CC BY
6
Бранчуков А.Д. студент
факультет Информационных сетей и технологий ФГБОУ ВО «Поволжский государственный университет
телекоммуникаций и информатики»
Россия, г. Самара СОТОВЫЕ СЕТИ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
В данной статье рассмотрены основные стандарты сотовый сетей. Были проанализированы характерные свойства каждого поколения. Выявлены и обоснованы основные преимущества и недостатки. На основании проведенного исследования можно сделать вывод, что развитие сотовых сетей идет достаточно быстро - примерно раз в 10 лет появляется новое поколение. Наиболее приоритетно на данный момент усовершенствование сетей 4G и развитие сети 5G.
Ключевые слова: поколение, скорость передачи, технология, сеть, GSM, CDMA, GPRS, EDGE, UMTS, HSPA, LTE, WiMAX, 3G, 4G, 5G
Еще недавно мобильный телефон использовался исключительно для звонков и содержал минимальный набор функций. Однако время не стоит на месте, и технологии тоже не заставляют себя ждать. С совершенствованием телефонов, а так же появлением различных устройств, беспроводное сетевое оборудование постепенно стало занимать ниши, в которых использование проводных сетей невозможно или нецелесообразно. Возникла необходимость увеличения скорости передачи данных. Все эти аспекты приводили к появлению сотовых сетей более нового поколения. В каждом поколении существует несколько стандартов связи, имеющие свои особенности и преимущества.
Рассмотрим каждое поколение в отдельности. Предшественником сотовой сети является подвижная радиотелефонная связь. В 80-х годах прошлого столетия началась активная разработка сетевых стандартов нового поколения. В Европе были созданы NMT и TACS, в США AMPS. Данные технологии считаются первым поколением. Именно они позволили стать сотовым телефонам таким популярным устройством. Стандарты первого поколения не поддерживали передачу данных так как были аналоговыми.
В 90-х годах начался подъем цифровых сетей. Появилось второе поколение в виде стандартов TDMA (Европа), которое в последствии перерастет в GSM, и CDMA (Америка и Азия). По сравнению с первым поколением, оно имело ряд преимуществ: поддержку передачи коротких текстовых сообщений (SMS), впервые телефонные разговоры стали шифроваться, поддерживало технологию передачи цифровых данных (CSD) на скорости до 15 Кбит/с. Практической пользы от CSD не было, так как для его использования требовалось совершить специальный вызов, чтобы появился доступ в интернет. Соответственно принять входящий вызов абонент не мог, а нахождение в интернете обходилось дорого.
В 1997 году появился сервис GPRS. Благодаря ему, сотовые сети начали поддерживать непрерывную передачу данных на скорости до 175 Кбит/с, а операторы получили возможность тарифицировать трафик, а не время на линии.
Для усовершенствования сетей второго поколения, был разработан стандарт EDGE в 2003 году. Поддерживал скорость до 475 Кбит/с. Данный стандарт был широко распространен ввиду легкости его внедрения и использовался GSM операторами достаточно долго время.
Наконец после долго господства стандарта EDGE, появляются сети третьего поколения. Сеть основана на пакетной передачи данных. Работают на частоте 2 ГГц и достигают скорости до 3,6 Мбит/с. Сети третьего поколения смогли удовлетворить нарастающую потребность повышенного трафика. Страницы в интернете стали открываться быстрее, появилась возможность совершать видео вызовы. В сетях третьего поколения была решена проблема жесткого переключения от одной базовой станции к другой, что избавило от обрывов связи в движении.
Самыми востребованными стали стандарты UMTS (Европа), для модернизации сетей GSM, и CDMA 2000 (Азия и Америка). Вскоре технология CDMA2000 получила обновление 1x EV-DO Rel.0, а UMTS усовершенствовалось до технологии HSDPA и HSUPA. Дальнейшие усовершенствования UMTS позволили создать стандарты HSPA+, HSPA+ Dual Carrier, и HSPA+ Evolution, тем самым обеспечив в теории скорость передачи данных от 14 Мбит/с до умопомрачительных 600 Мбит/с.
Важной проблемой сетей UMTS является повышенное энергопотребление в сравнении с GSM.
Полное подключение Операторами Российской Федерации к стандартам третьего поколения продлилось до 2010 года.
2010 год так же ознаменовался внедрением сетей 4G - это поколение мобильной связи с повышенными требованиями. Технологией дальнейшего усовершенствования GSM/EDGE и UMTS/HSPA стал LTE. Пропускная способность сети увеличивается за счет использования иного радиоинтерфейса вместе с улучшением ядра сети. LTE стал единым обновлением стандартов UMTS и CDMA 2000. Стандарт LTE использует по всему миру различные частоты.
Другой технологией четвертого поколения стал WiMAX, которая позволяет использовать сеть 4G без сим карты.
Изначально технологии WiMAX и LTE не соответствовали спецификациям IMT (International Mobile Telecommunication). Дальнейшее развитие технологий в виде LTE Advanced и WiMAX 2 были признаны полноценными сетями четвертого поколения IMT в 2012 году.
Основным отличием 3G от 4G заключается в том, что технология 4G полностью основана на протоколах пакетной передачи данных, в то время как 3G включает в себя как пакетную коммутацию, так и коммутацию каналов. Для передачи голоса в сетях четвертого поколения предусмотрена
технология VoLTE. Она имеет в три раза больше голосовую ёмкость и ёмкость данных, чем сети 3G.
Сеть четвертого поколения в России поддерживают операторы Yota, Freshtel, МегаФон, МТС, Билайн с разной зоной покрытия и разным присутствием в регионах.
Для организации голосовых вызовов в настоящее время используется подход CSFB (Использование для разговора сети предыдущих поколений), однако идёт тестирование и планируется к запуску VoLTE.
Во всем мире в настоящий момент идет активная разработка сети пятого поколения. Основу такой архитектуры сети будет составлять технология SDN (программно-определяемая сеть). Толчком для создания сети пятого поколения стало возросшее число мобильных устройств, у которых имеется доступ в Интернет.
Главным назначением сети пятого поколения станет увеличение емкости сетей, расширение спектра используемых частот, значительное увеличение скорости, возможность поддержания стабильного уровня связи даже с множеством подключенных устройств, качественное предоставление услуг связи даже в самых плотно населенных районах, минимальные задержки. Предполагается, что новая технология значительно повысит эффективность инфраструктуры сетей, ведь именно над этой задачей трудятся все операторы в мире. Ожидается, что сети 5G будут не сота-ориентированными, а устройство-ориентированными. Это означает, что устройство абонента будет соединено не только с базовой станцией, но и с такими же соседними устройствами. Скорость передачи данных в сети 5G будет составлять 10 Гбит/с, однако некоторые исследования показывают, что возможен разгон до 125 Гбит /с.
Крупномасштабное развертывание сети 5G планируется в 2020 году, но протестирована она будет накануне ЧМ по футболу в 2018 году. Россия будет в числе первых стран, где появится мобильная связь нового поколения.
Самое активное продвижение сетей нового поколения в России выполняется компанией Мегафон, которая сама же участвует в разработке и усовершенствовании стандартов.
Будущее за беспроводными технологиями. Это позволит решить проблему с доступом в интернет в мало населенных районах, а в конечном итоге и вовсе может избавить от необходимости проводного соединения.
Использованные источники:
1. Попов В.И., Основы сотовой связи стандарта GSM/^.: ЭкоТрендз, 2005. -296 с.
2. Тихвинский В.О., Управление и качество услуг в сетях GPRS/UMTS/^.: ЭкоТрендз, 2007. - 400 с.
3. Битнер В.И., Михайлова Ц. Ц. Сети нового поколения//М.: Горячая линия, 2011 - 226 с.
Булатов Д.М.
