Поколения мобильной связи реферат

Обновлено: 05.07.2024

В общей сложности эволюция мобильной связи происходила в следующем порядке - 1G, 2G, 3G и 4G.На момент написания и опубликования статьи, поколение новой мобильной связи 5G уже проходится тестирование в некоторых странах и городах:

США в городах: Хьюстоне, Индианаполисе, Лос-Анджелесе и Сакраменто

Южной Корее в различных крупных городах, а также в Сеуле.

Швейцарии – 54 города.

Германии в нескольких городах: Бонне и Берлине.

Так же, уже готовиться внедрение шестого поколения мобильной связи - 6G во второй половине 2020-х — 2030-е.

Поколения сотовой связи — это набор функциональных возможностей работы сети в рамках определенных стандартов, включая в себя: регистрацию абонента, передачу информации, шифрование, роуминг, а также набор различных услуг, предоставляемых абоненту. И уже в каждое поколение входят различные стандарты, которые с каждым поколением совершенствуются.
Так какой стандарт связи лучше? Сейчас разберемся!

Эти стандарты сотовой связи разделяются на 2 типа:

Цифровые – Все остальные стандарты мобильной связи (2G, 3G, 4G, 5G).

Рабочая частота (мГц):

Первое поколение – 1G.

В 1984 году в коммерческое пользование вышла технологии первого поколения мобильной связи - 1G и функционировала она на аналоговом способе передачи данных. Использовались тогда аналоговые системы и была возможность осуществления только голосовых звонков. Ведь только для голосовых вызовов она и разрабатывалась. Стоимость минуты разговора в 80-х годах была весьма высокой и мобильный телефон в те годы считался дорогим, и редким удовольствием.

Первое поколение имело свои недостатки, а именно:

Отсутствие какого-либо шифрования.

Была возможность прослушивания голосовых вызовов.

Проблемы осуществления роуминга.

Большой вес и стоимость абонентских терминалов.

Полное отсутствие эффективных методов борьбы с замиранием сигнала, даже при передвижении абонента.

Стандарты сотовой связи – 2G.

Основные преимущества в сравнении с 1G:

Высокая емкость сети.

Появилось в сравнении с прошлым поколением - шифрование информации при передаче.

Стала возможна передачи данных.

Куда более лучшая помехоустойчивость.

Возможность создания роуминга.

Вес и стоимость абонентских терминалов стала меньше.

После GSM появилась новая и совершенная технология - GPRS. Данный стандарт сотовой связи позволяет пользователю передавать данные другому устройству в сети интернет. Эта система была создана для пакетной передачи данных с возможной скоростью не более 170 кбит/с.
Данный стандарт применялся для:

Спутникового отслеживания транспорта.
Мобильный и в свою очередь безопасный доступ для сотрудников к корпоративным сетям, почтовым и информационным серверам предприятий.
Доступ в интернет с мобильного устройства с приемлемой на то время скоростью передачи данных, а также с тарификацией по переданным/полученным данным.

После GPRS появилась более новая технология EDGE. Главные отличия от прошлой технологии - способ кодирования данных, благодаря чему возможно передавать куда больший объем данных. Пиковая достижимая скорость передачи данных, не более чем 474 кбит/с.

Для усиления голосовой связи на частоте 900 МГц, мы рекомендуем следующие готовые комплекты:

Выбирать данные комплекты, мы настоятельно рекомендуем по необходимой мощности усиления, а также силе входного сигнала.

Стандарты связи 3G.

Преимущество поколения 3G над прошлым:

Более лучшая устойчивость к помехам
Повышенная безопасность сигнала
Меньшее энергопотребление

Мобильная связь в третьем поколении строится на пакетной передаче данных. Данная сеть позволяет как устраивать видеоконференции, так и просматривать кино, видео и другой контент на любом мобильном устройстве.
В сети третьего поколения, есть одно весьма важное преимущество это улучшенная защита от обрывов мобильной связи при движении абонента. По мере удаления от одной вышки сотового оператора его начинает подхватывать сразу другая станция. Она начинает передавать все больше информации, в то время как предыдущая станция все меньше и меньше, и это продолжается до тех пор, пока клиент вовсе не покинет зону ее обслуживания. При-качественном покрытии сети и вовсе сводиться к минимуму шанс обрыва связи при таком перехвате.

Если вам необходимо усилить сигнал 3G или 4G, то вам отлично подойдут эти 2 комплекта в зависимости от необходимой мощности усиления сигнала:

Так же, можете выбрать комплект для усиления мобильного интернета из нашего каталога:

Стандарт, который обеспечивает для неподвижных объектов скорость передачи данных до 2048 кбит/с. для пользователей со скоростью передвижения не более 3км/ч скорость может достигать примерно до 384 кбит/с, а для абонентов, которые перемещаются со скоростью до 120 км/ч – 144 кбит/с.

W-CDMA - широкополосный множественный доступ с кодовым разделением. При его использовании позволяет получать скорость на малых расстояниях до 2 Мбит/с и на больших расстояниях с полной возможностью передвижения до 384 Кбит/с. Для достижения таких скоростей, сеть требует широкую полосу частот, благодаря чему ширина полосы в данной технологии и составляет 5 МГЦ.

Следующим витком третьего поколения стала сеть HSPA - высокоскоростной пакетный доступ. В первое время скорость передачи данных достигала 14,4 Мбит/с, но уже в нынешнее время, получается достигать и куда высокие значения - 84 Мбит/с и больше.

Этот стандарт связи - улучшенная версия стандарта – HSPA. В нем присутствуют сложные модуляции 16QAM (uplink/downlink) и 64QAM (downlink), а также появилась технология MIMO, которая используется только для скачивания – downlink. Технология MIMO позволит получать пиковую скорость скачивания - 42 Мбит/с и отдачи до 11 Мбит/с.

Стандарты мобильной связи 4G.

LTE Advanced Pro

LTE это стандарт беспроводной передачи данных, а также является развитием стандартов GSM/UMTS. Целью этого нового стандарта было увлечение пропускной способности и скорости передачи данных с использованием нового метода цифровой обработки сигнала, и модуляции, которые были разработаны на рубеже тысячелетий. Так же еще одной целью было упростить всю архитектуру сетей, основанных на IP, при этом в разы уменьшить задержку при передаче данных в мобильной сети.

Высокая скорость передачи данных
Улучшенное качество голосовой связи
При передвижении абонента лучше поддерживается скорость
Низкое время задержки при передаче данных.

LTE Advanced это главное улучшение стандарта сети LTE. Эта технология получила заявленную скорость до 1 Гбит/с у неподвижных абонентов и 300 Мбит/с у передвижных.

LTE Advanced Pro.

Этот стандарт является более улучшенной версией стандарта - LTE Advanced Pro. Возможная скорость передачи данных составляет до 3 Гбит/с. Так же этот стандарт обладает поддержкой и других новых технологий, которые непосредственно связанные с сетью 5G, что позволяет в недалеком будущем поддерживать стандарту LTE Advanced Pro, сеть нового пятого поколения – 5G.

Сотовая связь нового поколения – 5G.

Эта сотовая связь нового поколения, должна обеспечивать куда большую пропускную способность в сравнении с 4G, имеет малую задержку, скорость передачи данных в 1—2 Гбит/с, более экономный и меньший расход батареи устройства. 5G функционирует на куда больших частотах чем прошлое поколение и благодаря этому имеет маленький радиус покрытия – 200-300 метров.

Какие стандарты связи поддерживают российские операторы?

Стандарты и операторы сотовой связи в России находятся в частотах, которые указаны в таблице ниже:

Российский оператор	Yota, Мегафон, Билайн. МТС, Теле2	Yota, Мегафон, МТС, Билайн	Yota, Мегафон, МТС, Билайн, Теле2(СПб)	Yota, Мегафон, МТС, Билайн, Теле2	Yota, Мегафон, МТС, Билайн,Теле2
Стандарт связи.	4G	2G,3G	2G,3G,4G	3G	4G
Частота (мГц)	800	900	1800	2100	2600

Какой стандарт мобильной связи лучше?

На данный момент самая быстрая связь обеспечивается в сетях 4G.Четвертое поколение связи уже имеет достаточное хорошее покрытие в городах России, а также имеет весьма неплохую скорость передачи данных 100 Мбит/с - 1 Гбит/с, что делает ее использование весьма желанным для многих российских пользователей и клиентов. Но не стоит и забывать о том, что энергопотребление как правило у 4G несколько больше, чем у прошлого поколения (3G). По некоторым данным энергопотребление в сетях четвертого поколения на 20% больше, чем у 3G.
И тут весьма уместен итог. Каждый пользователей при возможности уже выбирает сам 4G или 3G ему использовать. Иметь больше скорость и энергопотребление или наоборот, тут уже зависит от человека и от случая

Сейчас же мы можем взять маленькое и простенькое с виду устройство

Безусловно, мобильный телефон – полезная вещь. С помощью него

многие из нас общаются и делятся новостями со своими родителями,

А как развивалась мобильная связь и откуда она вообще появилась?

Сейчас в какой магазин мы бы не зашли, везде огромный выбор

техники, в том числе и мобильных телефонов. Причем не одной, а много-

много разных известных всем марок производителей, которые выпускают

также телевизоры, компьютеры, холодильники, стиральные машины и

Мобильная связь развилась очень быстро, также быстро и много

появилось компании, предоставляющие услуги (или иначе говоря –

операторов). Однако не все смогли выдержать конкуренцию, и на данный

момент, всей стране известно три самых главных: Билайн, МТС и Мегафон.

Генрих Герц в 1888 году открыл способ создания и обнаружения

электромагнитных радиоволн. В 1895 году 25 апреля русский учёный

Александр Степанович Попов сделал доклад, посвящённый методу

использования излученных электромагнитных волн для беспроводной

передачи электрических сигналов, содержащих информацию. В марте 1896

года А.С. Попов провёл эксперимент, в котором на 250 метров передал

Через несколько лет, в Кронштадте под руководством учёного был

налажен выпуск принимающей и передающей аппаратуры. Предприимчивый

итальянец Гульельмо Маркони заинтересовался новым изобретением, подал

патент в Англии и создал подобное устройство, чуть усложнив схемы А.С.

Попова. Впоследствии, для военных нужд в Англии была организована

История беспроводной связи начинается в далёком 1901 году. В июле

того года, английской компании "Маркони" удалось передать сигналы из

станции Польдю в Англии в станцию Сент-Джонс в Ньюфаунленде. Сама

компания была в начале двадцатого века единственной, кто осуществлял

проводную м еждугороднюю и международную связь. Сигналы ежедневно

передавались по кабелям, проложенными между США и Европой.

Но, вернёмся в Россию - в 1912 году под опекой правительства было

образовано Русско-английское радиотелеграфное общество при

сотрудничестве "Маркони", которая брала на себя обязательство

устанавливать мощные ретрансляторные вышки на территории России. Через

станции, установленные в Москве, Одессе, Петербурге и Варшаве проходило

Первой из самых мощных радиотелеграфных станций в начале

прошлого века была точка в Северной Ирландии, её мощность составляла

500 кВт. Следующей стала станция в Кольтано, Италия, обеспечивающая

соединения с США, Англией, Испанией и некоторыми колониями в Африке.

Мощность итальянского чуда составляла одну тысячу кВт.

Английский магнат связи "Маркони" развернулся также в Египте,

Южной Африке, Индии, Сингапуре, Испании, Чили, Греции, Дании,

Бразилии, Турции и т.д. Беспроводная связ ь устанавливалась на частные

яхты, торговые и военные суда - всего к прообразу сотовой связи было

подключено больше четырехсот портов. В Англии весь военный флот был

оснащён радиосвязью. Интересно отметить, что в Испании тогдашний король

Альфонс лично открыл беспроводную вышку, связавшую полуостров с

Стоимость переговоров между Лондоном и Нью-Йорком составляла 7,5

пенсов за пять минут. Спрос же на радиосвязь рос постоянно. Например, в

Канаде и Бразилии, существовали газеты, получавшие информацию (о погоде

и др.) целиком и полностью только за счёт беспроводной связи "Маркони". С

помощью новой связи также стали передавать корреспонденцию, клиентам

В 1921 году полиция города Детройта, США, получила возможность

использовать мобильную связь в автомобилях. Использовались частоты в

диапазоне около 2 МГц, связь была ненадежной, и постоянно возникали

Но, это лишь предпосылки. Настоящая история сотовой связи

начинается в 1946 году в городе Сант-Луинс, США. Напомним, что сотовый

телефон является дуплексной радиостанцией, ведущей обмен на разных

частотах. В наличии принимающая часть и передающая, обеспечивающие

связь с базовой станцией (БС) или ретранслятором. Канал БС-телефон

Компания AT&T Bell Laboratories создала радиотелефоны,

устанавливающиеся в автомобилях. Стоит ли говорить, что вся аппаратура в

начале была громоздкой и тяжёлой. Переклю чение абонента между каналами

связи, в поисках свободного, осуществлялось вручную. Радиопередатчик

позволял пассажирам или водителю связаться с АТС и таким образом

совершить звонок. Надо упомянуть, что само телефонное общение было

сложным - нельзя было и слушать и говорить одновременно. Т ак, чтобы

кнопку телефонной трубки, а чтобы услышать ответ, кнопку надо было

отпустить (зато, таким образом можно говорить сколько угодно, и знать, что

вас никто не сможет перебить). Чтобы позвонить на радиот елефон,

приходилось сначала звонить на телефонную станцию и затем сообщать

номер оператору. Всего такая "первобытная" система связи поддерживала 23

пользователя одновременно и предназначалась для бизнесменов,

Вес аппарата-первооткрывателя сотов ой связи составлял 30 кг и для

работы он требовал подключения к электросети, поэтому становится ясно,

почему первые в мире "мобильники" устанавливались в машинах. Но,

инновационная идея Bell Laboratories с треском провалилась - слишком уж

дорого выходило пользование услугами мобильной связи. Впрочем, зерно

было посеяно. Для связи обычно выделяется диапазон с фиксированным и

частотными каналами. Если в одно время используются близкие по частоте

каналы связи, то общаться с помощью телефонов практически невозможно. В

это же время компания разработала систему ячеек или сот (cell - откуда и

Принцип действия сот прост. Ранее для общения выделялось всег о

несколько каналов, и пользователи могли создавать друг для друга не только

помехи, но и прослушивать телефонные разговоры. Теперь же проезжающая

машина, попадая в другую соту, могла использовать любу ю частоту, без

опаски наткнуться на занятый эфир. То есть, чем больше ячеек, тем меньше

помех и тем больше абонентов могут использовать сотовую связью.

Всё началось в 1954 году, когда инженер Мартин Купер (Martin Cooper)

пришёл в ко мпанию Motorola, известную в то время как производитель

радиоаппаратуры. Парень получил должность инженера и работал вполне

успешно, получив через несколько лет повышение - Купер стал главой

отдела по разработке портативных устройств. В 1967 году были созданы

первые портативные рации, которые и дали толчок к созданию мобильного

6 марта 1983 — Компания Motorola выпустила первый в мире

коммерческий портативный сотовый телефон. Аппарат DynaTAC 8000X, на

который было потрачено более $100 млн, разрабатывался 15 лет. Телефон

весил 794 грамма и имел разм еры 33 x 4,4 x 8,9 см. Заряда аккумуляторов

хватало на 8 часов работы в режиме ожидания или на один час в режиме

разговора. В розницу телефон стоил 3995 долларов США.[1]

Крупнейшими изготовителями мобильных телефонов на 2010 год

являются Nokia, Motorola, Samsung. Пятерка лидеров представлена в табл 1.

Таблица 1 . Крупнейшие производители сотовых телефонов, 2010

Nokia — крупнейшая финская компания. Её капитализация составляет

около половины совокупной рыночной капитализации всех финских

компаний, котирующихся на фондовой бирже — уникальная ситуация для

Компания получила своё имя по названию местности, где Фредрик

Идестам купил в 1868 году землю под свою вторую бумажную фабрику.

Поместье Нокиа известно с 1270- х годов, хотя первый документ с его

упоминанием датируется 1505 годом. Нынешняя Нокиа — городок в 15 км от

Тампере. Другое дело, что название самой местности, как считается,

происходит от старинного финского слова nois (множ. nokia), обозначавшее

чёрного соболя, который когда-то водился в тех местах. Когда соболь исчез,

Цифровые беспроводные и сотовые технологии берут свое начало в 1940-х, когда началось коммерческое использование мобильной телефонной связи. По сравнению с бешеным темпом развития технологий сегодня, может показаться странным, что мобильная беспроводная связь не развилась дальше за последние 60 лет. Где наши видеотелефоны в часах? Было множество причин этой задержке, но наиболее важными были технология, настороженность и федеральное регулирование.

Как катушка и вакуумная трубка сделали возможным раннюю телефонную сеть, революция беспроводных технологий началась только после того, как стали доступны дешевые микропроцессоры и цифровые переключатели. The Bell System, производители лучшей проводной телефонной системы в мире, перешли к беспроводным технологиям нерешительно и иногда с равнодушием. Чтобы ни произвели AT&T, это должно было работать надежно с остальной частью их сети, и это должно было иметь экономический смысл. Нечто немыслимое для них с их ограниченным (из-за малого количества частот доступных в то время) числом клиентов. Доступность частоты в свою очередь управлялась Федеральной Комиссией Связи, чьи нормы и косность составили наиболее значимые препятствия развитию радиотелефонии, особенно с сотовым радио, задерживая эту технологию в Америке возможно на 10 лет.

Хотя в Европе и Японии, где правительства могли менее регулировать свои государственные телефонные компании, мобильная беспроводная связь пришла никак не скорее, и в большинстве случаев позже, чем в Соединенные Штаты. Японские изготовители, хотя не первые работали с сотовым радио, снабдили первый автомобиль связью, основав мобильные телефонные услуги. Их продукты сделали возможным первые четыре коммерческих сотовых телефонных систем, сначала в Бахрейне, затем в Токио, Осаке, и позже в Мексико-Сити.

Выходя за пределы области этой статьи, радиотелеграфия предшествовал беспроводному радиотелефону. Еще до 1900 года Маркони и другие экспериментировали с первыми принципами радио. Суда были первыми мобильными беспроводными платформами. В 1901 Маркони установил радио на борт парового грузовика Торнисрофт, таким образом произведя первую наземную мобильную связь. (Передающую данные, конечно, а не голос.) Артур К. Кларк говорит, что цилиндрическая антенна машины опускалась в горизонтальное положение перед тем, как фургон начинал двигаться.

Бессвязные эксперименты с радио продолжались в течение следующих двух десятилетий. Надежных, голосовых коммерческих радио было немного. Военные, конечно, принимали участие, хотя не обязательно с мобильными системами, как этот короткий параграф из книги 1922 года демонстрирует: "Это было большой удачей для автора, участвовать в создании беспроводной связи в 1908 и 1909, с передатчиком типа Телефункен, сделанным в Германии. Серия экспериментов проводилась для Американских Корпусов Связи, с тем, чтобы доказать целесообразность радиотелефонии для военных коммуникаций. Расстояние, которое нужно было связать, было около 18 миль, или авиалиния между Фортом Ханкок в Сенди Хук и Форт Вуд, Остров Бедлойс, около самой Статуи Свободы, осматривающей Нью-йоркский залив. Высокие холмы острова Стейтен оказались на пути, затрудняя связь между двумя точками. "

азбуку Морзе, выехавшие полицейские автомобили, чтобы те позвонили в их полицейский участок по проводному телефону. Полицейские и спасательные службы стояли во главе нововведений мобильного радио, следовательно, немного думали о частном, индивидуальном использовании радиотелефона. Оборудование во всех случаях было экспериментальным, практические системы не создавались до 1940-х, и не было никакой взаимосвязи с наземными телефонными системами. Имея вышесказанное, Bell Laboratories претендуют на изобретение первой версии мобильного, голосового радиотелефона в 1924 и я не вижу ничего, что бы противоречило этому, на самом деле, фото выше с их сайта, несомненно, подтверждает это!

В 1934 Конгресс Соединенных Штатов создал Федеральную Комиссию Связи. Дополнительно к регулированию наземного межштатного телефонного бизнеса, они также начали управлять диапазоном радио. Они решали, кто какие должен получать частоты. Это дало приоритет спасательным службам, государственным агентствам, общественным компаниям, и службам, которые как они полагали, помогали наибольшему числу людей. Такие радио пользователи, как такси или компании транспортировки аварийных машин требовали небольшой диапазон для ведения своего бизнеса. Радиотелефон, по сравнению, использовал большие блоки частот, чтобы обслуживать всего несколько людей. ФКС не определяло никаких частных или индивидуальных радиотелефонных каналов до окончания Второй Мировой Войны.

Поколение сотовой связи - это набор функциональных возможностей работы сети, а именно: регистрация абонента, установление вызова, передача информации между мобильным телефоном и базовой станцией по радиоканалу, процедура установления вызова между абонентами, шифрование, роуминг в других сетях, а также набор услуг, предоставляемых абоненту.

История сотовой связи

Эволюция систем сотовой связи включает в себя несколько поколений 1G, 2G, 3G и 4G. Ведутся работы в области создания сетей мобильной связи нового пятого поколения (5G). Стандарты различных поколений, в свою очередь, подразделяются на аналоговые (1G) и цифровые системы связи (остальные).

Рассмотрим их подробнее.

Связь всегда имела большое значение для человечества. Когда встречаются два человека, для общения им достаточно голоса, но при увеличении расстояния между ними возникает потребность в специальных инструментах. Когда в 1876 году Александр Грэхем Белл изобрел телефон, был сделан значительный шаг, позволивший общаться двум людям, однако для этого им необходимо было находиться рядом со стационарно установленным телефонным аппаратом! Более ста лет проводные линии были единственной возможностью организации телефонной связи для большинства людей. Системы радиосвязи, не зависящие от проводов для организации доступа к сети, были разработаны для специальных целей (например, армия, полиция, морской флот и замкнутые сети автомобильной радиосвязи), и, в конце концов, появились системы, позволившие людям общаться по телефону, используя радиосвязь. Эти системы предназначались главным образом для людей, ездивших на машинах, и стали известны как телефонные системы подвижной связи.

Первое поколение мобильной связи (1G)

Официальным днем рождения сотовой связи считается 3 апреля 1973 года, когда глава подразделения мобильной связи компании Motorola Мартин Купер позвонил начальнику исследовательского отдела AT&T Bell Labs Джоэлю Энгелю, находясь на оживленной Нью-йоркской улице. Именно эти две компании стояли у истоков мобильной телефонии. Коммерческую реализацию данная технология получила 11 лет спустя, в 1984 году, в виде мобильных сетей первого поколения (1G), которые были основаны на аналоговом способе передачи информации.

Основными стандартами аналоговой мобильной связи стали AMPS (Advanced Mobile Phone Service – усовершенствованная подвижная телефонная служба) (США, Канада, Центральная и Южная Америка, Австралия), TACS (Total Access Communications System - тотальная система доступа к связи) (Англия, Италия, Испания, Австрия, Ирландия, Япония) и NMT (Nordic Mobile Telephone – северный мобильный телефон) (страны Скандинавии и ряд других стран). Были и другие стандарты аналоговой мобильной связи – С-450 в Германии и Португалии, RTMS (Radio Telephone Mobile System – радиотелефонная мобильная система) в Италии, Radiocom 2000 во Франции. В целом мобильная связь первого поколения представляла собой лоскутное одеяло несовместимых между собой стандартов.

Табл. 1 Характеристики аналоговых стандартов сотовой связи

Диапазон частот, МГц

Мощность передатчика БС, Вт

Ширина полосы частот канала, кГц

Время переключения на границе соты, мс

Минимальное отношение сигнал\шум, дБ

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

Во всех аналоговых стандартах применяется частотная (ЧМ) или фазовая (ФМ) модуляция для передачи речи и частотная манипуляция для передачи информации управления. Этот способ имеет ряд существенных недостатков: возможность прослушивания разговоров другими абонентами, отсутствие эффективных методов борьбы с замираниями сигналов под влиянием окружающего ландшафта и зданий или вследствие передвижения абонентов. Для передачи информации различных каналов используются различные участки спектра частот - применяется метод множественного доступа с частотным разделением каналов (Frequency Division Multiple Access - FDMA). С этим непосредственно связан основной недостаток аналоговых систем - относительно низкая емкость, являющаяся следствием недостаточно рационального использования выделенной полосы частот при частотном разделении каналов.

В каждой стране была разработана собственная система, несовместимая с остальными с точки зрения оборудования и функционирования. Это привело к тому, что возникла необходимость в создании общей европейской системы подвижной связи с высокой пропускной способностью и зоной покрытия всей европейской территории. Последнее означало, что одни и те же мобильные телефоны могли использоваться во всех Европейских странах, и что входящие вызовы должны были автоматически направляться в мобильный телефон независимо от местонахождения пользователя (автоматический роуминг). Кроме того, ожидалось, что единый Европейский рынок с общими стандартами приведет к удешевлению пользовательского оборудования и сетевых элементов независимо от производителя.

Второе поколение мобильной связи (2G)

В 1982 году CEPT (франц. Conférence européenne des administrations des postes et télécommunications - Европейская конференция почтовых и телекоммуникационных ведомств) сформировала рабочую группу, названную специальной группой по подвижной связи GSM (франц. Groupe Spécial Mobile) для изучения и разработки пан-Европейской наземной системы подвижной связи общего применения - второе поколение систем сотовой телефонии (2G). Название рабочей группы GSM также стало использоваться в качестве названия системы подвижной связи. В 1989 году обязанности CEPT были переданы в Европейский институт стандартов в телекоммуникации ETSI (англ. European Telecommunications Standards Institute). Первоначально GSM предназначалась только для стран-членов ETSI. Однако многие другие страны также имеют реализованную систему GSM, например, Восточная Европа, Средний Восток, Азия, Африка, Тихоокеанский регион и Северная Америка (с производной от GSM, названной PCS1900). Название GSM стало означать "глобальная система для подвижной связи", что соответствует ее сущности.

Растущая потребность пользователей мобильной связи в использовании Интернет с мобильных устройств основным толчком для появления сетей, поколения 2,5G, которые стали переходными между 2G и 3G. Сети 2,5G используют те же стандарты мобильной связи, что и сети 2G, но к имеющимся возможностям добавилась поддержка технологий пакетной передачи данных – GPRS (англ. General Packet Radio Service – пакетная радиосвязь общего пользования), EDGE (англ. Enhanced Data rates for GSM Evolution – повышенная скорость передачи для развития GSM) в сетях GSM. Использование пакетной передачи данных позволило увеличить скорость обмена информацией при работе с сетью Интернет с мобильного устройств до 384 кбит/с, вместо 9,6 кбит/с у 2G-сетей.

Система HSCSD (англ. High Speed Circuit Switched Data – высокоскоростная передача данных) является простейшей модернизацией системы GSM, предназначенной для передачи данных. Суть этой технологии заключалась в выделении одному абоненту не одного, а нескольких (теоретически до восьми) временных интервалов. Таким образом, максимальная скорость увеличивалась до 115,2 кбит/с. HSCSD обеспечивала скорость, достаточную для выхода в Интернет, однако, при передаче данных информационные пакеты разделены неопределенными по времени промежутками, таким образом, использование этой технологии крайне расточительно. Дело в том, что сети HSCSD, как и классические сети GSM, основаны на технологии коммутации каналов, в которых за абонентом закрепляют дуплексный канал на все время сеанса связи. Из-за пауз в передаче канальный ресурс расходовался нерационально.

Дальнейшей эволюцией системы GSM стала технология GPRS. Ее внедрение способствовало более эффективному использованию канального ресурса и созданию комфортной среды при работе с сетью Интернет. Система GPRS разработана как система пакетной передачи данных с теоретической максимальной скоростью передачи порядка 170 кбит/с. GPRS сосуществует с сетью GSM, повторно используя базовую структуру сети доступа. Система GPRS является расширением сетей GSM с предоставлением услуг передачи данных на существующей инфраструктуре, в то время как базовая сеть расширяется за счет наложения новых компонентов и интерфейсов, предназначенных для пакетной передачи.

Прогресс не стоял на месте и, для увеличения скорости передачи данных, была изобретена новая система – EDGE. Она предусматривала введение новой схемы модуляции. В результате стала достижима скорость в 384 кбит/с. EDGE была введена в сетях GSM с 2003 фирмой Cingular (ныне AT&T) в США.

Технологии GPRS и EDGE в разных источниках называли по-разному. Они уже переросли второе поколение, но еще не дотягивали до третьего. Зачастую GPRS называли 2,5G, EDGE – 2,75G.

Основные цифровые стандарты систем сотовой связи второго поколения:

D-AMPS (Digital AMPS - цифровой AMPS; диапазоны 800 МГц и 1900 МГц);
GSM (Global System for Mobile communications – глобальная система мобильной связи, диапазоны 900, 1800 и 1900 МГц);
CDMA (диапазоны 800 и 1900 МГц);
JDC (Japanese Digital Cellular – японский стандарт цифровой сотовой связи).

Табл. 2. Сравнение систем сотовой связи второго поколения (2G)

Третье поколение мобильной связи (3G)

Дальнейшим развитием сетей мобильной связи стал переход к третьему поколению (3G). 3G – это стандарт мобильной цифровой связи, который под аббревиатурой IMT-2000 (англ. International Mobile Telecommunications – международная мобильная связь 2000) объединяет пять стандартов – W-CDMA, CDMA2000, TD-CDMA/TD-SCDMA, DECT (англ. Digital Enhanced Cordless Telecommunication – технология улучшенной цифровой беспроводной связи). Из перечисленных составных частей 3G только первые три представляют собой полноценные стандарты сотовой связи третьего поколения. DECT – это стандарт беспроводной телефонии домашнего или офисного назначения, который в рамках мобильных технологий третьего поколения, может использоваться только для организации точек горячего подключения (хот-спотов) к данным сетям.

Стандарт IMT-2000 дает четкое определения сетей 3G – под мобильной сетью третьего поколения понимается интегрированная мобильная сеть, которая обеспечивает: для неподвижных абонентов скорость обмена информацией не менее 2048 кбит/с, для абонентов, движущихся со скоростью не более 3 км/ч - 384 кбит/с, для абонентов, перемещающихся со скоростью не более 120 км/ч – 144 кбит/с. При глобальном спутниковом покрытии сети 3G должны обеспечивать скорость обмена не менее 64 кбит/с. Основой всех стандартов третьего поколения являются протоколы множественного доступ с кодовым разделением каналов. Подобная технология сетевого доступа не является чем-то принципиально новым. Первая работа, посвященная этой теме, была опубликована в СССР еще в 1935 году Д.В. Агеевым.

Технически сети с кодовым разделением каналов работают следующим образом – каждому пользователю присваивается определенный числовой код, который распространяется по всей полосе частот, выделенных для работы сети. При этом какое-либо временное разделение сигналов отсутствует, и абоненты используют всю ширину канала. При этом, естественно, сигналы абонентов накладываются друг на друга, но благодаря числовому коду могут быть легко дифференцированы. Как было упомянуто выше, данная технология известна достаточно давно, однако до середины 80-х годов прошлого века она была засекреченной и использовалась исключительно военными и спецслужбами. После снятия грифов секретности началось ее активное использование и в гражданских системах связи.

Поколение 3,5G

Дальнейшим развитием сетей стала технология HSPA (англ. High Speed Packet Access – высокоскоростной пакетный доступ), которую стали именовать 3,5G. Изначально она позволяла достичь скорости в 14,4 Мбит/с, однако сейчас теоретически достижима скорость 84 Мбит/с и более. Впервые HSPA была описана в пятой версии стандартов 3GPP. В ее основе лежит теория, согласно которой при сопоставимых размерах сот применение многокодовой передачи позволяет достигать пиковых скоростей.

Четвертое поколение мобильной связи ( 4G)

В марте 2008 года сектор радиосвязи Международного союза электросвязи (МСЭ-Р) определил ряд требований для стандарта международной подвижной беспроводной широкополосной связи 4G, получившего название спецификаций International Mobile Telecommunications Advanced (IMT-Advanced), в частности установив требования к скорости передачи данных для обслуживания абонентов: скорость 100 Мбит/с должна предоставляться высокоподвижным абонентам (например, поездам и автомобилям), а абонентам с небольшой подвижностью (например пешеходам и фиксированным абонентам)должна предоставляться скорость 1 Гбит/с.

Так как первые версии мобильного WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access – всемирная совместимость для микроволнового доступа) и LTE (англ. Long Term Evolution – долгосрочное развитие) поддерживают скорости значительно меньше 1 Гбит/с, их нельзя назвать технологиями, соответствующими IMT-Advanced, хотя они часто упоминаются поставщиками услуг, как технологии 4G. 6 декабря 2010 года МСЭ-Р признал, что наиболее продвинутые технологии рассматривают как 4G.

Основной, базовой, технологией четвёртого поколения является технология ортогонального частотного уплотнения OFDM (англ. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing – мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов). Кроме того, для максимальной скорости передачи используется технология передачи данных с помощью N антенн и их приёма М антеннами – MIMO (англ. Multiple Input/Multiple Output – множество входов/множество выходов). При данной технологии передающие и приёмные антенны разнесены так, чтобы достичь слабой корреляции между соседними антеннами.

Таким образом, эволюцию стандартов мобильной связи можно представить в следующем виде:

Рис. 1. Эволюция стандартов мобильной связи

Сравнительные характеристики стандартов различных поколений мобильной связи можно свести в следующую таблицу:

Табл. 3. Эволюция мобильной телефонии

Пятое поколение мобильной связи (5G)

В настоящее время ведутся предкоммерческие и коммерческие запуски сетей 5G. Подробнее о запусках сетей 5G в России и мире можно ознакомиться по соответствующим ссылкам.

К сетям пятого поколения заявлены следующие требования (в сравнении с LTE):

- Рост в 10-100 раз скорости передачи данных в расчете на абонента;

- Рост в 1000 раз среднего потребляемого трафика абонентом в месяц;

- Возможность обслуживания большего (в 100 раз) числа подключаемых к сети устройств;

- Многократное уменьшение потребление энергии абонентских устройств;

- Сокращение в 5 и более раз задержек в сети;

- Снижение общей стоимости эксплуатации сетей пятого поколения.

Требования к сетям 5G в оцифрованном виде представлены по ссылке.

Более подробную информацию об эволюции сетей мобильной связи, текущем состоянии, трендах и перспективах ее развития читайте в новейшей книге-справочнике " Мобильная связь на пути к 6G ".

Читайте также: