Описание стандартов связи 1 G и 2 G — подробный разбор архитектуры сети GSM

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:

1. Аналоговые – 1G
2. Цифровые – Все остальные стандарты мобильной связи (2G, 3G, 4G, 5G).

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:

• Низкая емкость.
• 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.

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).

Стандарты сотовой связи – 2G.

• GSM
• GPRS
• EDGE

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.

GSM.

Впервые сети поколения 2G начали свою работу уже в 1991 году. Главным нововведением и преимуществом от первого поколения — цифровой метод передачи информации, благодаря чему появилась любимым многим, возможность передачи сообщений – SMS. Во время создания второго поколения, Европа решила создать единый стандарт, который именуется — GSM. Так же, примечательной особенностью второго поколения связи стало то, что звонки стали зашифрованы благодаря цифровому шифрованию, а пиковая скорость достигала 115,2 кбит/с.

GPRS.

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.

EDGE.

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:

1. Комплект для усиления сотовой связи BS-GSM-65-kit
2. Комплект для усиления сотовой связи BS-GSM-75-kit
3. Комплект для усиления сотовой связи BS-GSM-80-kit

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

Надстройка над GSM — GPRS/EDGE

Самый распространенный в России стандарт беспроводной передачи данных это GPRS и EDGE. Они являются надстройкой над технологией сотовой GSM связи. Данные собираются в пакеты и передаются через виртуальный канал, который предоставляется абоненту на время подключения GPRS сеанса. Для подключения к интернету можно воспользоваться сотовым телефоном с поддержкой GPRS или EDGE. Теоретически максимально-возможная скорость передачи данных при использовании GPRS – 171,2 Кбит/с, при использовании EDGE – 473,6 Кбит/с. На практике скорость намного меньше и составляет в среднем 40-45 Кбит/с. Хотя для осуществления простейших операций вроде открытия и просмотра странички через web-браузер, чтения новостей и почты этих скоростей хватает. Про медиа-контент и скачивание файлов тут не может быть и речи, но, тем не менее, пользователь получает в свое распоряжение определенную мобильность. Технология GPRS/EDGE доступна всем абонентам МТС, Билайн, Мегафон.

Стандарты связи 3G.

• CDMA2000
• UMTS (или W-CDMA)
• HSPA
• HSPA+

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:

1. Готовый комплект для усиления 3G-4G интернета A13
2. Готовый комплект усиления 4G интернета N5

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

1. Модемы 3G-4G с антеннами (комплект)

CDMA2000.

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.

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.

HSPA.

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.

HSPA+.

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.

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).

Стандарты мобильной связи 4G.

• LTE Advanced
• 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.

Преимущества данного поколения перед прошлым:

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

Для усиления сигнала в сетях 4G мы можем посоветовать вам данные комплекты:

1. Готовый комплект усиления 3G-4G интернета № А1
2. Готовый комплект усиления 3G-4G интернета № А20

LTE Advanced.

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.

Кто будет строить сети 5G

В мае 2021 года ФАС России одобрило соглашение о совместном строительстве 5G-сетей , «ВымпелКом» и «МегаФон». Эти операторы должны будут обеспечить равный доступ к 5G всем участникам рынка.

При этом по состоянию на 2021 год, перспективы развития 5G в России туманны. Решение о выделении определенных частот для стандарта 5G еще не принято. Предположительно новый пятый стандарт заработает в нашей стране не ранее 2024 года. А возможно, к 2030 году мы уже увидим шестое поколение мобильной связи? Кто знает…

Но пока 5G в процессе разработки, остается насущным вопрос, какой существующий стандарт мобильной связи лучше?

Какие стандарты связи поддерживают российские операторы?

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

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.

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

Где будут ставить сети 5G

Одна из идей — разместить базовые станции для 5G-сетей на крышах домов. Однако сейчас управляющие компании не спешат предоставлять операторам доступ к общедомовому имуществу для установки оборудования.

К тому же, операторам приходится платить процент за использование крыш, подвалов и другой общедомовой территории. Вскоре эту проблему планируется решить на государственном уровне, что позволит внедрять 5G сети более быстрыми темпами.

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.

Актуальность

Изучаемая тема очень актуальная так как, обусловлена существенным расширением возможностей телекоммуникаций с появлением в 1980-е годы сотовой связи, а также быстрой и существенной трансформацией территориальной структуры всей сложившейся системы связи в мире. Наряду с другими обстоятельствами, развитие сотовой связи — одновременно и результат и важный фактор процесса глобализации, во многом отвечающий за усиление контактности и мобильности людей, проводимости среды и консолидацию мирового информационного пространства.