Особенности Стандартов мобильной связи 3G и 4G

Жизнь современного человека нельзя представить без мобильной связи. Первыми «переносными трубками» стали радиотелефоны, к ним относится самое первое поколение сотовой связи 1G, а именно – стандарт NMT (Nordic Mobile Telephone), который появился на мировом рынке в 1981 году…

К 1991 году относят рождение 2G поколения сотовой связи – GSM (Global System for Mobile Communications) стандарт. В России он появился к концу 1990-х годов. Его диапазон частот был 890-960 МГц, а затем и 1800 МГц.

Во втором поколении связь стала более качественной за счет оцифровки звука. Но из-за того, что уровень сигнала был слишком низким, GSM-операторы вынуждены размещать как можно большее количество базовых станций, чтобы люди не испытывали проблем со связью.

К тому же скорость передачи данных внутри GSM не превышает 9,6 кбит/с, что не позволяет передачу более высококачественного звука, видео.

Решить проблему узкого канала сетей GSM был призван стандарт GPRS (General Packet Radio Service), известный как 2.5G или поколение «два с половиной». Такое название он получил по той причине, что стал промежуточным между вторым (2G) и третьим (3G) поколением.

По сути, это надстройка над GSM, чтобы сделать доступным (то есть более быстрым и дешевым) пользование сетью Интернет. Он обеспечивает скорость передачи данных от 56 до 114 Кбит/c. Позднее GPRS эволюционировал в EDGE стандарт (его называют 2,75G), скорость передачи данных при котором стала  474 Кбит/c.

Стандарт 3G был разработан Международным союзом электросвязи (International Telecommunication Union, ITU) и носит название IMT 2000 (International Mobile Telecommunications 2000). Под этой аббревиатурой объединены пять стандартов, и только некоторые из них обеспечивают полное покрытие в различных диапазонах, поэтому фактически только они могут рассматриваться в качестве полноценных 3G решений.

Используются три основных стандарта 3G: UMTS (Universal Mobile Telecommunications Service), CDMA2000 и WCDMA (Wide CDMA). Все они настроены на пакетную передачу данных и, соответственно, на работу с цифровыми компьютерными сетями, включая Интернет.

Согласно стандартам IMT-2000, под мобильной связью третьего поколения 3G понимается интегрированная сеть, обеспечивающая следующие скорости передачи данных: для абонентов с высокой мобильностью (до 120 км/ч) – не менее 144 кбит/с, для абонентов с низкой мобильностью (до 3 км/ч) – 384 кбит/с, для неподвижных объектов на коротких расстояниях – 2,048 Мбит/с.

Сеть мобильной связи третьего поколения, благодаря высокой скорости передачи данных, позволяет осуществлять видеозвонки (когда собеседники видят друг друга на экранах мобильных телефонов), реализовывать различные мультимедийные сервисы, требующие высокую скорость передачи данных, а также предоставляет высокоскоростной доступ к интернету, в любой точке, где есть 3G сеть, что позволяет забыть о привязке к проводной точке доступа к интернету (дома или в офисе).

Главным отличием 3G от сетей второго поколения является индивидуализация, то есть, присвоение каждому абоненту IP-адреса, подобно Интернету. Еще один плюс – абоненты могут находиться в сети постоянно, не беспокоясь о материальных средствах, так как оплата насчитывается не за время, а за трафик.

Для реализации систем третьего поколения разработаны рекомендации по глобальным унифицированным стандартам мобильной связи: обеспечение качества передачи речи, сравнимого с качеством передачи в проводных сетях связи; обеспечение безопасности, сравнимой с безопасностью в проводных сетях; обеспечение национального и международного роуминга; поддержка нескольких местных и международных операторов; эффективное использование спектра частот; пакетная и канальная коммутация; поддержка многоуровневых сотовых структур; взаимодействие с системами спутниковой связи; поэтапное наращивание скорости передачи данных вплоть до 2 Мбит/с.

Наибольшее развитие сети третьего поколения получили в Японии и Южной Корее. Первая коммерческая 3G-сеть FOMA была запущена 1 октября 2001 года в Японии оператором NTT DoCoMo на базе стандарта W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access). В Европе первая сеть третьего поколения была запущена 3 марта 2003 года в Великобритании оператором Hutchison. Она построена на базе того же стандарта W-CDMA и получила короткое и понятное название – «3».

В регионах России сеть 3G представлена фрагментарно, в Москве ее покрытие ограничивается несколькими торговыми и офисными центрами.

К связи четвертого поколения (4G), как правило, относят технологии, которые позволяют передавать данные в сотовых сетях со скоростью выше 100 Мбит/сек.

Технология LTE (Long-Term Evolution) – это основное направление эволюции сетей сотовой связи третьего поколения (3G). В январе 2008 года международное объединение Third Generation Partnership Project (3GPP), разрабатывающее перспективные стандарты мобильной связи, утвердило LTE в качестве следующего после UMTS стандарта широкополосной сети мобильной связи.

Сети 4G на основе стандарта LTE способны работать практически по всей ширине спектра частот от 700 МГц до 2,7 ГГц.

LTE обеспечивает теоретическую пиковую скорость передачи данных до 326,4 Мбит/с от базовой станции к пользователю и до 172,8 Мбит/с в обратном направлении.

Технология Long Term Evolution, как ожидается, приведет к появлению качественно новых мобильных сервисов: пользователи смогут в режиме реального времени получать видео высокого качества, работать с интерактивными службами и пр.

В апреле 2009 года сеть LTE показала Motorola на выставке CTIA Wireless. В мае шведский оператор Telia продемонстрировал первый в мире участок сети сотовой связи, построенный по технологии LTE. Над созданием таких сетей работают Verizon, Bell и Telus.

В широком понимании к 4G относят также технологии беспроводной передачи интернет-данных Wi-Fi (скоростные варианты этого стандарта) и WiMAX (в теории скорость может превышать 1 Гбит/сек).

Wi-Fi (Wireless Fidelity) – современная беспроводная технология соединения компьютеров в сеть или подключения их к Интернету. Wi-Fi разработан консорциумом Wi-Fi Alliance. Стандарт Wi-Fi позволяет предоставить высокоскоростной доступ ко всем ресурсам сети Интернет (электронная почта, Интернет-серфинг, ICQ и т.д.) с ноутбука, смартфона или КПК в зоне покрытия сети Wi-Fi. Технология обеспечивает одновременную работу в сети нескольких десятков активных пользователей, скорость передачи информации для конечного абонента может достигать 54 Мбит/с.

Стандарт WiMAX (аббревиатура от Worldwide Interoperability for Microwave Access) – технология широкополосной беспроводной связи, которая? в отличие от других технологий радиодоступа, обеспечивает высокоскоростные соединения на больших расстояниях даже при отсутствии прямой видимости объекта, на отраженном сигнале.

Этот стандарт был разработан корпорацией Intel, крупнейшим мировым производителем микрочипов. Соответственно, WiMAX-чипами будут в первую очередь комплектовать ноутбуки. Скорей всего, со временем WiMAX вытеснит Wi-Fi, так как Wi-Fi действует в радиусе нескольких метров от точки доступа, у мобильного WiMAX покрытие существенно больше. И кроме того, он позволяет абоненту, если тот перемещается со скоростью до 120 км/ч, переключаться между станциями.

Летом 2009 года в России в коммерческую эксплуатацию была запущена первая в России сеть беспроводного быстрого интернета по технологии Mobile WiMAX (4G). Поставщиком услуг на базе этой сети стала компания «Скартел», известная под брендом Yota. Сеть обеспечивает высокую скорость доступа в интернет – до 10 Мбит/с, в любое время, в любом месте зоны покрытия и поддерживает соединение даже в движении, на скорости до 120 км/ч.