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.
- Великобритании.
- Италии.
- Испании.
- Германии в нескольких городах: Бонне и Берлине.
- Китае – 50 города.
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:
- Аналоговые – 1G
- Цифровые – Все остальные стандарты мобильной связи (2G, 3G, 4G, 5G).
| Поколения сотовой связи: | 1G | 2G | 2,5G | 3G | 3,5G | 4G | 5G (сотовая связь нового поколения) |
| Стандарты сотовой связи: | AMPS, TACS, NMT | TDMA, CDMA, GSM, PDC | GPRS, EDGE (2.75G), 1xRTT | WCDMA, CDMA2000, UMTS | HSDPA, HSUPA, HSPA, HSPA+ | LTE-Advanced, WiMax Release 2 (IEEE 802.16m), WirelessMAN-Advanced | |
| Преимущества: | Аналоговый стандарт | Цифровой стандарт, поддержка СМС | Пакетная передача данных, увеличение скорости | Увеличение емкости и скорости до 2 Мбит/c | Увеличение скорости | Увеличение емкости, IP ориентированная сеть, поддержка мультимедиа, увеличение скорости до сотен Мбит/c | Скорость от 1 Гбит/c, среднее количество одновременных пользователей — 1 млн на км², задержка до 1 мс, повышенная энергоэффективность |
| Скорость передачи данных: | 1,9 кбит/с | 9,6 — 14,4 кбит/с | 115 кбит/с (1 фаза), 384 кбит/с (2 фаза) | до 3,6 Мбит/с | до 42 Мбит/с | 100 Мбит/с — 1 Гбит/с | от 1 Гб/с, 6,5 Гб/с |
| Рабочая частота (мГц): | 900,1800. | 900,1800,2100. | 800,1800,2600. | ||||
1G
Системы первого поколения (1G, 1981 г.) были аналоговыми, реализованными на достаточно надёжных сетях, но с ограниченной возможностью предложения услуг абонентам. Кроме того, они не позволяли осуществлять роуминг между сетями, т. е. абоненты с одной SIM-картой не могли получать услуги в сетях разных операторов. К системам первого поколения относятся: AMPS и NMT, которые были позднее практически полностью вытеснены стандартом GSM. Минусы — отсутствие безопасности (канал легко прослушивался), трудности с роумингом, малая емкость, большая дальность действия (около 30 км), что в условиях мегаполиса является недостатком, затрудняющим переиспользование частот.
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 |
2G
Системы мобильной связи второго поколения (2G, 1991 г.) являются цифровыми. Они привнесли существенные преимущества с точки зрения предложения абонентам усовершенствованных услуг, повышения емкости и качества. Наиболее распространенным стандартом этого поколения является GSM (изначально Groupe Special Mobile, позже переименована в Global System for Mobile Communications — «глобальная система мобильной связи»). Возросшая потребность в беспроводном доступе в Интернет привела к дальнейшему развитию системы 2G. Так появилась система, называемая 2.5G (2000 г.). Примером технологии 2.5G является GPRS (General Packet Radio Services — «пакетная радиосвязь общего пользования») — стандартизованная технология пакетной передачи данных, позволяющая использовать оконечное устройство мобильной связи для доступа в Интернет. Позже была внедрена технология EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution), что позволило повысить скорость передачи данных до сотен килобит в секунду. Другим появившимся в данном стандарте сервисом является SMS (услуги службы коротких сообщений).
Стандарты 2G на протяжении многих лет были основными при построении систем мобильной связи. Именно GSM дала большой толчок к появлению сетей сотовой связи по всему миру. Однако со временем набор услуг, которые могли предложить стандарты 2G, оказался недостаточным. Кроме того, применяющиеся в данном стандарте технологии передачи данных перестали удовлетворять пользователей сети по скорости.
Куда движется мобильная связь.
В развитых регионах основным направлением развития мобильной связи на ближайшее будущее является конвергенция: обеспечение абонентским терминалам автоматического переключения с одной сети на другую с целью наиболее эффективного использования возможностей всех коммуникационных систем. Экономить средства абонентов и улучшать качество связи позволит автоматическое переключение, например, с GSM на DECT (и обратно), со спутниковой связи на «наземную», а при обеспечении беспроводной передачи данных – между GPRS, EDGE, Wi-Fi и другими стандартами, многие из которых (например, WiMAX) только ожидают своего часа.
3G
Перечисленные выше факторы привели к появлению систем третьего поколения (3G, 1999 г.), которые позволяют осуществлять связь, обмен информацией и предоставлять различные развлекательные услуги, ориентированные на беспроводное оконечное устройство (терминал). Развитие подобных услуг началось уже для систем 2G, но для поддержки этих услуг система должна располагать высокой емкостью и пропускной способностью радиоканалов, а также совместимостью между системами, чтобы предоставлять прозрачный доступ по всему миру. Примером системы 3G является UMTS (Universal Mobile Telecommunications System — «универсальная система мобильной связи»). Данный стандарт позволяет предоставить абонентам скорости передачи данных до 2 Мбит/с. Технология HSDPA (3.5G) дает скорость уже до 14 Мбит/с. Таким образом, пользователи сети могут получать широкий перечень мультимедийных услуг (высококачественное видео, игры, загрузка файлов больших объемов). Однако даже такая скорость передачи данных будет удовлетворять потребности пользователя сети лишь до определенных пределов. В связи с этим началась разработка стандарта четвертого поколения, который позволит снять верхний предел на долгое время.
Таким образом, менее чем за 30 лет технологии сотовой связи прошли огромный путь. Теперь абонент уже не ощущает географической привязанности и может пользоваться высококачественными телекоммуникационными услугами, где бы он ни находился. Произошло изменение основной идеи, состоялся поворот от сетей для передачи голоса к сетям для передачи данных, а передача голоса стала всего лишь одним из сервисов сети передачи данных.
Уже в ближайшие пять лет реализация концепции «Интернета сервисов» может превратить рынок сервисов M2M (Machine-to-Machine, межмашинное взаимодействие) из второстепенного для операторов связи в ключевой, каким для них сейчас является рынок голосовых услуг.
Говорящий телеграф
Инноченце Манцетти считают родоначальником попыток создания рабочей модели «говорящего телеграфа». Концепция выдвинута в 1843 году. Приглашённые на демонстрацию 1864 года журналисты отметили неработоспособность лабораторного образца. Годом позже Инноченце добился своего. 22 ноября 1865 года парижская газета «Ле петит журнал» перевела итальянскую заметку, кратко описывая электрический телефон:
- Манцетти передаёт слова посредством телеграфного провода, пользуясь аппаратом, напоминающим оборудование диспетчеров. Теперь купцы Лондона и Калькутты могут обсудить детали бизнеса. Успехи несомненно подтверждают гипотетическую полезность изобретения. Музыка передаётся отлично, гласные звуки хорошо различимы.
Тремя месяцами ранее проскользнула заметка, намекающая на заинтересованность вопросом представителей телеграфных служб Великобритании. Дело окончилось ничем.
Рынок M2M сегодня
Под рынком M2M в настоящее время понимается преимущественно рынок беспроводных мобильных устройств, оснащённых SIM-картами и предназначенных для передачи телеметрической информации без участия человека.
Согласно оценкам компании Berg Insight, в 2014 г. число беспроводных M2M-подключений в мире превысило 200 млн. Цифра весьма скромная по сравнению с общим количеством подключенных абонентских устройств. Российский рынок беспроводных M2M-подключений насчитывает, по данным МТС, около 6 млн SIM-карт, из которых более 60% установлено на транспортных средствах для контроля их местоположения, учета расхода топлива, реализации и т. п.
Ключевыми проблемами, сдерживающими продвижение услуг М2М на рынке России, бизнес-потребители считают их высокую стоимость, низкую скорость соединения и нестабильность соединения. Эти факторы в качестве определяющих при принятии решения о подключении к услуге называют соответственно 59, 45 и 20% пользователей услуг М2М (данные J’son & Partners Consulting).
M2M и IoT — в чем разница?
Все прогнозы о «взрывном» росте количества M2M-подключений основываются на новой концепции M2M — «Интернете вещей» (Internet of Things, IoT), являющейся частью более общей концепции «Интернета сервисов» (Internet of Services, IoS). Понятие «M2M-устройство» охватывает как традиционные проприетарные средства телеметрии и телеуправления (к которым можно отнести подавляющее большинство используемых сейчас устройств M2M, включая сетезависимые беспроводные), так и независимые от сетей и приложений устройства IoT. А устройства «Интернета вещей» — это только устройства, имеющие возможность через свободное IP-подключение (на физическом уровне, как правило, Wi-Fi) взаимодействовать с различными системами телеметрии и телеуправления, реализованными как облачные и/или онлайн-сервисы. То есть «Интернет вещей» — это облачные телеметрия и телеуправление.
Облачные системы способны обеспечить сколь угодно детализированное оптимизационное управление сколь угодно широкой номенклатурой объектов управления, причем не только объектами в целом («умный дом», «умный автомобиль» и т. п.) и их системами (энергоснабжения, освещения, кондиционирования и т. д.), но и отдельными элементами этих систем, вплоть до отдельной лампочки в системе освещения. Эта особенность является причиной большого разброса в прогнозных оценках количества таких устройств: количество «умных лампочек» и других компонентов управляемых объектов действительно может достигать десятков и сотен миллиардов (в некоторых прогнозах — триллионов).
Возникновение термина
Термин телефон внедрил капитан Джон Тейлор (1844), создав рупорную систему управления судами в туманную погоду. Электрический вариант изобрёл Иоганн Филипп Рейс, признаваемый историками первым экземпляром предка современного связного оборудования. Учёные источники считают изобретателем идеи бельгийца Шарля Борсеу, опубликовавшего заметку на французском (1854), обсуждающую устройства, снабжённые подобиями микрофонов. Первая удачная реализация Рейсом нового изобретения зафиксирована в октябре 1861 года:
- Устройство принимало звук голоса.
- Происходило преобразование акустических волн в электрические импульсы.
- Информацию передавал медный провод.
- Ответный телефон ловил электроны, формируя заложенное передатчиком звучание.
Требования IoT-устройств к сетям связи
Для реализации концепции «Интернета сервисов» необходима унификация всего разнообразия сетей доступа и домашних/локальных сетей на базе стека протоколов IP и переход абонентов от использования проприетарных абонентских устройств, сенсоров и контроллеров к выполненным в идеологии «Интернета вещей» сенсорам и исполнительным устройствам со свободным сетевым доступом к ним. Для оператора связи основные отличия устройств IoT от умных абонентских устройств состоят в потенциально существенно большем количестве первых, на порядки меньшем объеме трафика в расчете на одно устройство, но при этом в более высоких требованиях к качественным характеристикам. В число таких характеристик входят: доступность канала, задержка сигнала в канале, уровень информационной безопасности, необходимая мощность излучения (соответственно, длительность автономной работы устройств). Для телеметрических IoT-устройств больший вес имеют качественные (доступность, безопасность), а не количественные (емкость) характеристики канала. На рисунке 2 показаны области требований различных сервисов к сетям передачи данных. Так, для критичных сервисов телеметрии и телеуправления доступность канала связи с сенсорами и исполнительными устройствами должна достигать 99,999%.
Телефон влюблённых
Истоки восходят к идее струнного (жестяного) телефона, часто называемого телефоном влюблённых – две диафрагмы, соединённые проволокой. Акустические механические волны прекрасно переносятся твёрдыми материалами, нитками. Колебания жестяного телефона иногда переносит жидкость. Конструкции, применяющие трубы, иные физические среды, известны с древности. Современную историю начинают экспериментами Роберта Кука (1664..1685). Первые модели использовали тугие верёвки, учёному приписывают струнную модель (1667).
Это интересно! Жестяной телефон упоминает Дэвид Боуи (Space Oddity). Строго говоря, струнный и жестяной телефоны немного отличаются. Впрочем, литература опускает мелкие детали, касаясь выбранной тематики.
Европейским детям хорошо известна конструкция, использующая пару бумажных стаканчиков, жестяных банок, пластиковых бутылок. Одно время концепцию считали конкурентом электрических моделей: обе использовались параллельно. Ныне учебные модели помогают преподавателям объяснить ученикам принципы распространения акустических волн.
Рупор в виде бумажного стаканчика служит резонатором (концентратором вибраций). Продольные колебания распространяются нитью, достигая визави. Углы обходят внедрением дополнительного (промежуточного) резонатора.
LTE
Система LTE (Long Term Evolution, «долговременная эволюция») была разработана для того, чтобы предоставить пользователям доступ к всевозможным сервисам, а также к Интернету посредством протокола IP. Сеть LTE состоит из множества узлов. Все узлы сети принято делить на две категории: узлы, относящиеся к сети радиодоступа (Radio Access), и узлы опорной сети (Core Network). Ключевым элементом, определяющим эффективность любой радиосети, являются алгоритмы и механизмы, используемые для передачи данных между БС и МС. Далее рассматриваются основные характеристики сети LTE, относящиеся к сети радиодоступа.
Согласно требованиям к системе LTE, при радиусе соты до 5 км должны поддерживаться все параметры спектральной эффективности, пропускной способности и работы с мобильными абонентами. При радиусе соты от 5 до 30 км допускается ухудшение в показателях производительности.
Для обеспечения двунаправленной передачи данных между БС и МС технологией LTE поддерживается как частотный (FDD), так и временной дуплекс (TDD). Для частотного дуплекса определено 15 парных частотных диапазонов (частоты от 800 МГц до 3,5 ГГц), а для временного — восемь. При этом ширина радиоканала может быть различной. Допустимы следующие значения: 1,4/3/5/10/15/20 МГц.
В качестве систем множественного доступа в LTE используются OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) в нисходящем канале и SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) в восходящем. При использовании технологии OFDMA весь имеющийся спектр разбивается на поднесущие, ортогональные друг другу. В зависимости от используемой ширины канала общее количество поднесущих может быть 72, 180, 300, 600, 900 или 1200. Каждая из поднесущих может иметь свой вид модуляции. Могут использоваться следующие модуляции: QPSK, 16QAM, 64QAM.
Множественный доступ организуется за счет того, что одна часть поднесущих выделяется одному пользователю в кадре, другая часть — второму и т. д. Стандартом LTE (а именно, 3GPP TS 36.306) всего определяется 15 (версия документа от 27.03.2015) категорий мобильных устройств. Категория мобильного устройства задает максимальные скорости передачи в DL и UL. В таблице 2 приводятся значения скоростей передачи, поддерживаемые конфигурации MIMO (Multiple Input Multiple Output) и типы модуляций для каждой категории.
Т а б л и ц а 2 . Значения скоростей передачи, поддерживаемые конфигурации MIMO и типы модуляции
| UE категория | Downlink | Uplink | ||||
| Максимальное количество бит в TTI | Максимальное количество бит в транспортном блоке | MIMO | Поддержка 64QAM | Максимальное количество бит в транспортном блоке | ||
| 0 | 1000 | 1000 | – | – | 1000 | |
| 1 | 10296 | 10296 | – | – | 5160 | |
| 2 | 51024 | 51024 | 2×2 | – | 25456 | |
| 3 | 102048 | 75376 | 2×2 | – | 51024 | |
| 4 | 150752 | 75376 | 2×2 | – | 51024 | |
| 5 | 299552 | 149776 | 2×2, 4×4 | + | 75376 | |
| 6 | 301504 | 149776 (4×4) 75376 (2×2) | 2×2, 4×4 | – | 51024 | |
| 7 | 301504 | 149776 (4×4) 75376 (2×2) | 2×2, 4×4 | – | 102048 | |
| 8 | 2998560 | 299856 | 8×8 | + | 1497760 | |
| 9 | 452256 | 149776 (4×4) 75376 (2×2) | 2×2, 4×4 | – | 51024 | |
| 10 | 452256 | 149776 (4×4) 75376 (2×2) | 2×2, 4×4 | – | 102048 | |
| 11 | 603008 | 149776 (4×4,64QAM)195816 (4×4, 256QAM) 75376 (2×2, 64QAM)97896 (2×2, 256QAM) | 2×2, 4×4 | – | 51024 | |
| 12 | 603008 | 149776 (4×4,64QAM)195816 (4×4, 256QAM) 75376 (2×2, 64QAM)97896 (2×2, 256QAM) | 2×2, 4×4 | – | 102048 | |
| 13 | 391632 | 195816 (4×4) 97896 (2×2) | 2×2, 4×4 | + | 150752 | |
| 14 | 3916560 | 391656 | 8×8 | + | 1497760 | |
| 15 | 749856–798800 | 149776 (4×4,64QAM)195816 (4×4, 256QAM) 75376 (2×2, 64QAM)97896 (2×2, 256QAM) | 2×2, 4×4 | n/a | n/a | |
| 16 | 978960–1051360 | 149776 (4×4,64QAM)195816 (4×4, 256QAM) 97896 (2×2, 256QAM) | 2×2, 4×4 | n/a | n/a | |
По приведенным выше значениям можно примерно рассчитать максимальную скорость передачи. В нисходящем канале значения максимальной скорости передачи в зависимости от категории мобильной станции будут следующие: 10, 50, 100, 150, 300, 300, 300 Мбит/с и 3 Гбит/с. Для восходящего канала получаются следующие значения: 5, 25, 50, 50, 75, 50, 100 Мбит/с и 1,5 Гбит/с. На рис. 5 приведено распределение скоростей «вниз» и «вверх» по категориям LTE.
Мобильные устройства всех категорий поддерживают работу с каналом шириной до 20 МГц (кроме категории 0) и модуляцию 64QAM (кроме категории 0) в нисходящем канале. Категория 0 вводится специально для MTC (Machine Type Communications). Одно из основных требований в рамках MTC — очень низкое энергопотребление. Отсюда и жесткие ограничения на поддерживаемый набор функций на физическом уровне и размер буфера.
Основной плюс технологии OFDMA заключается в том, что она позволяет бороться при приеме сигнала с негативными эффектами, вызванными многолучевым распространением. Однако этой технологии также присущи и некоторые недостатки. Основные из них состоят в том, что данная технология очень чувствительна к синхронизации по частоте. Сгенерированный OFDMA-сигнал обладает высоким PAPR (Peak to Average Ratio). Это, в свою очередь, сказывается на том, что используемый усилитель сигнала будет работать в нелинейных участках своей характеристики. Поэтому его эффективность будет низкой, что достаточно критично для устройств с ограниченным запасом энергии (мобильных терминалов). Из-за этого в восходящем канале LTE используется другая технология множественного доступа, а именно SC-FDMA. Отличие SC-FDMA от OFDMA заключается в том, что в SC-FDMA используется дополнительная обработка сигнала для снижения PAPR. В SC-FDMA в качестве такой дополнительной обработки сигнала используется преобразование Фурье. В восходящем канале могут использоваться различные виды модуляции: QPSK, 16QAM, 64QAM.
Стандарт LTE также поддерживает технологию передачи MIMO, которая позволяет существенно увеличить пиковую скорость передачи данных и значение спектральной эффективности. Суть технологии MIMO заключается в том, что при передаче и приеме данных используется несколько антенн с каждой стороны. Разные антенны могут передавать одни и те же данные, в этом случае повышается надежность передачи данных, но не скорость передачи. Также разные антенны могут передавать различные потоки данных, при этом увеличивается скорость передачи данных. Максимально в нисходящем канале технологией LTE поддерживается схема 44. Это означает, что на передающей и приемной стороне используется по четыре антенны. В этом случае скорость передачи данных может быть увеличена до четырех раз (в действительности чуть меньше из-за увеличения количества пилотных сигналов).
При использовании технологии MIMO и ширине канала 20 МГц максимальная скорость передачи данных может достигать 300 Мбит/с в нисходящем канале и 170 Мбит/с в восходящем.
В требованиях к LTE значения спектральной эффективности указаны как 5 бит/с/Гц для нисходящего канала и 2,5 бит/с/Гц для восходящего канала (что соответствует скоростям передачи данных в 100 Мбит/с и 50 Мбит/с). При этом высокие показатели производительности должны поддерживаться для мобильных пользователей, перемещающихся со скоростью до 120 км/ч.
Электрический телефон Рейса
Год спустя, изобретатель продемонстрировал новинку Вильгельму фон Легату, инспектору Королевской Прусской телеграфной компании, сделавшему соответствующую зарегистрированную запись. Заметка стала важным фактором, позволив Эдисону (1875) сконструировать углеродный микрофон. Легат приложил эскизы устаревшие. Эдисон охотно признавал помощь Рейса:
- Автор идеи передачи дистанционно музыки, несомненно, Рейс. Артикуляцию предложил переправлять посредством провода Белл. Первый коммерческий вариант изобретён мною лично. Ныне используемые модели – эдисоновские (передающие) и Белла (приёмные).
Историки отмечают лёгкий бред отмеченной сентенции. Уже Рейс передал фразу Das Pferd frisst keinen Gurkensalat. Великий Эдисон упустил огурчики. Изобретатель прекрасно знал, что лингвистические особенности немецкого сильно усложняют слуховое восприятие факта отрицания лошадью салата. Потому использовал именно это предложение, доказывая убедительность собственного изобретения.
Динамик устройства использовал явление магнитострикции, открытое ранее Джоулем (1942). Обмотав проволокой железный сердечник, изобретатель расположил иглу напротив f-образного отверстия скрипки. Проходящий ток изменял размеры стержня, раздавался щелчок. Чувствительность первой конструкции оставляла желать лучшего. Вторую – снабдили сигарообразным резонатором. Слишком слабый звук компенсировался отличным качеством звучания (воспроизводимая речь уступала возможностям воспроизведения музыки). Желающие увеличить громкость могли повысить ток.
LTE Cat.0, LTE Cat.1
Одно из основных требований к устройству М2М/IoT — низкое энергопотребление. Для реализации этого требования в стандарт LTE были включены требования к абонентским устройствам Cat.0, Cat.1 и LTE NB (Narrow Band).
Теоретически устройства IoT смогут работать в сетях LTE с поддержкой Cat.1 не менее 10 лет от одной батареи. Многие IoT-устройства будут работать без внешней подачи энергии, то есть продолжительность их функционирования станет определяться именно показателями энергопотребления, массовая замена батареек не предусматривается. Экономию энергии обеспечивает поддержка функционала Power Saving Mode. Устройство с таким функционалом находится, в основном, в спящем режиме и включается только тогда, когда это необходимо. Как ожидается, поддержка Power Saving Mode на стороне сетевого оборудования LTE будет стандартизована в 2021 г. В ноябре 2015 г. фирма Ericsson показала работу устройства Cat.1 на базе чипсета Altair FourGee-1160 на сети AT&T с использованием релиза 16A. Это очень перспективное направление, особенно учитывая то, что сети LTE возьмут на себя функции работы с многочисленными устройствами M2M, которые сейчас в большинстве своем работают через сети GSM.
NB-LTE
NB-LTE — узкополосный (Narrow Band) LTE для IoT-приложений — еще одно подмножество стандарта LTE, которое планируется закрепить в 3GPP LTE Rel.13 в начале 2021 г. NB-LTE предназначен для разнообразных IoT-применений, которые отличает низкое потребление трафика. NB-LTE, как ожидается, будут отличать еще более скромные потребности по части ресурсов, нежели LTE Cat.1, Cat.0 и LTE MTC. Ожидаемая спецификация: 180 кГц — полоса частот для UL и DL (для LTE MTC — 1 МГц), в DL используется 15 кГц частот и модуляция OFDMA, 3,75 кГц — защитный интервал, в UL задействован FDMA или GMSK, как опция может быть SC-FDMA. Ожидается улучшенное покрытие в помещениях, возможность обслужить множество устройств с низким потреблением трафика, особенно таких, которые не слишком чувствительны к задержкам. Узкополосность позволяет изготавливать недорогие чипсеты и устройства с очень низким энергопотреблением, что должно обеспечить длительную работу устройств от батарей питания (типа большого серебряно-цинкового элемента или щелочного элемента AAA), вплоть до года или более. Стандарт можно будет внедрить на обычных сетях LTE за счет выделения нескольких ресурсных блоков или за счет использования блоков в защитном диапазоне LTE. В принципе возможно и изолированное развертывание сети NB-LTE в выделенном для этого участке спектра. Стандарту прочат широкое использование, так как, в отличие от различных аналогов, он поддерживается 3GPP. Есть, правда, опасение, что к моменту выхода конечной версии Rel.13 с NB-LTE не успеют, тогда он будет стандартизован в Rel.14. А вот LTE MTC войдет в Rel.13 почти со 100%-й вероятностью. Этот стандарт обеспечивает энергопотребление меньше, нежели Cat.0, а покрытие лучше, чем у Cat.0. Он проигрывает NB-LTE, но зато практически готов к включению в стандарт.
LTE-A (LTE Advanced)
Под LTE Advanced (LTE-A) на сегодня принято понимать набор технологий, стандартизованных в документе 3GPP Rel.10 и последующих релизах. Ключевые функции — агрегация частот (CA), усовершенствованные техники работы с антеннами, доработанные MIMO для увеличения емкости и релейной передачи. Улучшения также включают оптимизацию работы гетерогенных сетей (на предмет наращивания емкости и улучшения управления интерференцией), SRVCC, eMBMS. В Rel.11 появилась также поддержка CoMP, eICIC. LTE-A на сегодня — основной тренд отрасли, практически каждый третий оператор сети LTE в мире инвестирует в испытания или занимается развертыванием поддержки данной технологии.
LTE-A, как ожидается, поможет справиться с активным ростом трафика беспроводных данных, а также будет способствовать повышению средних скоростей в беспроводных сотовых сетях. Это означает также лучшее покрытие, бОльшую стабильность и быстроту сетей. Это означает комплексное улучшение параметров сети передачи данных, а не только увеличение скорости скачивания данных. LTE-A обеспечит для операторов возможность нарастить емкость их сетей, улучшить качество пользовательского опыта, улучшить возможности распределения сетевых ресурсов. Для этого используется целый набор различных технологий, некоторые из которых не являются новыми, но ранее не использовались в единой системе связи.
Ожидается, что LTE-A позволит передавать данные с пиковыми скоростями до 1 Гбит/с по сравнению с 300 Мбит/с для LTE. Агрегация частот обеспечивает возможность предоставлять абонентам более высокие скорости, позволяя загружать данные с использованием одновременно нескольких полос частот. Абонентское устройство в режиме CA принимает и комбинирует одновременно несколько сигналов, например из двух несущих частот или даже из разных диапазонов частот. Комбинировать можно до пяти несущих шириной по 20 МГц каждая, собирая широкий канал для перекачки данных с полосой до 100 МГц. MIMO, как технология множественного ввода/вывода, может увеличивать суммарную скорость передачи данных за счет одновременной передачи сигнала с разделением потока данных между двумя или большим числом антенн. Это позволяет повысить спектральную эффективность передачи информации. Более того, возможно динамическое создание ориентированной на конкретное абонентское устройство синтезированной направленной антенны.
Relay Nodes — способ быстро нарастить покрытие сети в местности, где нет мощных каналов передачи цифровых данных. В этом случае радиоподсистема LTE-A сама выполняет функцию беспроводной опорной сети. Это также возможность размещать маломощные БС на краях соты, чтобы улучшить там покрытие и емкость.
Сотовая связь.
Также по теме:
ТЕЛЕФОН
Самым распространенным на сегодня видом мобильной связи является сотовая связь. Услуги сотовой связи предоставляются абонентам компаниями-операторами.
Беспроводную связь сотовому телефону предоставляет сеть базовых станций.
Также по теме:
ИНТЕРНЕТ
Каждая станция обеспечивает доступ к сети на ограниченной территории, площадь и конфигурация которой зависит от рельефа местности и других параметров. Перекрывающиеся зоны покрытия создают структуру, похожую на пчелиные соты; от этого образа и происходит термин «сотовая связь». При перемещении абонента его телефон обслуживается то одной, то другой базовой станцией, причем переключение (смена соты) происходит в автоматическом режиме, совершенно незаметно для абонента, и никак не влияет на качество связи. Такой подход позволяет, используя радиосигналы малой мощности покрывать сетью мобильной связи большие территории, что обеспечивает этому виду коммуникаций, помимо эффективности, еще и высокий уровень экологичности.
Также по теме:
ЭЛЕКТРОННАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Компания-оператор не только технически обеспечивает мобильную связь, но и вступает в экономические взаимоотношения с абонентами, которые приобретают у нее некоторый набор основных и дополнительных услуг. Так как видов сервисов достаточно много, расценки на них объединяют в комплекты, именуемые тарифными планами. Вычислением стоимости оказанных каждому абоненту услуг занимается билинговая система (программно-аппаратная система, ведущая учет предоставленных абоненту услуг и сервисов).
Билинговая система оператора взаимодействует с аналогичными системами других компаний, например, предоставляющих абоненту услуги роуминга (возможность пользоваться мобильной связью в других городах и странах). Все взаиморасчеты за мобильную связь, в том числе и в роуминге, абонент производит со своим оператором, который является для него единым расчетным центром.
Роуминг – доступ к сервисам мобильной связи за пределами зоны покрытия сети «домашнего» оператора, с которым у абонента заключен контракт.
Находясь в роуминге, абонент обычно сохраняет свой телефонный номер, продолжает пользоваться своим сотовым телефоном, совершая и принимая звонки точно так же, как и в домашней сети. Все необходимые для этого действия, включая межоператорский обмен трафиком и привлечение по мере необходимости ресурсов других коммуникационных компаний (например, обеспечивающих трансконтинентальную связь), производятся автоматически и не требуют от абонента дополнительных действий. Если домашняя и гостевая сети предоставляют услуги связи в разных стандартах, роуминг все равно возможен: абоненту на время поездки могут выдать другой аппарат, при этом сохраняя его телефонный номер и автоматически маршрутизируя звонки.
