Що таке покоління мереж стільникового зв'язку? | Історія мобільного зв'язку | 1G | Бездротові технології | Стандарти бездротового зв'язку

1. Історія стільникового зв'язку
2. Перше покоління мобільного зв'язку (1G)
3. Табл. 1 Характеристики аналогових стандартів стільникового зв'язку
4. Друге покоління мобільного зв'язку (2G)
5. Основні цифрові стандарти систем стільникового зв'язку другого покоління:
6. Табл. 2. Порівняння систем стільникового зв'язку другого покоління (2G)
7. покоління 3,5G
8. Четверте покоління мобільного зв'язку (4G)
9. Табл. 3. Еволюція мобільної телефонії
11. Читайте також:

подробиці

Покоління стільникового зв'язку - це набір функціональних можливостей роботи мережі, а саме: реєстрація абонента, встановлення виклику, передача інформації між мобільним телефоном і базовою станцією по радіоканалу, процедура встановлення виклику між абонентами, шифрування, роумінг в інших мережах, а також набір послуг, що надаються абоненту.

Історія стільникового зв'язку

Еволюція систем стільникового зв'язку включає в себе кілька поколінь 1G, 2G , 3G і 4G . Ведуться роботи в області створення мереж мобільного зв'язку нового п'ятого покоління ( 5G ). Стандарти різних поколінь, в свою чергу, поділяються на аналогові (1G) і цифрові системи зв'язку (інші).

Розглянемо їх докладніше.

Зв'язок завжди мала велике значення для людства. Коли зустрічаються дві людини, для спілкування їм досить голосу, але при збільшенні відстані між ними виникає потреба в спеціальних інструментах. Коли в 1876 році Олександр Грехем Белл винайшов телефон, був зроблений значний крок, який дозволив спілкуватися двом людям, однак для цього їм необхідно було перебувати поруч зі стаціонарно встановленим телефонним апаратом! Понад сто років провідні лінії були єдиною можливістю організації телефонного зв'язку для більшості людей. Системи радіозв'язку, які не залежать від проводів для організації доступу до мережі, були розроблені для спеціальних цілей (наприклад, армія, поліція, морський флот і замкнуті мережі автомобільної радіозв'язку), і, врешті-решт, з'явилися системи, що дозволили людям спілкуватися по телефону, використовуючи радіозв'язок. Ці системи призначалися головним чином для людей, що їздили на машинах, і стали відомі як телефонні системи рухомого зв'язку.

Перше покоління мобільного зв'язку (1G)

Офіційним днем ​​народження стільникового зв'язку вважається 3 квітня 1973 року, коли глава підрозділу мобільного зв'язку компанії Motorola Мартін Купер подзвонив начальнику дослідного відділу AT & T Bell Labs Джоелю Енгелю, перебуваючи на жвавій Нью-йоркської вулиці. Саме ці дві компанії стояли біля витоків мобільної телефонії. Комерційну реалізацію дана технологія отримала 11 років по тому, в 1984 році, у вигляді мобільних мереж першого покоління (1G), які були засновані на аналоговому способі передачі інформації.

Основними стандартами аналогового мобільного зв'язку стали AMPS (Advanced Mobile Phone Service - вдосконалена рухома телефонна служба) (США, Канада, Центральна і Південна Америка, Австралія), TACS (Total Access Communications System - тотальна система доступу до зв'язку) (Англія, Італія, Іспанія , Австрія, Ірландія, Японія) і NMT (Nordic Mobile Telephone - північний мобільний телефон) (країни Скандинавії і ряд інших країн). Були й інші стандарти аналогового мобільного зв'язку - З-450 в Німеччині і Португалії, RTMS (Radio Telephone Mobile System - радіотелефонна мобільна система) в Італії, Radiocom 2000 у Франції. В цілому мобільний зв'язок першого покоління представляла собою клаптикову ковдру несумісних між собою стандартів.

Табл. 1 Характеристики аналогових стандартів стільникового зв'язку

характеристика

AMPS

TACS

NMT-450

NMT-900

Radiocom 2000

NTT

Діапазон частот, МГц

825-845

870-890

935-950

(917-933)

890-905

(872-888)

453-457,5

463-467,5

935-960

890-915

424.8-427.9 418.8-421.9

925-940 870-885

Радіус стільники, км

2-20

2-20

2-45

0,5-20

5-20

5-10

Потужність передавача БС, Вт

45

50

-

-

-

25

Ширина смуги частот каналу, кГц

30 (12,5)

25

25

25 / 12,5

12,5

25

Час перемикання на кордоні стільники, мс

250

290

1250

270

-

800

Мінімальне відношення сигнал \ шум, дБ

10 (6,5)

10

15

15

-

15

За часів 1G ніхто не думав про послуги передачі даних - це були аналогові системи, задумані і розроблені виключно для здійснення голосових викликів і деяких інших скромних можливостей. Модеми існували, однак через те, що бездротовий зв'язок більш схильна до шумів і спотворень, ніж звичайна дротова, швидкість передачі даних була неймовірно низькою. До того ж, вартість хвилини розмови в 80-х була такою високою, що мобільний телефон міг вважатися розкішшю.

У всіх аналогових стандартах застосовується частотна (ЧМ) або фазова (ФМ) модуляція для передачі мови і частотна маніпуляція для передачі інформації управління. Цей спосіб має ряд істотних недоліків: можливість прослуховування розмов іншими абонентами, відсутність ефективних методів боротьби з завмираннями сигналів під впливом навколишнього ландшафту і будівель або внаслідок пересування абонентів. Для передачі інформації різних каналів використовуються різні ділянки спектру частот - застосовується метод множинного доступу з частотним поділом каналів (Frequency Division Multiple Access - FDMA). З цим безпосередньо пов'язаний основний недолік аналогових систем - відносно низька ємність, що є наслідком недостатньо раціонального використання виділеної смуги частот при частотному поділі каналів.

У кожній країні була розроблена власна система, несумісна з іншими з точки зору обладнання та функціонування. Це призвело до того, що виникла необхідність у створенні спільної європейської системи рухомого зв'язку з високою пропускною спроможністю і зоною покриття всієї європейської території. Останнє означало, що одні й ті ж мобільні телефони могли використовуватися у всіх Європейських країнах, і що вхідні дзвінки повинні були автоматично направлятися в мобільний телефон незалежно від місцезнаходження користувача (автоматичний роумінг). Крім того, очікувалося, що єдиний Європейський ринок із загальними стандартами призведе до здешевлення призначеного для користувача устаткування і мережевих елементів незалежно від виробника.

Друге покоління мобільного зв'язку (2G)

У 1982 році CEPT (франц. Conférence européenne des administrations des postes et télécommunications - Європейська конференція поштових і телекомунікаційних відомств) сформувала робочу групу, названу спеціальною групою по рухомого зв'язку GSM (Франц. Groupe Spécial Mobile) для вивчення і розробки пан-Європейської наземної системи рухомого зв'язку загального застосування - друге покоління систем стільникового телефонії (2G). Назва робочої групи GSM також стало використовуватися в якості назви системи рухомого зв'язку. У 1989 році обов'язки CEPT були передані в Європейський інститут стандартів в телекомунікації ETSI (англ. European Telecommunications Standards Institute). Спочатку GSM призначалася тільки для країн-членів ETSI. Однак багато інших країн також мають реалізовану систему GSM, наприклад, Східна Європа, Середній Схід, Азія, Африка, Тихоокеанський регіон і Північна Америка (з похідною від GSM, названої PCS1900). Назва GSM стало означати "глобальна система для рухомого зв'язку", що відповідає її сутності.

Перші мобільні мережі другого покоління (2G) з'явилися в 1991 році. Їх основною відмінністю від мереж першого покоління став цифровий спосіб передачі інформації, завдяки чому з'явилася, улюблена багатьма, послуга обміну короткими текстовими повідомленнями SMS (Англ. Short Messaging Service). При будівництві мереж другого покоління Європа пішла шляхом створення єдиного стандарту - GSM, в США більшість 2G-мереж було побудована на базі стандарту D-AMPS (Digital AMPS - цифровий AMPS), що є модифікацією аналогового AMPS. До речі, саме ця обставина стала причиною появи американської версії стандарту GSM - GSM1900. З розвитком і поширенням Інтернет, для мобільних пристроїв мереж 2G, був розроблений WAP (англ. Wireless Application Protocol - бездротовий протокол передачі даних) - протокол бездротового доступу до ресурсів глобальної мережі Інтернет безпосередньо з мобільних телефонів.

Основними перевагами мереж 2G в порівнянні з попередниками було те, що телефонні розмови були зашифровані за допомогою цифрового шифрування; система 2G представила послуги передачі даних, починаючи з текстових повідомлень СМС.

Зростаюча потреба користувачів мобільного зв'язку в використанні Інтернет з мобільних пристроїв основним поштовхом для появи мереж, покоління 2,5G, які стали перехідними між 2G і 3G. Мережі 2,5G використовують ті ж стандарти мобільного зв'язку, що і мережі 2G, але до наявних можливостей додалася підтримка технологій пакетної передачі даних - GPRS (англ. General Packet Radio Service - пакетна радіозв'язок загального користування), EDGE (Англ. Enhanced Data rates for GSM Evolution - підвищена швидкість передачі даних для розвитку GSM) в мережах GSM. Використання пакетної передачі даних дозволило збільшити швидкість обміну інформацією при роботі з мережею Інтернет з мобільного пристроїв до 384 кбіт / с, замість 9,6 кбіт / с у 2G-мереж.

Система HSCSD (англ. High Speed ​​Circuit Switched Data - високошвидкісна передача даних) є найпростішою модернізацією системи GSM, призначеної для передачі даних. Суть цієї технології полягала у виділенні одному абоненту не одного, а декількох (теоретично до восьми) тимчасових інтервалів. Таким чином, максимальна швидкість збільшувалася до 115,2 кбіт / с. HSCSD забезпечувала швидкість, достатню для виходу в Інтернет, однак, при передачі даних інформаційні пакети розділені невизначеними за часом проміжками, таким чином, використання цієї технології вкрай марнотратно. Справа в тому, що мережі HSCSD, як і класичні мережі GSM, засновані на технології комутації каналів, в яких за абонентом закріплюють двобічний канал на весь час сеансу зв'язку. Через пауз у передачі канальний ресурс витрачався нераціонально.

Подальшою еволюцією системи GSM стала технологія GPRS. Її впровадження сприяло більш ефективному використанню канального ресурсу і створення комфортного середовища при роботі з мережею Інтернет. Система GPRS розроблена як система пакетної передачі даних з теоретичної максимальною швидкістю передачі близько 170 кбіт / с. GPRS співіснує з мережею GSM, повторно використовуючи базову структуру мережі доступу. Система GPRS є розширенням мереж GSM з наданням послуг передачі даних на існуючій інфраструктурі, в той час як базова мережа розширюється за рахунок накладення нових компонентів і інтерфейсів, призначених для пакетної передачі.

Прогрес не стояв на місці і, для збільшення швидкості передачі даних, була винайдена нова система - EDGE. Вона передбачала введення нової схеми модуляції. В результаті стала досяжна швидкість в 384 кбіт / с. EDGE була введена в мережах GSM з 2003 фірмою Cingular (нині AT & T) в США.

Технології GPRS і EDGE в різних джерелах називали по-різному. Вони вже переросли в другому поколінні, але ще не дотягували до третього. Найчастіше GPRS називали 2,5G, EDGE - 2,75G.

Основні цифрові стандарти систем стільникового зв'язку другого покоління:

• D-AMPS (Digital AMPS - цифровий AMPS; діапазони 800 МГц і 1900 МГц);
• GSM (Global System for Mobile communications - глобальна система мобільного зв'язку, діапазони 900, 1800 і 1900 МГц);
• CDMA (діапазони 800 і 1900 МГц);
• JDC (Japanese Digital Cellular - японський стандарт цифрового стільникового зв'язку).

Табл. 2. Порівняння систем стільникового зв'язку другого покоління (2G)

Третє покоління мобільного зв'язку (3G)

Подальшим розвитком мереж мобільного зв'язку став перехід до третього покоління (3G). 3G - це стандарт мобільного цифрового зв'язку, який під абревіатурою IMT-2000 (англ. International Mobile Telecommunications - міжнародна мобільний зв'язок 2000) об'єднує п'ять стандартів - W-CDMA, CDMA2000, TD-CDMA / TD-SCDMA, DECT (Англ. Digital Enhanced Cordless Telecommunication - технологія поліпшеного цифровий бездротового зв'язку). З перерахованих складових частин 3G тільки перші три представляють собою повноцінні стандарти стільникового зв'язку третього покоління. DECT - це стандарт бездротової телефонії домашнього або офісного призначення, який в рамках мобільних технологій третього покоління, може використовуватися тільки для організації точок гарячого підключення (хот-спотів) до даних мереж.

Стандарт IMT-2000 дає чітке визначення мереж 3G - під мобільною мережею третього покоління розуміється інтегрована мобільна мережа, яка забезпечує: для нерухомих абонентів швидкість обміну інформацією не менш 2048 кбіт / с, для абонентів, що рухаються зі швидкістю не більше 3 км / год - 384 кбіт / с, для абонентів, які прямують зі швидкістю не більше 120 км / ч - 144 кбіт / с. При глобальному супутниковому покритті мережі 3G повинні забезпечувати швидкість обміну не менше 64 кбіт / с. Основою всіх стандартів третього покоління є протоколи множинного доступу з кодовим розділенням каналів. Подібна технологія мережевого доступу не є чимось принципово новим. Перша робота, присвячена цій темі, була опублікована в СРСР ще в 1935 році Д.В. Агеєвим.

Технічно мережі з кодовим поділом каналів працюють таким чином - кожному користувачеві привласнюється певний числовий код, який поширюється по всій смузі частот, виділених для роботи мережі. При цьому будь-яке тимчасове поділ сигналів відсутня, і абоненти використовують всю ширину каналу. При цьому, природно, сигнали абонентів накладаються один на одного, але завдяки числовому коду можуть бути легко диференційовані. Як було згадано вище, дана технологія відома досить давно, проте до середини 80-х років минулого століття вона була засекреченою і використовувалася виключно військовими і спецслужбами. Після зняття грифів секретності почалося її активне використання і в цивільних системах зв'язку.

покоління 3,5G

Подальшим розвитком мереж стала технологія HSPA (Англ. High Speed ​​Packet Access - високошвидкісний пакетний доступ), яку стали називати 3,5G. Спочатку вона дозволяла досягти швидкості в 14,4 Мбіт / с, проте зараз теоретично досяжна швидкість 84 Мбіт / с і більше. Вперше HSPA була описана в п'ятій версії стандартів 3GPP. В її основі лежить теорія, згідно з якою при порівнянних розмірах сот застосування многокодовой передачі дозволяє досягати пікових швидкостей.

Четверте покоління мобільного зв'язку (4G)

У березні 2008 року сектор радіозв'язку Міжнародного союзу електрозв'язку (МСЕ-Р) визначив ряд вимог для стандарту міжнародної рухомий бездротового широкосмугового зв'язку 4G , Який отримав назву специфікацій International Mobile Telecommunications Advanced (IMT-Advanced), зокрема встановивши вимоги до швидкості передачі даних для обслуговування абонентів: швидкість 100 Мбіт / с повинна надаватися високоподвіжной абонентам (наприклад, поїздам і автомобілів), а абонентам з невеликою рухливістю (наприклад пішоходам і фіксованим абонентам) повинна надаватися швидкість 1 Гбіт / с.

Так як перші версії мобільного WiMAX (Англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access - всесвітня сумісність для мікрохвильового доступу) і LTE (англ. Long Term Evolution - довгостроковий розвиток) підтримують швидкості значно менше 1 Гбіт / с, їх не можна назвати технологіями, відповідними IMT-Advanced, хоча вони часто згадуються постачальниками послуг, як технології 4G. 6 грудня 2010 року МСЕ-Р визнав, що найбільш просунуті технології розглядають як 4G.

Основний, базової, технологією четвертого покоління є технологія ортогонального частотного ущільнення OFDM (англ. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing - мультиплексування з ортогональним частотним поділом каналів). Крім того, для максимальної швидкості передачі використовується технологія передачі даних за допомогою N антен і їх прийому М антенами - MIMO (Англ. Multiple Input / Multiple Output - безліч входів / безліч виходів). При даній технології передають і прийомні антени рознесені так, щоб досягти слабкою кореляції між сусідніми антенами.

Таким чином, еволюцію стандартів мобільного зв'язку можна представити в наступному вигляді:

Мал. 1. Еволюція стандартів мобільного зв'язку

Порівняльні характеристики стандартів різних поколінь мобільного зв'язку можна звести в наступну таблицю:

Табл. 3. Еволюція мобільної телефонії

1G

2G

3G

• аналогова телефонія
• мобільність
• базові послуги
• несумісність стандартів

• Цифрова телефонія і передача повідомлень
• Мобільність і роумінг
• Підтримка передачі даних
• Додаткові послуги
• Полуглобальное рішення

• Широкосмугова передача даних і передача мови по протоколу IP (VoIP)
• Мобільність і роумінг
• Сервісна концепція і моделі
• глобальне рішення

c 1980-х

c 1990-х

c 2000-х

П'яте покоління мобільного зв'язку (5G)

В даний час ведуться науково-дослідні роботи в напрямку розробки та створення мереж 5G . До мереж п'ятого покоління заявлені такі вимоги (в порівнянні з LTE):

- Зростання в 10-100 разів швидкості передачі даних в розрахунку на абонента;

- Зростання в 1000 разів середнього споживаного трафіку абонентом на місяць;

- Можливість обслуговування більшого (в 100 разів) числа підключаються до мережі пристроїв;

- Багаторазове зменшення споживання енергії абонентських пристроїв;

- Скорочення в 5 і більше разів затримок в мережі;

- Зниження загальної вартості експлуатації мереж п'ятого покоління.

Розробкою мереж 5G займаються кілька країн по всьому світу. В даний час завдання - визначитися, на базі яких технологій будуть розгортатися нові мережі. Оптимізація і стандартизація обладнання, а також перші дослідні запуски заплановані на 2015-2018 роки, а в 2018-2020 очікується розгортання перших некомерційних мереж 5G для дослідної експлуатації. Комерційний запуск мереж п'ятого покоління очікується не раніше 2020 року.

Більш детальну інформацію про еволюцію мереж мобільного зв'язку, поточний стан, трендах і перспективи її розвитку читайте в новітній книзі-довіднику " Мобільний зв'язок на шляху до 6G ".

Читайте також:

Відео про 5G простою мовою. Лекції по мобільному зв'язку п'ятого покоління (5G)

Що таке 5G?

Канал про технології та відомих людей в телекомі та ІТ "ТНД". Підписуйтесь!

Мережі 5G: поточний стан та перспективи розвитку. Інтерв'ю з автором книги «Мобільний зв'язок на шляху до 6G» Антоном Степутіним

Загальні відомості про технологію LTE-Advanced

Переваги та недоліки 3G в порівнянні з 2G

На шляху до 5G. Вебінар "Технічні основи 4G / LTE і 5G" (для технічних фахівців)

LTE

Міжнародний З'їзд провідних фахівців галузі телекомунікацій TELECOMTREND

Розрахунок швидкості в LTE

Офіційна група порталу 1234G.ru вконтакте. Приєднуйтесь!

{Jcomments on}