

Надання повноцінного швидкісного доступу мережі, та ще й так, щоб не заважати іншим абонентам говорити, вимагає зовсім іншої архітектури побудови мережі мобільного зв'язку, наприклад, такий, як в мережах третього покоління (3G) або найбільш близьких до них сучасних мереж CDMA.

Ось тут-то і прийшла на виручку технологія GPRS. Це своєрідний місток між звичайними (GSM) мережами та мережами третього покоління, що дозволяє реалізувати деякі нові елементи на базі вже існуючих мереж.

При зв'язку мобільного телефону з базовою станцією мобільного мережі за технологією GPRS дані транслюються в паузах між передачею голосу на частотах, які в цей же момент можуть використовуватися для обговорення іншими абонентами.

GPRS (англ. General Packet Radio Service - пакетна радіозв'язок загального користування) - надбудова над технологією мобільного зв'язку GSM, що здійснює пакетну передачу даних. GPRS дозволяє користувачеві мобільного телефону проводити обмін даними з іншими пристроями в мережі GSM і із зовнішніми мережами, у тому числі Інтернет. GPRS припускає тарифікацію за обсягом переданої / отриманої інформації, а не часу.

Служба передачі даних GPRS надбудовується над існуючою мережею GSM. На структурному рівні систему GPRS можна розділити на дві частини: підсистему базових станцій (BSS) і опорну мережу GPRS (GPRS Core Network).

У BSS входять всі базові станції та контролери, які підтримують пакетну передачу даних. Для цього BSC (Base Station Controller) доповнюється блоком управління пакетами - PCU (Packet Controller Unit), а BTS (Base Tranceiver Station) - кодований пристроєм CCU (Channel Codec Unit).

Основним елементом опорної мережі є сервісний вузол підтримки GPRS - SGSN (Serving GPRS Support Node). Він займається обробкою пакетної інформації та перетворенням кадрів даних GSM у формати, використовувані протоколами TCP / IP.

Шлюзи із зовнішніми мережами (Internet, intranet, X.25) називають GGSN (Gateway GPRS Support Node). Обмін інформацією між SGSN і GGSN відбувається на основі IP-протоколів.

Також до складу GPRS Core входять DNS (Domain Name System) і Charging Gateway (шлюз для зв'язку з системою тарифікації).

При використанні GPRS інформація збирається в пакети і передається через невикористовувані в цей момент голосові канали, така технологія передбачає більш ефективне використання ресурсів мережі GSM. При цьому пріоритет передачі - голосовий трафік або передача даних - вибирається оператором зв'язку. Федеральна трійка в Росії використовує безумовний пріоритет голосового трафіку перед даними, тому швидкість передачі залежить не тільки від можливостей обладнання, а й від завантаження мережі. Можливість використання відразу декількох каналів забезпечує достатньо високі швидкості передачі даних, теоретичний максимум при всіх зайнятих таймслот TDMA складає 171,2 кбіт / c. Існують різні класи GPRS, що розрізняються швидкістю передачі даних і можливістю поєднання передачі даних з одночасним голосовим викликом.

Передача даних розділяється за напрямами «вниз» (downlink, DL) - від мережі до абонента, і «вгору» (uplink, UL) - від абонента до мережі. Мобільні термінали розділяються на класи за кількістю одночасно використовуваних таймслотів для передачі і прийому даних. Сучасні телефони (червень 2006) підтримують до 4-х таймслотів одночасно для прийому по лінії «вниз» (тобто можуть брати 85 кілобіт на секунду по кодової схемою CS-4), і до 2-х для передачі по лінії «вгору» (class 10 або 4 +2).

Абоненту, підключеному до GPRS, надається віртуальний канал, який на час передачі пакету стає реальним, а в інший час використовується для передачі пакетів інших користувачів. Оскільки один канал можуть використовувати декілька абонентів, можливе виникнення черги на передачу пакетів, і, як наслідок, затримка зв'язку. Наприклад, сучасна версія програмного забезпечення контролерів базових станцій допускає одночасне використання одного таймслота шістнадцятьма абонентами в різний час і до 5 (з восьми) таймслотів на частоті, разом - до 80 абонентів, що користуються GPRS на одному каналі зв'язку (середня максимальна швидкість при цьому 21, 4 * 5/80 = 1,3 кбіт / с на абонента). Інший крайній випадок - пакетування таймслотів в один безперервний з витісненням голосових абонентів на інші частоти (за наявності таких і з урахуванням пріоритету). При цьому телефон, що працює в режимі GPRS, приймає всі пакети на одній частоті і не витрачає часу на перемикання. У цьому випадку швидкість передачі даних досягає максимально можливої, як і описано вище, 4 +2 таймслота (class 10).

Технологія GPRS використовує GMSK-модуляцію. Залежно від якості радіосигналу, дані, що пересилаються по радіо ефіру, кодуються за однією з 4-х кодових схем (CS1-CS4). Кожна кодова схема характеризується надмірністю кодування і завадостійкістю, і вибирається автоматично залежно від якості радіосигналу.

GPRS за принципом роботи аналогічна Інтернет: дані розбиваються на пакети і відправляються одержувачу (необов'язково одним і тим же маршрутом), де відбувається їх складання. При встановленні сесії кожному пристрою привласнюється унікальний адресу, що по суті перетворює його на сервер. Протокол GPRS прозорий для TCP / IP, тому інтеграція GPRS з Інтернет непомітна кінцевому користувачеві. Пакети можуть мати формат IP або X.25, при цьому не має значення, які протоколи використовуються поверх IP, тому є можливість використання будь-яких стандартних протоколів транспортного та прикладного рівнів, застосовуваних до Інтернету (TCP, UDP, HTTP, HTTPS, SSL, POP3, Jabber та ін.) Також при використанні GPRS мобільний телефон виступає як клієнт зовнішньої мережі, і йому присвоюється IP-адресу (постійний або динамічний).

ПОКОЛІННЯ 2.75G

EDGE (англ. Enhanced Data rates for GSM Evolution) - цифрова технологія для мобільного зв'язку, яка функціонує як надбудова над 2G і 2.5G (GPRS) мережами. Ця технологія працює в TDMA і GSM мережах. Для підтримки EDGE в мережі GSM потрібні певні модифікації та удосконалення. На основі EDGE можуть працювати: ECSD - прискорений доступ в Інтернет по каналу CSD, EHSCSD - по каналу HSCSD, і EGPRS - по каналу GPRS. EDGE був вперше представлений в 2003 році в Північній Америці.

На додаток до GMSK (англ. Gaussian minimum-shift keying) EDGE використовує модуляцію 8PSK (англ. 8 Phase Shift Keying) для п'яти з дев'яти кодових схем (MCS). EDGE отримує 3-х бітове слово за кожну зміну фази несучої. Це ефективно (в середньому в 3 рази в порівнянні з GPRS) збільшує загальну швидкість, що надається GSM. EDGE, як і GPRS, використовує адаптивний алгоритм зміни підстроювання модуляції і кодової схеми (MCS) відповідно до якості радіоканалу, що впливає, відповідно, на швидкість і стійкість передачі даних. Крім того, EDGE представляє нову технологію, якої не було в GPRS - Incremental Redundancy (наростаюча надмірність) - відповідно до якої замість повторної відсилання пошкоджених пакетів відсилається додаткова надлишкова інформація, яка накопичується в приймачі. Це збільшує можливість правильного декодування пошкодженого пакета.

EDGE забезпечує передачу даних зі швидкістю до 474 кбіт на секунду в режимі пакетної комутації (8 тайм-слотів x 59,2 кбіт на схемі кодування MCS-9) відповідаючи, таким чином, вимогам ITU до мереж 3G. Дана технологія була прийнята ITU як частина сімейства IMT-2000 стандартів 3G. Вона також розширює технологію передачі даних з комутацією каналів HSCSD, збільшуючи пропускну здатність цього сервісу.

У 2004 році найбільш активно EDGE був підтриманий GSM-операторами Північної Америки, більш, ніж де-небудь у світі. Причиною цьому послужив сильний суперник: CDMA2000. Більшість інших GSM-операторів розглядали в якості наступного кроку розвитку технологію UMTS, тому зволіли або пропустити впровадження EDGE, або використовувати його там, де буде відсутній покриття UMTS-мережі. Однак висока вартість і обсяг робіт з впровадження UMTS (як показала практика) змусили деяких західноєвропейських операторів переглянути свій погляд на EDGE як на доцільний.

Незважаючи на те, що EDGE не вимагає апаратних змін до NSS-частини мережі GSM, модернізації повинна бути піддана підсистема базових станцій (BSS). Необхідно встановити трансивери, що підтримують EDGE (8PSK модуляцію) і оновити ПЗ. Також потрібні телефони, забезпечують апаратну і програмну підтримку модуляції і кодових схем, що використовуються в EDGE.

 

ПОКОЛІННЯ 3G

3G - «третє покоління», набір послуг, які об'єднують як високошвидкісний мобільний доступ з послугами мережі Інтернет, так і технологію радіозв'язку, яка створює канал передачі даних.

3G - це не просто швидкий доступ до Інтернету, це кардинально новий підхід до спілкування, доступу до інформації і т. д. Іншими словами, ті можливості і ті пристрої, які традиційно розглядалися як виключно стаціонарні, стануть мобільними. Користувач зможе не тільки розмовляти зі своїм співрозмовником, а й бачити його за допомогою відеотелефона, подорожувати по мережі Інтернет, вести бізнес, навчатися, розважатися і все це за допомогою невеликого пристрою, що нагадує сьогоднішній стільниковий телефон. Природно, такі послуги вимагають високошвидкісної передачі даних. Для цього передбачається покрокова модернізація існуючих мереж мобільного зв'язку, які спочатку проектувалися в розрахунку на узкополосную передачу даних, до широкосмугових мереж, що забезпечують необхідну швидкість для мобільних послуг мультимедіа та доступу до Інтернету.

Основою мобільного зв'язку третього покоління стане технологія IP, яка заснована на пакетної передачі даних, що означає постійне перебування абонента в режимі on-line; при цьому оплачуватися буде тільки обсяг переданої та отриманої інформації, а не час з'єднання, як це відбувається сьогодні.

Для реалізації систем третього покоління розроблені рекомендації з глобальних уніфікованих стандартів мобільного зв'язку: забезпечення якості передачі мови, порівнянного з якістю передачі в дротяних мережах зв'язку; забезпечення безпеки, порівнянної з безпекою в провідних мережах; забезпечення національного та міжнародного роумінгу; підтримка декількох місцевих і міжнародних операторів; ефективне використання спектра частот; пакетна і канальна комутація; підтримка багаторівневих стільникових структур; взаємодія з системами супутникового зв'язку; поетапне нарощування швидкості передачі даних аж до 2 Мбіт / с. Незважаючи на те що кінцева мета для всієї індустрії телекомунікацій - створити єдину всесвітню середу мобільного зв'язку, підтримує широкосмугові системи і забезпечує глобальну мобільність, в результаті, швидше за все, виникне деяке сімейство стандартів, забезпечує послуги третього покоління.

Мережі третього покоління 3G працюють на частотах дециметрового діапазону близько 2 ГГц, передаючи дані зі швидкістю 2 Мбіт / с. Вони дозволяють організувати відеотелефонний зв'язок, дивитися на мобільному телефоні фільми і телепрограми і т.д. У світі співіснують два стандарти 3G: UMTS (або W-CDMA) і CDMA2000. UMTS поширений в основному в Європі, CDMA2000 - в Азії і США. За даними Wireless Intelligence, на кінець листопада 2006 р. до світі налічувалося 364 млн абонентів 3G, з них 93,5 млн. були підключені до мереж UMTS і 271100000 - до СDMA2000.

Вирішення цієї проблеми (сумісність стандартів і глобальний роумінг) абсолютно аналогічно вже застосовується сьогодні - розробка багато модових терміналів, здатних працювати в двох і більше стандартах.

Термін 3G використовується для опису сервісів мобільного зв'язку стандарту наступного (третього) покоління, які забезпечують більш високу якість звуку, а також високошвидкісну інтернет-зв'язок і мультимедійні сервіси. Мобільні мережі третього покоління (3G) відрізняються від мереж другого покоління (2G), таких як наприклад цифровий стандарт мобільного зв'язку GSM і перехідного покоління (2.5G), таких як наприклад GPRS - набагато більшою швидкістю передачі даних, а також більш широким набором і високою якістю наданих послуг.

Хоча існує багато різних інтерпретацій того, що являє собою 3G, єдиним визначенням, прийнятим універсально, є визначення, опубліковане Міжнародним Інститутом Електрозв'язку (ITU). ITU, що працює з промисловими організаціями по всьому світу, визначає і затверджує технічні вимоги і стандарти, а також правила використання спектра для систем 3G в рамках програми IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000). IMT-2000 - це рекомендації, розроблені Міжнародним Інститутом Електрозв'язку (ITU), що стосуються питань використання частотного спектра і технічних особливостей для всього сімейства стандартів 3-го покоління. Рекомендації описують шляхи еволюції існуючих у світі стандартів 2-го покоління в стандарти 3-го покоління. ITU вимагає, щоб мережі IMT-2000 (3G), крім інших властивостей, забезпечували поліпшену ємність системи та ефективність використання спектра для систем 2G і підтримували сервіси передачі даних зі швидкостями - мінімум 144 кбіт / с, при використанні в мобільному режимі (не в приміщеннях), і максимум 2 Мбіт / с, у не мобільний умовах (у приміщеннях).

Грунтуючись на цих вимогах, в 1999 році ITU схвалив п'ять радіо інтерфейсів для стандартів IMT-2000, як частина рекомендацій ITU-R M.1457. CDMA2000 - це один з п'яти згаданих стандартів. Він також відомий під назвою IMT-CDMA Multi Carrier у класифікації ITU.

CDMA-2000 3G пропонує практично здійсненне рішення для будь-якого існуючого на ринку стільникового або PCS оператора - а також операторів, що вже мають нову ліцензію 3G. CDMA-2000 був розроблений таким чином, що будь бездротовий носій, незалежно від інтерфейсу, частоти або стандартів базової мережі, може отримати користь з його спектральної ефективності. З урахуванням специфіки існуючих у світі на сьогоднішній день мереж стільникового зв'язку, були розроблені варіанти міграції цих мереж у мережі третього покоління.

У продовження опису переваг мереж третього покоління, можна стверджувати, що крім послуг інтернет доступу і відеоконференц-зв'язку, клієнти 3G зможуть скористатися віддаленим доступом до корпоративної мережі. Третє покоління стільникового зв'язку в корені змінить таке поняття, як мобільна робота. Співробітник зможе виконувати свої завдання в будь-якому місці, навіть не виходячи з дому.

Важливим елементом послуг 3G стане мобільна електронна комерція, коли оплатити товари і послуги можна буде через мобільний телефон. Він тим самим перетвориться у віртуальний гаманець. Крім того, розробники всерйоз розглядають можливість запуску такої послуги, як дистанційна медична діагностика. IMT-2000 забезпечує:

1. високу швидкість передачі даних як усередині приміщень, так і на відкритій місцевості;

2. симетричну й асиметричну передачу даних;

3. підтримку канальної і пакетної комутації для забезпечення таких сервісів, як Internet Protocol (IP) і Real Time Video;

4. висока якість голосу, не уступає якості голосу при передачі по провідній лінії;

5. велику компактність спектра і більш ефективне його використання;

6. можливість глобального роумінгу.

Програма IMT-2000 базується на ряді ознак, що визначають принципи побудови систем 3-го покоління і їхню архітектуру. Вже на першому етапі розгортання вони повинні забезпечувати визначені значення швидкості передачі для різних ступенів мобільності абонента (тобто різних швидкостей його руху) у залежності від величини зони покриття:

до 2,048 Мбіт / с при низькій мобільності (швидкість менше 3 км / год) і локальній зоні покриття;

до 144 кбіт / с при високій мобільності (до 120 км / год) і широкій зоні покриття;

до 64 (144) Кбіт / с при глобальному покритті (супутниковий зв'язок).

Сьогодні у світі існують дві основні конкуруючі концепції 3G: UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems - універсальна мобільна телекомунікаційна система), підтримувана європейськими країнами, і CDMA 2000 (Code Division Multiple Access - мультидоступ з кодовим поділом каналів), прихильниками якого традиційно є азіатські країни і США. В принципі ці дві технології припускають два різних підходи до організації мереж 3G: революційний (UMTS) і еволюційний (різновиди CDMA - CDMA2000, CDMA2000 IX, CDMA2000 IX EvDo). Еволюційний шлях має на увазі збереження частот і поступовий перехід до нових технологій, шляхом нарощування технічних потужностей оператора. UMTS - зовсім новий стандарт, в той час як різновиду CDMA, запропоновані для 3G, є розвитком вже експлуатується у світі технології другого покоління cdmaOne (IS-95).

В даний час мережі 3G уже працюють в Азії, США, у той час як у Європі існує поки тільки в тестових варіантах. Найбільш вражаючих успіхів в області 3G на світовому тлі домоглася Японія. Там сьогодні працюють два оператори, що надають послуги третього покоління, - це NTT DoCoMo і KDDI. До 2003 року в Японії з'явиться третій оператор, що володіє мережею 3G - J-Phone Communications. Використовуючи CDMA2000 і WCDMA технології, перші всесвітні комерційні 3G мережі вже обслуговують мільйони абонентів. До кінця жовтня 2002 року, KDDI підключив 3,9 мільйона абонентів CDMA2000, NTT DоCоMо - 149,000 абонентів FOMA (WCDMA). Також до кінця жовтня загальна кількість абонентів в Кореї склало більш ніж 15 мільйонів абонентів CDMA2000. За даними на 16 грудня 2002 року в світі запущено 32 мережі третього покоління в 16 країнах.

ПОКОЛІННЯ 3.5G

Перехідний покоління 3.5G представлено стандартом HSDPA.

Для стільникових мереж сьогодні існує декілька протоколів, що збільшують швидкість передачі даних. Однак фактично жоден з них не здатний економити ресурси мобільної мережі, що робить такий трафік дорогим і неефективним. Задуманий провідними виробниками інфраструктурного обладнання мобільного зв'язку протокол HSDPA покликаний підвищити продуктивність мережі саме за рахунок більш ефективного використання радіоканалу, зокрема скороченням затримки при передачі пакетів. Технологія HSDPA не несе в собі нічого нового, але змінює уявлення користувача про мобільних мережах передачі даних третього покоління.

HSDPA (англ. High-Speed ​​Downlink Packet Access - високошвидкісна пакетна передача даних від базової станції до мобільного телефону) - стандарт мобільного зв'язку, розглядається фахівцями як один з перехідних етапів міграції до технологій мобільного зв'язку четвертого покоління (4G). Максимальна теоретична швидкість передачі даних за стандартом становить 14,4 Мбіт / сек., Практична досяжна в існуючих мережах - близько 3 Мбіт / сек.

Аналогова, стільникова, адаптивна модуляція

У порівнянні з UMTS, в мережі HSDPA можна передавати в три рази більше даних і підтримувати вдвічі більше користувачів на одну соту.

В її основі лежить теорія, згідно з якою при порівнянних розмірах сот застосування багато кодової передачі дозволяє досягати пікових швидкостей порядку 10 Мбіт / с (теоретично максимальна швидкість передачі даних у цих умовах становить 14,4 Мбіт / с).

Стандарти 3GPP, які стануть п'ятої версії, націлені на подальше збільшення пропускної здатності: досягнення пікових швидкостей порядку 20-30 Мбіт / с за допомогою технології Multiple та інших способів застосування антенних решіток.

Крім того, HSDPA значно покращує якість наданих абоненту мультимедійних послуг (саме за рахунок високої швидкості затримка стає невідчутної, а обсяг переданої інформації збільшується). За словами головного аналітика Gartner Group з питань мобільної інфраструктури Джейсона Чепмена, "позиціонування HSDPA допоможе прискорити впровадження мереж 3G. Ця технологія надає нові можливості для підтримки додатків, включаючи завантаження мережевого контенту ".

ПОКОЛІННЯ 4G

4G - четверте покоління мобільного зв'язку, що характеризується високою швидкістю передачі даних і підвищеною якістю голосового зв'язку.

До четвертого покоління відносяться технології, що дозволяють здійснювати передачу даних зі швидкістю, що перевищує 100 Мбіт / с. Прикладами технологій 4G є Wi-Fi і WiMax, що мають теоретичну межу швидкості передачі в 1 Гбіт / с. Для порівняння максимальна швидкість передачі через GSM (2G) становить 240 кбіт / с, а в 3G - близько 10 Мбіт / с.

4G заснований на протоколах пакетної передачі даних. Для пересилання даних використовується протокол IPv6. Для передачі даних використовуються частоти 40 і 60 GHz. Для чіткого прийому і передачі планують застосовувати адаптивні антени, які зможуть підлаштовуватися під конкретну базову станцію.

Міжнародний союз телекомунікацій визначає технологію 4G як технологію бездротової комунікації, яка дозволяє досягти швидкості передачі даних до 1 Гбіт / с в умовах руху джерела або приймача і до 100 Мбіт / с в умовах обміну даними між двома мобільними пристроями. Пересилання даних в 4G здійснюється по протоколу IPv6 (IP версії 6). Це помітно полегшує роботу мереж, особливо якщо вони різних типів.

Для забезпечення необхідної швидкості використовуються частоти 40 і 60 GHz. Творці приймально-передавального обладнання для 4G застосували випробуваний в цифровому мовленні прийом - технологію мультиплексування з ортогональним поділом частот OFDM. Така методика маніпулювання сигналом дозволяє значно "ущільнити" дані без взаємних перешкод і спотворень. При цьому відбувається розбиття по частотах з дотриманням ортогональності: максимум кожної несучої хвилі припадає на той момент, коли сусідні мають нульове значення. Цим виключається їх взаємодія, а також більш ефективно використовується частотний спектр - не потрібні захисні "протівоінтерференціонние" смуги. Для передачі сигналу застосовується модуляція із зсувом фази (PSK і її різновиди), при якій пересилається більше інформації за відрізок часу, або квадратно амплітудна (QAM), більш сучасна і дозволяє вичавити максимум з пропускної спроможності каналу. Конкретний тип вибирається залежно від необхідної швидкості та умов прийому. Сигнал розбивається на певну кількість паралельних потоків при передачі і збирається при прийомі.

Прийнято єдиний стандарт передачі даних в рамках LTE мереж

Велика кількість операторів мобільного зв'язку, а також виробників телефонів домовилися про використання загального стандарту для передачі голосових повідомлень і SMS в мережі LTE (Long Term Evolution). Серед учасників угоди присутні AT & T, Orange, Telefonica, TeliaSonera, Verizon, Vodafone, Alcatel-Lucent, Ericsson, Nokia Siemens Networks, Nokia, Samsung Electronics і Sony Ericsson. Компанії працювали над єдиним набором правил в рамках ініціативи One Voice, яка дозволить забезпечити сумісність між різними провайдерами та мобільними пристроями.

Використання єдиного стандарту дасть можливість компаніям забезпечувати стабільний роумінг, Це необхідно для забезпечення плавного переходу від мереж GSM і HSDPA до стандарту Long Term Evolution. Багато компаній вже анонсували модеми для цього мереж, які використовують додаткові швидкісні можливості каналів, які, теоретично, складають 326,4 Мбіт / с на закачування, і 172,8 Мбіт / с на віддачу.

Перше розгортання LTE мереж очікується в деяких країнах до кінця 2008 року. Оператор Verizon заявляє, що почне надавати подібні послуги у 2010 році, а AT & T планує зробити це в 2011 році.

Технологія LTE

 

Long-Term Evolution (LTE) розглядається багатьма, як природний спадкоємець поточних технологій 3G. Частково це пов'язано з тим, що він оновлює мережі UMTS до значно більш високих швидкостей передачі даних, як на скачуванні, так і на закачування. Специфікація передбачає пікову швидкість скачування на рівні в 100Мбит/сек, а закачування - у 50Мбіт/сек. Однак у тестах реального світу швидкості передачі даних, швидше за все, будуть перебувати в районі 5-12Мбіт/сек на викачуванні і 2-5Мбіт/сек на закачування.

У цілому стандарт LTE розробляється консорціумом 3rd Generation Partnership Project (або 3GPP) як восьмий випуск того, що з 1992 року еволюціонує з сімейства стандартів GSM.

LTE передбачає два фундаментальних аспекти. Перший аспект полягає в тому, що технологія, нарешті, залишає позаду комутовані мережі своїх GSM-коренів і переходить на мережеву архітектуру all-IP. Це значний зсув, якої в найпростішій термінології означає, що LTE буде обробляти все, що передає, включаючи голос, і дані. Інший же аспект полягає у використанні технології MIMO (або безлічі антен як на адміністратора, так і на передавальній сторонах) для поліпшення продуктивності зв'язку. Така система може використовуватися як для збільшення пропускної здатності, так і для зниження рівня перешкод.

Причина серйозної підтримки LTE з боку бездротової індустрії лежить у відносній простоті переходу поточних мереж 3G на LTE (в порівнянні з впровадженням WiMAX). Для LTE потрібно створити менше базових мережевих станцій, та й проникнення в будівлі в спектрі 700MHz, використовуваному в LTE, відбувається краще. Однак розгортання WiMAX вже почалося і триває, тоді як формальний дебют LTE повинен відбутися лише через кілька місяців.

Інтерес операторів зв'язку до технології LTE пов'язаний, зокрема, з тим, що розгортання LTE-мереж - значно більш вигідний проект, ніж мережі третього покоління. LTE краще використовує частотний спектр (відрізняється підвищеною ємністю і меншою затримкою сигналу - для невеликих пакетів цей показник може становити практично непомітні 5 мс).

Впровадження технології LTE дозволить операторам зменшити капітальні та операційні витрати, знизити сукупну вартість володіння мережею, розширити спектр послуг, пов'язаних з передачею даних по високошвидкісних каналах. З абонентської точки зору, різке збільшення швидкості передачі даних серйозно поліпшить якість надаваних послуг, що, в свою чергу, сприятиме поширенню нових платних мультимедійних сервісів (багатокористувацьких ігор, соціальних мереж, відеоконференцій, систем моніторингу, інтерактивних онлайн-додатків та ін.)

Можливості використання технології LTE

- У мобільних телефонах - відеодзвінок і мобільне телебачення.

- У смартфонах і комунікаторах - участь в інтерактивних іграх, швидке завантаження супутникових карт місцевості, інтерактивний перегляд відеоконтенту (від новин до фільмів).

- У ноутбуках і нетбуках (через вбудований або зовнішній USB-модем) - швидкісний доступ в інтернет для скачування музики і фільмів в HD-якості.