«Забытые» стандарты связи: WiMAX, CDMA, ALOHAnet и другие

Первый трансатлантический кабель связал Европу и Соединенные Штаты в 1858 году, заменив собой судоходное сообщение, — и время установки связи между континентами сократилось с десяти дней до нескольких часов. К 1965 году между двумя континентами проложили уже четыреста телефонных каналов.

Сегодня мы можем не только мгновенно позвонить в любую страну, но и передать видео и фото, получая данные даже из космоса. Все эти достижения обязаны своим появлением эволюции связи. В сложном процессе конкурентной борьбы некоторые технологии неизбежно проигрывали. Но были ли они действительно хуже, или технологии связи «умирали» по иным причинам?

ALOHAnet

Это первая компьютерная сеть с беспроводной технологией передачи данных, которая стала основой для последующей разработки Ethernet, Wi-Fi и сотовой сети.
ALOHAnet была разработана группой ученых Гавайского университета, использовавших для создания сети ультравысокочастотные радиостанции. Команда разработчиков решила, что необходимо найти способ для каждого терминала связи использовать одну частоту. Другими словами, все терминалы должны были говорить по одному и тому же «проводу» в одно и то же время.

()

Чтобы предотвратить «столкновение» нескольких сообщений, был изобретен первый протокол конкурентного доступа к каналу связи, который в дальнейшем стал применяться в сетях Ethernet и Wi-Fi.

Сеть ALOHAnet опередила свое время и оказала долгосрочное влияние на технические решения будущего. Разработка сети началась в 1968 году, а в 1971-м ALOHAnet начала функционировать на территории штата Гавайи. Однако ни одна компания не воспользовалась ею в коммерческих целях — никто в тот момент не мог оценить, какую важную задачу решает новая технология.

История технологии

Несмотря на перспективность и безопасность, данный стандарт используется не так часто. И многие задаются следующим вопросом: «Телефон CDMA – что это?». Его история началась еще в 30-е годы прошлого века.

В СССР соответствующими исследованиями занимался прославленный академик Агеев Д.В. В 1935 г. он издал собственный труд «Кодовое разделение каналов». Брошюра не стала бестселлером, т.к. больше относилась к будущим разработкам. Но вскоре эту тему подхватили и другие известные ученые. Так была создана начальная база для дальнейшей разработки технологии CDMA.

Уже в конце 50-х в США использовали данный стандарт в военных целях. И только в 80-х технология была рассекречена и представлена миру. Адаптировать ее смог доктор Ирвин Марк Джейкобс. Позже он даже создал собственную фирму Qualcomm, занимающуюся спутниковой связью, телефонией и сотовыми системами.

Благодаря этому американцу с 1992 г. новый стандарт стал активно внедряться по всему миру. А с 1996 года стали одинаково использоваться CDMA-GSM-телефоны. При этом на тот момент в проекте участвовало около 24 стран мира.

Code Division Multiple Access (CDMA)

()
GSM и CDMA – это разные способы достижения одной и той же цели. В конечном счете, ответ на вопрос «что лучше?» заключается в качестве инфраструктуры оператора – у кого лучше построена сеть и шире охват, тот и становится победителем. Технически ни один из этих стандартов существенно не превосходит другой.

Разница между GSM и CDMA заключалась в методах передачи данных: GPRS (General Packet Radio Service) в GSM обеспечивала более медленную пропускную способность, чем CDMA (1xRTT — One Times Radio Transmission Technology), которая имела возможность работать со скоростью до 144 Кбит/сек.

Но у CDMA были свои недостатки: технология 1xRTT требует выделенного соединения с сетью, тогда как GPRS отправляет пакеты, поэтому обращение к данным на GSM-телефонах не блокирует голосовые вызовы, как на CDMA-телефонах.

Кроме того, в GSM вы легко можете поменять SIM-карту телефона. В CDMA-сетях необходимые данные записывались (прошивались) в телефон, а SIM-карта отсутствовала. CDMA-телефон нельзя было использовать в роуминге. Аналог SIM для CDMA-телефонов — так называемый R-UIM — появился только в 2002 году.

GSM и CDMA несовместимы друг с другом, поэтому пользователи оказались «заперты» в этой сети. В то время, как Европа быстро перешла на GSM, в США абоненты нескольких операторов оказались «заложниками» CDMA. При этом в Европе связь стала дешевле, а охват лучше.

Более совершенный CDMA требовал больших вычислительных мощностей и мощных финансовых вложений, в то время как инфраструктура GSM была уже создана в Европе и Азии и не требовала существенных денежных вложений для поддержания. Все эти факторы привели к постепенному падению интереса к развитию CDMA.

В 1996 году сотовый оператор «Сонет» первым в России получил лицензию на оказание услуг связи в стандарте CDMA. Уже через два года на базе оборудования Qualcomm сеть CDMA заработала в Москве. Во второй половине 90-х годов разрозненные сети CDMA стали появляться по всей России. К 2003 году было зарегистрировано 350 000 пользователей сетей CDMA (менее 2% от всей российской абонентской базы), причем 40% из них находилось в Центральном федеральном округе.

Сеть «Сонет» прекратила существование в 2004 году по причине отказа в продлении лицензии на диапазон частот 800 Мгц, где и работала первоначальная сеть CDMA 800. Эти частоты планировалась использовать для развития цифрового телевидения.

В 2002 году заработала сеть, построенная по стандарту CDMA2000 в диапазоне 450 МГц, ее оператором стала . В момент запуска компания утверждала, что «эта технология [CDMA2000] в 7,5 раз более эффективно использует частотные ресурсы, чем GSM».

Однако темпы роста абонентской базы стали снижаться и к 2006 году «не соответствовали даже самым пессимистичным прогнозам». Угасание CDMA растянулось на долгие годы – последний оператор стандарта в нашей стране прекратил работу в 2021 году.

Преимущества [ править | править код ]

• Гибкое распределение ресурсов. При кодовом разделении нет строгого ограничения на число каналов. С увеличением числа абонентов постепенно возрастает вероятность ошибок декодирования, что ведёт к снижению качества канала, но не к отказу обслуживания.
• Более высокая защищённость (скрытность) каналов. Выделить нужный канал без знания его кода весьма трудно. Вся полоса частот равномерно заполнена шумоподобным сигналом.
• Телефоны CDMA имеют меньшую пиковую мощность излучения и потому позволяют более экономно расходовать батарею.

Circuit Switched Data (CSD)

Технология передачи данных из 1990-х годов, которая использовалась в сетях GSM до появления GPRS. Она впервые позволила передавать цифровые данные и подключаться к интернету (с поминутной тарификацией) на скорости 9,6 Кбит/сек.
До CSD передача данных в мобильных телефонах шла (при подключении к внешнему модему) со скоростью до 2,4 Кбит/сек (из определения стандарта GSM от мая 1996 года).

Улучшение технологии привело к появлению High-Speed Circuit-Switched Data (HSCSD), в которой скорость возросла до 14,4 Кбит/сек, а за счет использования четырех параллельных каналов скорость увеличивалась до 57,6 Кбит/сек.

Технология CSD окончательно прекратила развитие, когда большинство телекоммуникационных компаний отказались от поддержки CSD и перешли на GPRS и EDGE (E-GPRS), в которых используются более совершенные методы кодирования сигнала для увеличения пропускной способности.

Что такое GSM?

О главном конкуренте CDMA известно гораздо больше. Именно он активно используется в работе отечественных сотовых сетей. Стандарт GSM применяет технологию TDMA и основан на алгоритме частотного разделения канала. Есть целых четыре диапазона:

• Однодиапазонные. Используются крайне редко.
• Двухдиапазонные. Здесь телефоны привязаны к определенному региону.
• Трехдиапазонные. Используются стандарты 900/1800/1900, а также 850/1800/1900.
• Четырехдиапазонные. Таким функционалом обеспечены практически все новые смартфоны.

Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX)

()

Для рынка сетей четвертого поколения (4G) разработали несколько стандартов беспроводной связи, в том числе WiMAX. Эта технология имела много преимуществ: пропускная способность до 75 Мбит/с, радиус действия — 25-80 километров, простота развёртывания и легкая масштабируемость.

Из всех стандартов, разработанных для 4G, WiMAX является самой близкой (по технологиям) к Wi-Fi. Стандарт, разработанный в 2001 году, иногда называют «Wi-Fi на стероидах» за его гораздо более высокую пропускную способность по сравнению с Wi-Fi-сетями.

В 2005 году стандарт обновился до 802.16d (“Fixed WiMax”), обеспечивая ошеломляющую для того времени скорость в 25 Мбит/сек. Это позволило проводить видеоконференции без лагов и смотреть потоковое видео в HD-качестве.

Обновление стандарта до 802.16m (“Mobile WiMax”) в 2011 году обеспечило скорость до 1 гигабита в секунду. Следует отметить, что пропускная способность сети WiMAX зависит от количества пользователей — чем больше подключений, тем ниже скорость передачи данных.

Стандарт WiMAX в течение некоторого времени считался хорошей заменой традиционной наземной кабельной инфраструктуре. Из-за большого радиуса действия и относительно низкой стоимости реализации (по сравнению с 3G, телефонной сетью xDSL или гибридной опто-коаксиальной сетью), технология могла не только успешно конкурировать с другими стандартами, но и решала проблему «последней мили» в отдаленных регионах.

Напомним, что последняя миля в области связи — канал, соединяющий последний сетевой узел провайдера и конечное оборудование клиента. Такой канал можно создать с помощью технологий xDSL, WiMAX, FTTx (fiber to the x — оптоволокно), Wi-Fi.

Первую WiMAX-сеть в России запустила Yota в 2008 году в Москве и Санкт-Петербурге. Всего в двух городах установили 150 базовых станций, работающих в диапазоне 2,5 — 2,7 ГГц. За первый же год число пользователей новой технологии достигло нескольких сотен тысяч.

В 2011 году аналитики компании J’son & Partners высказали пессимистичное предположение, что LTE в ближайшие годы «убьет» WiMAX, но в России дела у сети шли отлично – WiMAX-операторы строили большие планы на дальнейшее развитие. Проблем с лицензией на частоту, с которыми столкнулись CDMA-операторы, здесь не было: частоты 2.3, 2.5 и 3.5 ГГц были полностью открыты для развертывания мобильного варианта WiMAX.

В 2012 году от WiMAX отказалась Yota, успешно “пересадив” своих пользователей на первую в России LTE-сеть. Покрытие базовых станций LTE обеспечило более комфортную зону обслуживания и предоставило клиентам Yota качественно новый уровень связи по сравнению с WiMAX.

На сегодняшний день крупные компании уже свернули разработку программного обеспечения WiMAX и перешли на LTE.

Смартфоны

В этой части раздела мы обсудим двухстандартные смартфоны. На данный момент оба описанных выше стандарта второго поколения распространены во всем мире и не могут использоваться одновременно – но есть одно исключение.

Это специальные устройства, ориентированные на применение в двух сетях одновременно – возможности расширены за счет установки специального программного обеспечения. Смартфоны оснащены возможностью получать сигнал двумя разными способами, характерными для этих сетей.

Существует достаточно большое количество производителей смартфонов, предлагающих двухдиапазонную продукцию с двумя сим-картами – это такие гиганты, как Xiaomi, Леново, Huawei, HTC и многие другие. Кроме того, вы можете приобрести модем, работающий в нужном диапазоне.

Редкие азиатские стандарты: PHS и PDC

Разработанный еще в 1989 году в Nippon Telegraph and Telephone Corporation стандарт Personal Handyphone System (PHS) активно внедрялся в Японии и других странах Азии. В PHS применялись компактные ячейки, с базовыми станциями мощностью до 500 мВт и радиусом действия до сотен метров (отдельные модели имели радиус до 2 км).
Все начиналось успешно: легкое развертывание сетей, низкие фиксированные тарифы и хорошая связь даже в метро — всё это благоприятно сказывалось на коммерческом развитии. Однако конкурирующие стандарты быстро достигли аналогичного качества связи, и разница между PHS- и GSM-телефонами стерлась.

В 2010 году количество пользователей PHS составляло 4 миллиона абонентов (не все из них были активны). При этом даже в 2011 году выходили телефоны, поддерживающие PHS.

Еще один стандарт, популярный в Японии, это Personal Digital Cellular (PDC). Относился к поколению 2G и обеспечивал скорость передачи данных 11,2 Кбит/сек. Япония могла участвовать в разработке международного стандарта связи, но предпочла поддержать развитие национальной телеком-отрасли.

Когда PDC появился, он быстро занял весь внутренний рынок Японии. Это привело к несовместимости телекоммуникационных продуктов Японии со стандартом GSM, который стал доминирующим в эпоху 2G. Японские компании связи, таким образом, оказались отрезаны от огромного зарубежного рынка.

Долгосрочный вклад в собственную инфраструктуру также сделал японские компании слишком уязвимыми в условиях внешней конкуренции. Этой ситуацией смогли воспользоваться не только компании, продвигающие GSM: в Японии также получил широкое распространение стандарт W-CDMA.

Технология Wideband Code Division Multiple Access (W-CDMA) обеспечивает широкополосный доступ на скоростях до 2 Мбит/сек. Те, кто много путешествуют по миру, оказывались в ситуациях, когда мобильный телефон мог подключаться только к W-CDMA сети — этот стандарт до сих пор актуален. На 2021 год W-CDMA охватывал около 65% населения мира (LTE – 40%, а GSM – более 90%).

Двухстандартные телефоны

Как видно из статьи, и у CDMA и у GSM есть свои сильные и слабые стороны. А нашему человеку ну просто жизненно необходимо пользоваться всем и сразу. Именно поэтому был придуман двухстандартный телефон CDMA-GSM. Он объединяет в себе все преимущества обеих систем.

Что он собой представляет? Это вполне обыкновенный мобильный телефон с улучшенной батареей, которая способна выдержать большее число звонков и разговоров. По дизайну и функциональности он практически ничем не отличается от стандартных сородичей.

Такие сотовые в последнее время стали все более популярны. Поэтому постепенно все мировые мобильные бренды стали выпускать отдельные линейки двухстандартных гаджетов.

Иные «забытые»

Может показаться, что старые технологии давно отжили свое и упоминаются только в учебниках. Но это заблуждение: по данным Pew Research Center, еще в 2015 году 3% американцев использовали dial up для подключения к интернету. Это значит, что миллионы людей использовали сеть на скоростях до 56,6 Кбит/сек.
Существуют также редкие новые (или обновленные) нишевые стандарты связи. Все слышали про 5G, но на рынке есть, к примеру, DECT-2020 — перспективный стандарт, представляющий собой следующую ступень эволюции старых беспроводных радиотелефонов.

Вывод

В статье детально описано, что такое CDMA. Стандарт завоевал высокую популярность в начале и середине 2000х годов благодаря высокому качеству связи, защищенности и скорости передачи данных. В современных реалиях CDMA уступает в возможностях сети LTE, что остается наиболее доминирующей на рынке телекоммуникационных услуг. Отчасти это объясняется высокой распространенностью и совместимостью с мобильными устройствами.

Какие у вас остались вопросы? Спрашивайте и делитесь мнением в комментариях под статьей.

Первое поколение — 1G

Все стандарты первого поколения были аналоговыми и имели массу недостатков. Проблемы были как с качеством сигнала, так и с совместимостью технологий. Среди стандартов мобильной связи первого поколения, наибольшее распространение получили следующие: • AMPS (Advanced Mobile Phone Service – усовершенствованная подвижная телефонная служба). Использовался в США, Канаде, Австралии и странах Южной Америки; • TACS (Total Access Communications System — тотальная система доступа к связи) Использовался в европейских странах, таких как Англия, Италия, Испания, Австрия и ещё ряд стран; • NMT (Nordic Mobile Telephone – северный мобильный телефон). Применялся в скандинавских странах. • TZ-801 (TZ-802,TZ-803), разработанные в Японии. Не смотря на имеющиеся проблемы с качеством и совместимостью стандартов, аналоговым сетям мобильной связи все же нашли коммерческое применение. Первыми это сделали японцы в 1979 году, затем в 1981 году аналоговая сеть была запущена в Дании, Финляндии, Норвегии и Швеции, и в 1983 году в США.

Распределение частот диапазона 450 Мгц в Мире

В чем основные отличия?

Ключевое отличие между этими стандартами – способ работы с частотным ресурсом.

В GSM используется разделение каналов по времени и частоте. На каждого абонента выделяется маленькая частотная полоса, на которой телефон общается с базовой станцией. При этом «сеансы» обмена данными фиксированы по времени. С определенным упрощением скажем, что сигнал прерывается, но из-за высокой частоты передачи данных абонент этого не замечает. В реальной жизни прерывания заметны разве что по характерному пищащему звуку динамиков, когда рядом лежит телефон, на который звонят или приходит сообщение.

В свою очередь в CDMA используется кодовое разделение сигналов. Каждый абонент, подключенный к базовой станции использует весь доступный частотный ресурс, общий для всех абонентов, а базовая станция общается со всеми одновременно. Сигнал от конкретного пользователя выделяется с помощью кодовой модуляции – каждому абоненту соответствует специфический «код», что позволяет выделить его из общего радиоэфира.

Разные схемы проще описать одним простым примером. Представим, что в комнате находится несколько человек, разбитых на пары. Первая часть общается на одном языке, они говорят по очереди, например, по 20 секунд – это описание GSM. Вторая часть разговаривает одновременно, но на разных языках – это CDMA. В обоих случаях люди нормально общаются, но непрерывный разговор, очевидно, является более комфортным, тем более что соседи просто не понимают, о чем говорят рядом.