Особенности и отличия сетей 3G и 4G

 

Содержание

Введение 2

Сети 3G 3

Характеристика стандарта 4

Сети 4G (LTE): структура и принцип работы 5

Система кодирования последнего поколения – OFDM 6

Положение LTE в эфире 7

Структура сетей четвертого поколения 8

Особенности и отличия беспроводных мобильных сетей 3G и 4G 10

Скорость 10

Сеть 10

Технологии передачи 10

Пропускная способность 11

Вывод 11

Заключение 12

Список литературы 13

 

 

Введение

 

Почти у каждого человека есть мобильный телефон, позволяющий всегда оставаться на связи. С развитием технологий телефоны превратились практически в полноценный компьютер, позволяющий выходить в интернет, отправлять почту, смотреть он-лайн передачи и многое другое, но некоторые функции не могут работать без качественной связи. Именно по этой причине сейчас мы можем наблюдать быстрый рост и прогресс в области беспроводных технологий связи. На данный момент бурно развивается уже четвертое поколение мобильной связи 4G(от англ. fourth generation — четвёртое поколение).

3G и 4G – это мобильные технологии беспроводной связи, в которые входят не только радиосвязь, но и высокоскоростной доступ в интернет с каналом передачи данных. Каждое поколение связи имеет свои технологии, которые нуждаются в новом оборудование, обслуживание и зачастую в наличие свободных частот. Все эти требования увеличивают время между разработкой и внедрением сети приблизительно на 10 лет. Так, например, сети 3G начали разрабатываться еще в 1990-х, а внедрены были лишь в 2000-х годах, а 4G стали разрабатывать в 2000-х, а их внедрение началось только с 2010 года.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сети 3G

 

3G (от англ. third generation — «третье поколение»), технологии мобильной связи 3 поколения — набор услуг, который объединяет как высокоскоростной мобильный доступ с услугами сети Интернет, так и технологию радиосвязи, которая создаёт канал передачи данных.

Разработки технологии мобильной связи 3 поколения начаты в 1997 году.

Задача создания мобильных сетей  третьего поколения заключается  не только в разработке мобильных  телефонов лучшего качества. Каналы связи 3G должны обеспечивать работу мультимедийных приложений, включая видеотелефонию, видео по требованию и другие формы  широкополосной связи.

Международный телекоммуникационный союз (ITU) разработал стандарт IMT-2000 (International Mobile Telecommunications), для 3G, который открывает путь совершенствования приложений и сервисов. Первая сеть 3G была разработана в Японии в 2001 году.

Стандарт IMT-2000 включает в себя следующие  стандарты:

• W-CDMA (Code Division Multiple Access)
• CDMA2000
• TD-CDMA/TD-SCDMA
• DECT
• UWC-136

 

Характеристика стандарта

 

Мобильная связь третьего поколения  строится на основе пакетной передачи данных. Сети третьего поколения 3G работают на частотах дециметрового диапазона, как правило, в диапазоне около 2 ГГц, передавая данные со скоростью до 14 Мбит/с. Они позволяют организовывать видеотелефонную связь, смотреть на мобильном телефоне фильмы и телепрограммы и т. д.

В сетях 3G обеспечивается предоставление двух базовых услуг: передача данных и передача голоса.

Согласно регламентам ITU (International Telecommunications Union) — Международный Союз Электросвязи) сети 3G должны поддерживать 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 — 2,048 кбит/с.

Основные тренды в сетях 3G:

• преобладание трафика data-cards (USB-модемы и PCMCIA-карты для ноутбуков) над трафиком телефонов и смартфонов 3G;
• постоянное снижение цены 1 Мб трафика, обусловленное переходом операторов к более совершенным и эффективным технологиям.

Сети 3G отличаются повышенной экологической  безопасностью: мощность излучения  передатчика терминала существенно  ниже, чем в других стандартах: пиковая — 200 мВт, средняя на большей части обслуживаемой территории примерно на порядок ниже пиковой.

3G-технологии предлагают огромное  многообразие различных сервисов, что существенно расширяет возможности  коммуникаций. Видео конференции  в такси, просмотр отрывков  из любимых мыльных опер в  поезде, доступ к мультимедиа,  мультимедиа игры являются лишь  некоторыми примерами из этого  ряда. И все эти видов услуг  доступны с помощью компактного  3G сотового телефона. Скорость передачи данных по методу WCDMA составляет 2 Мбит/с.

Разработана технология сотовой связи  для Европы и Японии UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) - Универсальная система мобильной связи, которую также часто называют 3GSM.

Начиная с 2006 года, на сетях UMTS стала внедряться технология высокоскоростной пакетной передачи данных от базовой станции к мобильному терминалу HSDPA. Поддерживала скорость передачи данных в режиме от базовой станции к мобильному терминалу до 7,2 Мбит/сек (в перспективе 14 Мбит в сек).

Сети 4G (LTE): структура и принцип работы

 

Сотовые сети стандарта GSM по своей  структуре изначально не были предназначены  для мобильного интернета. Соответственно, в наши дни операторы сотовой  связи вынуждены с целью удовлетворения потребностей населения вкладывать огромные деньги в модернизацию своих  сетей до 3G (UMTS), а теперь уже и  до 4G (LTE). Само собой, данные капиталовложения сотовые компании щедро заимствуют из наших с вами карманов, однако их работа тоже при этом весьма не легка.

Сейчас, когда внедрение сетей  третьего поколения еще до конца  в России не закончено, операторы  уже приступили к работе над сетями следующего поколения – 4G или LTE.                                               

 

LTE является следующим после  3G поколением мобильной связи  и работает на базе IP-технологий. Основное отличие LTE от предшественников  – высокая скорость передачи  данных. Теоретически она составляет  до 326,4 Мбит/с на прием (download) и  172,8 Мбит/с на передачу (upload) информации. При этом в международном стандарте  указаны цифры в 173 и 58 Мбит/с,  соответственно. Данный стандарт  связи четвертого поколения разработало  и утвердило Международное партнерское  объединение 3GPP.

 

 

 

 

 

Система кодирования  последнего поколения – OFDM

 

Давайте разберемся, в чем же состоит  главная особенность стандарта LTE. Так же как и в сетях 3G главным  звеном в LTE можно назвать технологию кодирования и передачи данных OFDM-MIMO.

OFDM расшифровывается как Orthogonal Frequency-division Multiplexing и по-русски означает ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием. Это цифровая схема модуляции, использующая близко расположенные друг от друга ортогональные поднесущие в большом количестве. Все поднесущие моделируются по стандартной схеме модуляции, такой как квадратурная амплитудная модуляция на небольшой символьной скорости с соблюдением общей скорости передачи данных, как и в простых схемах модуляции одной несущей в этой же самой полосе пропускания. В действительности сигналы OFDM генерируются благодаря применению "Быстрого преобразования Фурье".

Данная технология описывает направление  сигнала от базовой станции (БС) к  вашему мобильному телефону. Что же касается обратного пути сигнала, т.е. уже от телефонного аппарата к  базовой станции, техническим разработчикам  пришлось отказаться от системы OFDM и  воспользоваться другой технологией  под названием SC-FDMA. В расшифровке  она читается как Single-carrier FDMA и в  переводе означает мультиплексирование  на одной несущей. Смысл ее в том, что при сложении большого количества ортогональных поднесущих образуется сигнал с большим пик-фактором (отношением амплитуды сигнала к своему среднеквадратичному  значению). Для того чтобы такой  сигнал мог передаваться без помех  необходим высококлассный и довольно дорогой высоколинейный передатчик.

MIMO - Multiple Input Multiple Output – представляет собой технологию передачи данных с помощью N-антенн и приема информации M-антеннами. При этом принимающие и передающие сигнал антенны разнесены между собой на такое расстояние, чтобы получить слабую степень корреляции между соседними антеннами.

 

 

 

Положение LTE в  эфире

 

На данный момент под сети 4G уже  зарезервированы диапазоны частот. Наиболее приоритетными принято  считать частоты в районе 2,3 ГГц. Здесь главным примером является Китай со своим сотовым оператором China Mobile, уже выделившим нужный частотный  диапазон и проводящий тестовое вещание. С учетом огромного объема местного потребления сотовой связи использование  данной частоты обречено на успех  и преобладание в Китае.

Другой перспективный диапазон частот – 2,5 ГГц применяется в  США, Европе, Японии и Индии. Имеется  еще частотная полоса в районе 2,1 ГГц, но она сравнительно небольшая  – доступны лишь 15 МГц в диапазоне 2,1 ГГц, а большинство европейских  мобильных операторов ограничивают в этом диапазоне полосы до 5 МГц. В будущем, скорее всего, наиболее используемым будет частотный диапазон 3,5 ГГц. Это связано с тем, что на данных частотах в большинстве стран  уже используются сети беспроводного  широкополосного доступа в интернет и благодаря переходу в LTE операторы  получат возможность вновь применять  свои частоты без необходимости  приобретения новых дорогих лицензий. В случае необходимости под сети LTE могут быть выделены и другие диапазоны  частот.

В отношении используемых полос  частот и методов распределения  в LTE все довольно непонятно и  противоречиво, т.к. сам стандарт достаточно гибкий. В разных структурах сети четвертого поколения могут базироваться на полосах частот в диапазоне от 1,4 до 20 МГц, в отличие от фиксированных 5 МГц в 3G (UMTS). Также имеется возможность  применения как временного разделения сигналов TDD (Time Division Duplex - дуплексный канал  с временным разделением), так  и частотного - FDD (Frequency Division Duplex - дуплексный канал с частотным разделением). Например, сеть LTE, строящаяся в Китае, стандарта TD-LTE.

Зона обслуживания базовой станции  сети LTE может быть разной. Обычно она  составляет около 5 км, но в ряде случаев  она может быть увеличена до 30 и даже 100 км, в случае высокого расположения антенн (секторов) базовой станции.

Другое позитивное отличие LTE –  большой выбор терминалов. Помимо сотовых телефонов, в сетях LTE будут  использоваться многие другие устройства, такие как ноутбуки, планшетные компьютеры, игровые устройства и видеокамеры, снабженные встроенным модулем поддержки  сетей LTE. А так как технология LTE обладает поддержкой хендовера и  роуминга с сотовыми сетями предыдущих поколений, все данные устройства смогут работать и в сетях 2G/3G.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Структура сетей четвертого поколения

 

Схема сетей 4G (LTE) выглядит следующим  образом:

Как видно из данной схемы, сети LTE включают в себя модули сетей 2,75G (EDGE) и 3G (UMTS). Из-за данной особенности строительство  сетей четвертого поколения будет  достаточно специфичным и походит  скорее на следующую ступень развития сегодняшних технологий, нежели на что-то принципиально новое.

К примеру, в соответствии с такой  структурой, звонок или интернет-сессия в зоне действия сети LTE может быть без разрыва соединения передана в сеть 3G (UMTS) или 2G (GSM). Кроме того, сети LTE довольно легко интегрируются  с сетями WI-FI (обозначение WLAN Access NW на вышеприведенной схеме) и Интернет.

Остановимся на подсистеме радиодоступа более подробно. По своей структуре  сеть радиодоступа RAN - Radio Access Network –  выглядит аналогично сети UTRAN UMTS, или eUTRAN, но имеет одно дополнение: приемо-передающие антенны базовых станций взаимосвязаны  по определенному протоколу X2, который  объединяет их в сотовую сеть - Mesh Network – и дает возможность базовым  станциям обмениваться данными между  собой напрямую, не задействуя для  этого контроллер RNC - Radio Network Controller.

К тому же взаимосвязь базовых станций  с системой управления мобильными устройствами MME - Mobility Management Entity - и сервисными шлюзами S-GW - Serving Gateway – осуществляется путем  «многих со многими», что позволяет  получить большую скорость связи  с небольшими задержками.

 

Особенности и отличия беспроводных мобильных  сетей 3G и 4G

Чтобы понять разницу между 3G и 4G, нужно изучить некоторые моменты, которые обязательно должны быть приняты во внимание.

Скорость

Первая точка сравнения между  сетями 3G и 4G это скорость. Ответить, на вопрос кто из них имеет лучшую скорость сложнее. Скорость 3G зависит от того, какую зону охвата имеет сеть. На данный момент, текущая скорость передачи 4G, по крайней мере, в 4 раза быстрее, чем в сетях 3G. Однако многие эксперты полагают, что нынешние сети 4G это идеально работающие и передовые сети 3G. На самом деле сеть 4G будет работать в 10 раз быстрее, чем нынешние сети 3G. На сегодня существуют возможность повышения скорости передачи в сетях 3G. Было замечено, что если скорость 3G усиливается в GSM сетях, она будет равна скорости 4G в сети CDMA.

Сеть

С введением 3G, пользователи сотового телефона были в состоянии разговаривать и осуществлять передачу данных одновременно, при более высоких скоростях передачи данных. Скорость передачи данных в 4G, как ожидается, будет выше, чем существующие и предоставляемые сетями 3G. Наряду с увеличением скорости передачи данных, 4G, как ожидается, даст своим пользователям возможность играть в онлайн игры и использовать мультимедиа контент из интернета. В сетях 3G возможна одновременная работа голосовой связи и передачи данных. Обе эти функции работают параллельно друг другу.

Технологии передачи

Технология 3G использует пакетной коммутацию и коммутационные каналы узлов сети. В 4G, применяется только пакетная коммутация. Если у вас есть возможность, сравнить пропускную способность 3G и 4G, вы заметите, что между ними нет никакой разницы. Таким образом, все звонки в 4G используют технологию IP-телефонии, которой нет в сетях 3G.