Трудно в это поверить, но когда-то мобильные телефоны действительно называли «телефонами», не смартфонами, не суперфонами… Они входят в ваш карман и могут делать звонки. Вот и все. Никаких социальных сетей, обмена сообщениями, загрузки фотографий. Они не могут загрузить 5-Мегапиксельную фотографию на Flickr и, конечно же, не могут превратиться в беспроводную точку доступа. Конечно, те мрачные дни уже далеко позади, но по всему миру продолжают появляться перспективные беспроводные высокоскоростные сети передачи данных нового поколения, и многие вещи начинают казаться запутанными. Что же такое «4G»? Это выше, чем 3G, но означает ли, что лучше? Почему все четыре национальных оператора США неожиданно называют свои сети 4G? Ответы на эти вопросы требуют небольшой экскурсии в историю развития беспроводных технологий. Для начала, «G» означает «поколение», поэтому когда вы слышите, что кого-то относят к «сети 4G», это означает, что они говорят о беспроводной сети, построенной на основе технологии четвертого поколения. Применение определения «поколения» в данном контексте приводит ко всей той путанице, в которой мы попробуем разобраться.

1G

История начинается с появления в 1980-х годах нескольких новаторских сетевых технологий: AMPS в США и сочетание TACS и NMT в Европе. Хотя несколько поколений услуг мобильной связи существовали и раньше, тройка AMPS, TACS и NMT считается первым поколением (1G), потому что именно эти технологии позволили мобильным телефонам стать массовым продуктом. Во времена 1G никто не думал об услугах передачи данных — это были чисто аналоговые системы, задуманные и разработанные исключительно для осуществления голосовых вызовов и некоторых других скромных возможностей. Модемы существовали, однако из-за того, что беспроводная связь более подвержена шумам и искажениям, чем обычная проводная, скорость передачи данных была невероятно низкой. К тому же, стоимость минуты разговора в 80-х была такой высокой, что мобильный телефон мог считаться роскошью. Отдельно хочется упомянуть первую в мире автоматическую систему мобильной связи «Алтай», которая была запущена в Москве в 1963 году. «Алтай» должен был стать полноценным телефоном, устанавливаемым в автомобиле. По нему просто можно было говорить, как по обычному телефону (т.е. звук проходил в обе стороны одновременно, т.н. дуплексный режим). Чтобы позвонить на другой «Алтай» или на обычный телефон, достаточно было просто набрать номер — как на настольном телефонном аппарате, без всяких переключений каналов или разговоров с диспетчером. Аналогичная система в США, IMTS (Improved Mobile Telephone Service), была запущена в опытной зоне на год позже. А коммерческий ее запуск состоялся лишь в 1969 году. Между тем в СССР к 1970 году «Алтай» был установлен и успешно работал уже примерно в 30 городах. Кстати, в Воронеже и Новосибирске система действует до сих пор.

2G

В начале 90-х годов наблюдается подъем первых цифровых сотовых сетей, которые имели ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми системами. Улучшенное качество звука, бОльшая защищенность, повышенная производительность — вот основные преимущества. GSM начал свое развитие в Европе, в то время как D-AMPS и ранняя версия CDMA компании Qualcomm стартовали в США. Эти зарождающиеся 2G стандарты пока не имеют поддержки собственных, тесно интегрированных, услуг передачи данных. Многие из таких сетей поддерживают передачу коротких текстовых сообщений (SMS), а также технологию CSD, которая позволила передавать данные на станцию в цифровом виде. Это фактически означало, что вы могли передавать данные быстрее — до 14,4 кБит/с, что было сравнимо со скоростью стационарных модемов в середине 90-х. Для того, чтобы инициировать передачу данных с помощью технологии CSD, необходимо было совершить специальный «вызов». Это было похоже на телефонный модем — вы или были подключены к сети, или нет. В условиях того, что тарифные планы в то время измерялись в десятках минут, а CSD была сродни обыкновенному звонку, практической пользы от технологии почти не было.

2.5G

Появление сервиса «General Packet Radio Service» (GPRS) в 1997 году стало переломным моментом в истории сотовой связи, потому что он предложил для существующих GSM сетей технологию непрерывной передачи данных. С использованием новой технологии, вы можете использовать передачу данных только тогда, когда это необходимо — нет больше глупой CSD, похожей на телефонный модем. К тому же, GPRS может работать с большей, чем CSD, скоростью — теоретически до 100 кБит/с, а операторы получили возможность тарифицировать трафик, а не время на линии. GPRS появился в очень подходящий момент — когда люди начали непрерывно проверять свои электронные почтовые ящики. Это нововведение не позволило добавить единицу к поколению мобильной связи. В то время, как технология GPRS уже была на рынке, Международный Союз Электросвязи (ITU) составил новый стандарт — IMT-2000 — утверждающий спецификации «настоящего» 3G. Ключевым моментом было обеспечение скорости передачи данных 2 МБит/с для стационарных терминалов и 384 кБит/с для мобильных, что было не под силу GPRS. Таким образом, GPRS застрял между поколениями 2G, которое он превосходил, и 3G, до которого не дотягивал. Это стало началом раскола поколений.

3G, 3.5G, 3.75G… и 2.75G тоже

В дополнение к вышеупомянутым требованиям к скорости передачи данных, спецификации 3G призывали обеспечить легкую миграцию с сетей второго поколения. Для этого, стандарт, называемый UMTS стал топовым выбором для операторов GSM, а стандарт CDMA2000 обеспечивал обратную совместимость. После прецедента с GPRS, стандарт CDMA2000 предлагает собственную технологию непрерывной передачи данных, называемую 1xRTT. Смущает то, что, хотя официально CDMA2000 является стандартом 3G, он обеспечивает скорость передачи данных лишь немногим больше, чем GPRS — около 100 кБит/с. Стандарт EDGE — Enhanced Data-rates for GSM Evolution — был задуман как легкий способ операторов сетей GSM выжать дополнительные соки из 2.5G установок, не вкладывая серьезные деньги в обновление оборудования. С помощью телефона, поддерживающего EDGE, вы могли бы получить скорость, в два раза превышающую GPRS, что вполне неплохо для того времени. Многие европейские операторы не стали возиться с EDGE и были приверженцами внедрения UMTS. Итак, куда же отнести EDGE? Это не так быстро, как UMTS или EV-DO, так что вы можете сказать, что это не 3G. Но это явно быстрее, чем GPRS, что означает, что она должна быть лучше, чем 2.5G, не так ли? Действительно, многие люди назвали бы EDGE технологией 2.75G. Спустя десятилетие, сети CDMA2000 получили обновление до EV-DO Revision A, которая предлагает немного более высокую входящую скорость и намного выше исходящую скорость. В оригинальной спецификации, которая называется EV-DO Revision 0, исходящая скорость ограничена на уровне 150 кБит/с, новая версия позволяет делать это в десять раз быстрее. Таким образом, мы получили 3.5G! То же самое для UMTS: технологии HSDPA и HSUPA позволили добавить скорость для входящего и исходящего траффика. Дальнейшие усовершенствования UMTS будут использовать HSPA+, dual-carrier HSPA+, и HSPA+ Evolution, которые теоретически обеспечат пропускную способность от 14 МБит/с до ошеломительных 600 МБит/с. Итак, можно ли сказать что мы попали в новое поколение, или это можно назвать 3.75G по аналогии с EDGE и 2.75G?

4G — кругом обман

Подобно тому, как было со стандартом 3G, ITU взяла под свой контроль 4G, привязав его к спецификации, известной как IMT-Advanced. Документ призывает к скорости входящих данных в 1 ГБит/с для стационарных терминалов и 100 МБит/с для мобильных. Это в 500 и 250 раз быстрее по сравнению с IMT-2000. Это действительно огромные скорости, которые могут обогнать рядовой DSL-модем или даже прямое подключение к широкополосному каналу. Беспроводные технологии играют ключевую роль в обеспечении широкополосного доступа в сельской местности. Это более рентабельно — построить одну станцию 4G, которая обеспечит связь на расстоянии десятков километров, чем покрывать сельхозугодья одеялом из оптоволоконных линий. К сожалению, эти спецификации являются настолько агрессивными, что ни один коммерческий стандарт в мире не соответствует им. Исторически сложилось, что технологии WiMAX и Long-Term Evolution (LTE), которые призваны добиться такого же успеха как CDMA2000 и GSM, считаются технологиями четвертого поколения, но это верно лишь отчасти: они оба используют новые, чрезвычайно эффективные схемы мультиплексирования (OFDMA, в отличие от старых CDMA или TDMA которые мы использовали на протяжении последних двадцати лет) и в них обоих отсутствует канал для передачи голоса. 100 процентов их пропускной способности используется для услуг передачи данных. Это означает, что передача голоса будет рассматриваться как VoIP. Учитывая то, как сильно современное мобильное общество ориентировано на передачу данных, можно считать это хорошим решением. Где WiMAX и LTE терпят неудачу, так это в скорости передачи данных, у них эти значения теоретически находятся на уровне 40 МБит/с и 100 МБит/с, а на практике реальные скорости коммерческих сетей не превышают 4 МБит/с и 30 МБит/с соответственно, что само по себе очень неплохо, однако не удовлетворяет высоким целям IMT-Advanced. Обновление этих стандартов — WiMAX 2 и LTE-Advanced обещают сделать эту работу, однако она до сих пор не завершена и реальных сетей, которые их используют, по-прежнему не существует. Тем не менее, можно утверждать, что оригинальные стандарты WiMAX и LTE достаточно отличаются от классических стандартов 3G, чтобы можно было говорить о смене поколений. И действительно, большинство операторов по всему миру, которые развернули подобные сети, называют их 4G. Очевидно, это используется в качестве маркетинга, и организация ITU не имеет полномочий противодействовать. Обе технологии (LTE в частности) скоро будут развернуты у многих операторов связи по всему миру в течение нескольких следующих лет, и использование названия «4G» будет только расти. И это еще не конец истории. Американский оператор T-Mobile, который не объявлял о своем намерении модернизировать свою HSPA сеть до LTE в ближайшее время, решил начать брендинг модернизации до HSPA+ как 4G. В принципе, этот шаг имеет смысл: 3G технология в конечном счете может достигнуть скоростей, больших, чем просто LTE, приближаясь к требованиям IMT-Advanced. Есть много рынков, где HSPA+ сеть T-Mobile быстрее, чем WiMAX от оператора Sprint. И ни Sprint, ни Verizon, ни MetroPCS — три американских оператора с живой WiMAX/LTE сетью — не предлагают услуги VoIP. Они продолжают использовать свои 3G частоты для голоса и будут делать это еще в течении некоторого времени. Кроме того, T-Mobile собирается обновиться до скорости 42 МБит/с в этом году, даже не касаясь LTE! Возможно, именно этот шаг T-Mobile вызвал глобальное переосмысление того, что же на самом деле означает «4G» среди покупателей мобильных телефонов. AT&T, которая находится в процессе перехода на HSPA+ и начнет предлагать LTE на некоторых рынках в конце этого года, называет обе эти сети 4G. Таким образом, все четыре национальных оператора США украли название «4G» у ITU — они его взяли, убежали с ним и изменили.

Выводы

Итак, что же это все нам дает? Похоже, операторы выиграли эту битву: ITU недавно отступил, заявив, что термин 4G «может быть применен к предшественникам этой технологии, LTE и WiMAX, а также другим эволюционировавшим 3G технологиям, обеспечивающим существенное повышение производительности и возможностей по сравнению с начальной системой третьего поколения». И в некотором смысле мы считаем, что это справедливо — никто не будет спорить, что так называемые «4G» сети сегодня напоминают сети 3G 2001 года. Мы можем передавать потоковое видео очень высокого качества, загружать большие файлы в мгновение ока и даже, в определенных условиях, использовать некоторые из этих сетей как замену DSL. Это звучит как скачок поколений! Не известно, будут ли WiMAX 2 и LTE-Advanced называться «4G» к тому времени, когда они станут доступны, но думаю, что нет — возможности этих сетей будут сильно отличаться от сетей 4G, которые существуют сегодня. И давайте быть честными: отделы маркетинга не испытывают недостатка в названиях поколений.

Литература

2G, 3G, 4G, and everything in between: an Engadget wireless primerUPDATE: Добавлена информация о системе мобильной связи «Алтай». 183 580k 183

Термин 3G применяется для обозначения поколения мобильных сервисов, которое пришло на смену устаревшим 1G и 2G. Технология обеспечивает доступ к мобильному интернету с высокой скоростью и разнообразным услугам сети интернет.

Системы сотовой связи активно развиваются с 1970-х гг., а сами мобильные устройства классифицируют по поколениям пользователей, которым они принадлежат. Первые телефоны относились к поколению 1G (G — generation). Они работали в аналоговых сетях и обеспечивали низкое качество связи. Позже появились цифровые сети 2G с повышенным качеством голосовой связи и функцией SMS.

Скорость 3G и другие преимущества для пользователей

Создание сети третьего поколения ознаменовало собой создание единой среды мобильной связи, которая поддерживает широкополосные системы передачи данных и обеспечивает глобальную мобильность. 3G базируется на технологии IP с пакетной передачей данных. Это впервые позволило абонентам находится в онлайн-режиме непрерывно. Для этого требуется просто находиться там, где доступна сотовая связь.

Стандарт связи 3G после своего появления составил конкуренцию интернет-провайдерам за счет широких возможностей для пользователя. К преимуществам сетей третьего поколения относятся:

  • скорость передачи данных — до 2 Мбит/с;
  • доступ к высокоскоростному интернету из любого места;
  • удаленный доступ к корпоративной сети;
  • видеотелефония;
  • потоковое видео;
  • банковские сервисы;
  • виртуальный кошелек;
  • онлайн-игры.

С появлением 3G у пользователей появилась возможность совершать онлайн-покупки с помощью мобильных устройств. Сети третьего поколения позволили использовать сотовый телефон в качестве виртуального кошелька, что становилось все более актуальным по мере развития электронной коммерции.

Сети третьего поколения также предоставили широкий спектр возможностей для бизнеса. Логистические компании смогли оптимизировать работу парков автотранспорта, курьерских служб. Начинающие предприниматели получили возможность черпать в мобильном интернете идеи для новых стартапов.

Что такое 3G интернет

Пользователи 3G получают возможность проводить подключение к интернету разными способами:

  • через мобильный телефон;
  • через компьютер;
  • через телефон с синхронизацией с ПК.

Для установки интернет-соединения 3G с помощью компьютера предусмотрены PCMCIA-карта и 3G USB-модем, в который необходимо вставить SIM-карту. Еще один удобный вариант подключения к 3G интернету — синхронизация мобильного телефона с ПК с помощью USB-кабеля или через Bluetooth.

Качество связи в 3G сети

Среди преимуществ 3G выделяют хорошее качество сотовой связи, которое отсутствовало в предыдущих поколениях мобильных устройств. Даже во время пиковых нагрузок новая технология стала покрывать потребности жителей больших городов. Помехи во время разговора и проблемы с соединением были ликвидированы.

В сетях третьего поколения была реализована технология защиты данных. За счет многоуровневого кодирования разработчикам удалось обеспечить конфиденциальность телефонных разговоров. Одновременно уровень излучения был снижен в 4-8 раз. Телефоны с поддержкой 3G стали экологически безопасными.

Чем отличается 3G от 4G

В начале 2000-х гг. технология 3G стала настоящим прорывом, обеспечив пользователям круглосуточный доступ к интернету и качественной связи. Однако сейчас набирает популярность сеть четвертого поколения. Она является усовершенствованной версией 3G и обеспечивает лучшие показатели производительности.

Скорость соединения

Максимальная скорость передачи данных в 3G-сети составляет до 2Мбит/с, а в 4G — до 1 Гб/с. Эти показатели достигаются благодаря увеличению числа антенн MIMO. Однако на практике скорость соединения в обеих сетях может существенно отличаться от максимальной, что зависит от разных факторов, включая:

  • модель мобильного устройства;
  • посещаемые сайты;
  • используемый сервер;
  • местонахождение абонента.

Технология передачи данных

В 3G используется пакетная коммутация и коммутационные каналы узлов сети, а в 4G — только пакетная коммутация. Однако пропускная способности в обеих сетях одинаковая. Отличие 4G — технология IP-телефонии, которая отсутствует в предыдущем поколении мобильных устройств.

12.02.2018

Блог Дмитрия Вассиярова. Рубрика: Интернет

Здравствуйте, уважаемые читатели.

Разбор термина

Начнем с того, что обозначает буква «G». В данном контексте она является заглавной в слове «generation» (поколение). Имеется в виду, что это уже третье поколение связи. Логично предположить, что перед ним были еще два.

Первое относится к тем временам, когда сотовые телефоны были такие большие и тяжелые, что ими можно было нанести тяжкие телесные повреждения. Второе — известный многим стандарт GSM (Global System for Mobile Communications).

Вот мы подобрались к тому, что такое 3g. Что же оно подразумевает под собой? Это набор услуг, включающий в себя голосовую радиосвязь (по-простому, звонки по телефону) и высокоскоростной мобильный интернет для передачи данных. Чтобы пользоваться этими благами, нужен смартфон или модем, поддерживающий такой стандарт.

Скорость

Искушенные современными технологиями абоненты жалуются на недостаточную скорость мобильного интернета. Однако стоит признать, что в сравнении с предшественником, 3G позволяет даже на смартфоне и находясь в пути смотреть потоковое видео, разговаривать по видеосвязи и играть в онлайн игры.

Судите сами: максимальная скорость для сильно подвижных юзеров (до 120 км/ч) составляет 144 кбит/с, для пользователей с быстротой передвижения (до 3 км/ч) — 384 кбит/с, а если сидеть на одном месте — 2048 Кбит/с.

Такие нормы для 3G установлены Международным союзом электросвязи (ITU). В целом, данные по такой сети передаются со скоростью 3,6 Мбит/с.

Беспрерывность связи

Еще одно преимущество 3G над GSM состоит в том, что связь обрывается реже. У 2G были частотные и временные разделения каналов, поэтому при передвижении между станциями вещания могла замедляться передача данных или вовсе обрываться соединение.

У третьего поколения эта проблема решена путем использования «мягкого хэндовера». Принцип работы таков: когда вы удаляетесь от одной точки доступа, связь подхватывает другая — к которой вы приближаетесь. Получается, первая начинает передавать всё меньше данных, а вторая всё больше.

Если вы находитесь в городе, где покрытие хорошее, то вероятность обрыва соединения исключена. Для экономии пространства мобильные операторы устанавливают свои антенны на крышах зданий. Они способны ловить сигнал от мобильного устройства на расстоянии до 35 км.

Стандарты

Несколько слов для тех, кому интересная техническая сторона вопроса. 3G предполагает 5 спецификаций семейства IMT-2000, включая TD-CDMA/TD-SCDMA (своя технология у китайцев), UWC-136 и DECT.

Но самую большую популярность из пятерки получили два. Они базируются на модификации CDMA (множественный доступ с кодовым разделением каналов). Речь идет о UMTS (WCDMA) и CDMA2000 (IMT-MC).

Последняя в России ловится на частотах диапазона 450 МГц. Вообще это поколение функционирует между дециметровым и сантиметровым диапазонами, то есть приблизительно в пространстве 2 ГГц.

Это всё, что касается того, что такое 3g. Прощаюсь с вами до следующей статьи на этом сайте.

До свидания.

Этой статьей стоит поделиться

Господа, всем доброго времени суток!

Сегодня мы на время отложим всякие там параллельные соединения резисторов и прочие конденсаторы и поговорим на тему, которая, без сомнения, намного ближе ко всем нам. Речь пойдет об интернете, господа. Существуют различные способы его получения от провайдера, но конкретно сегодня, здесь и сейчас я бы хотел обсудить мобильный интернет, который передается операторами сотовой связи посредством воздуха радиоволн. Обсуждать сей вопрос мы будем в научно-потребительском контексте. То есть, сначала постараемся разобрать основные теоретические моменты про то, как все это дело работает, а потом поговорим на тему, как увеличить скорость, добавить стабильности каналу и вообще сделать жизнь чуточку приятнее .

Итак, мобильный интернет. Что нам про него известно? Безусловно, подавляющее большинство вас слышало, что этот самый мобильный интернет не весь на одно лицо, а бывает разных поколений: 2G, 3G, 4G. Уже есть первые работы по поколению 5G и идет речь про 6G, но эти двое пока еще не вошли в нашу жизнь, поэтому погодим их трогать. Внутри каждого из этих поколений есть в свою очередь различные технологии, про них мы обязательно поговорим чуть ниже.

2G мы сразу и безоговорочно отбрасываем, не будем на него тратить наше драгоценное время. Скорости там такие унылые, что даже не поймешь есть этот самый интернет или нет его. С таким интернетом проблематично даже общаться в соцсетях или проверять почту. Да вы и сами наверняка знаете то грустное чувство, когда у вашего мобильника в области уведомлений горит буковка Е или G. Усиливать этот сигнал бесполезно, все равно больше какие-то смешных (100…300) кб/с из него не выжать.

3G это уже интереснее, с ним можно разобраться поподробнее. Скорость в сети 3G при благоприятном стечении обстоятельств может достигать 20 Мбит/с или даже больше. Но чаще она ограничена несколькими мегабитами в секунду, что тоже в целом не так уж и плохо.

Давайте копнем чуть вглубь и узнаем, на каких частотах работает сеть 3G? Есть два варианта: UMTS-900 и UMTS-2100. Как видно из названия, первый работает вблизи 900 МГц, а второй – вблизи 2100 МГц. Следует отметить, что первый вариант вроде как почти не встречается, в отличие от второго, который распространен достаточно широко. Господа, взгляните на рисунок 1, там я нарисовал картинку, где на оси частот отметил области работы сетей 3G.

Рисунок 1 – Частоты 3G

В сетях 3G каналы передачи и приема разнесены по частоте. Каналы передачи от пользователя к базовой станции отмечены на рисунке стрелочкой вверх, а каналы приема пользователем данных отмечены стрелочкой вниз. Таким образом, если забыть про не слишком популярный UMTS-900, то нас интересует две полосы частот с шириной 60 МГц: (1920…1980) МГц и (2110…2170) МГц.

Полосы частот в 60 МГц, предназначенные для передачи и приема данных, разделены между операторами сотовой связи. Ну, то есть Мегафону, Билайну, МТС и Теле-2 отведено по 15 МГц в каждом из этих диапазонов.

Каждому конкретному пользователю в данный конкретный момент времени выделяется не весь канал оператора в 15 МГц, а более узкий канал в 5 МГц. То есть, например, пользователь может в данный момент передавать данные через канал (1920…1295) МГц и принимать данные через канал (2110…2115) МГц. Другие каналы заняты в этот момент другими пользователями. Не следует думать, что на канале в 5 МГц сидит только один пользователь. Нет, их там может быть много.

Внутри сети 3G есть ряд стандартов. Рассмотрим некоторые из них. Они обозначаются мудреными буржуйскими аббревиатурами UMTS, HSDPA, HSPA+. Что под ними скрывается? Давайте разбираться.

Когда вы видите на своем телефоне в строке состояния надпись «3, это значит, что ваш телефон подключен к сети по стандарту UMTS. Как вы, наверняка, не раз замечали, скорость при этом часто оставляет желать лучшего. Теоретический предел скорости для этого стандарта всего лишь порядка 2 Мбит/с, а на деле там обычно какие-то смешные килобиты. Безусловно, этот стандарт можно рассматривать лишь как «на безрыбье и рак рыба», говорить о какой-то комфортной работе тут нельзя.

Следующий стандарт HSDPA уже чуть поинтереснее. Вы его, вне всякого сомнения, знаете по буковке « на вашем телефоне. Здесь уже можно получить теоретически порядка 10 Мбит/с. На деле скорее всего будут какие-то единицы мегабит, что, в принципе, хоть как-то может удовлетворять минимальные нужды в интернете.

Если же на вашем телефоне горит значок «H+», то вам повезло, вы работаете по стандарту HSPA+ и вы выжали практически все из вашей сети 3G. Теоретическая скорость здесь может превышать 20 Мбит/с, а на практике можно поиметь 10 Мбит/с и даже больше.

В сети 3G есть еще один стандарт DC-HSPA+. «DC» здесь означает «Dual Carrier», что в переводе с басурманского может звучать как «двойная несущая». По сути это практически тот же HSPA+, только данные передаются одновременно по двум каналам. Таким образом полоса частот абонента увеличивается в два раза с 5 МГц до 10 МГц. Соответственно, примерно в два раза (на деле, конечно, меньше) возрастает и скорость передачи данных по сравнению с HSPA+.

Теперь, когда мы познакомились с основными стандартами сети, очевидно, у всех сложилось мнение, что HSPA+ это «труЪ», а UMTS – «не труЪ». Но вот незадача, в статус-строке горит лишь унылая надпись «3G» и видос с ютуба не грузится. Что делать? Как поднять скорость? Как заставить загореться «H+»?

Господа, вы наверняка слышали, что для увеличения скорости надо увеличить уровень сигнала от базовой станции в точке приема. Все знают, что чем больше уровень сигнала, принимаемого абонентом от базовой станции, тем большую можно получить скорость. На самом деле это верно, но лишь отчасти. Основную роль здесь играет даже не сам уровень сигнала, а отношение сигнал/шум. Это отношение показывает, во сколько раз мощность сигнала больше (или меньше) мощности шума. Определение это не совсем академически точное, но достаточно хорошо отражает суть вещей. В основном именно отношение сигнал/шум определяет то, какой из стандартов 3G (UMTS, HSDPA или HSPA+) будет работать в данный момент.

От чего же зависит отношение сигнал/шум? Капитан Очевидность намекает, что от сигнала и шума .То есть отношение сигнал/шум тем больше, чем мощнее наш полезный сигнал от базовой станции в точке приема. И оно тем больше, чем меньше там шумы. По шумам тут не все так однозначно. Дело в том, что влияние оказывают как внешние источники шума (индустриальные помехи на нужных нам частотах, сосед с каким-нибудь адским прибором, доблестный работник роскомнадзора , включивший нам глушилку сотовой связи и т.п.), так и внутренние шумы, обусловленные самим нашим приемным устройством. Да, каждое приемное устройство имеет, к сожалению, свои собственные шумы (шумы микросхем усилителей, шумы импульсных источников питания устройства и т.п.). Все эти шумы, очевидно, являются вредными и надо стараться их минимизировать.

Вполне возможно, что на первый взгляд совсем не очевидно, как отношение сигнал/шум может влиять на скорость? Действительно, давайте разберемся в этом чуть подробнее. Для этого надо залезть еще глубже в дебри поколения 3G и дойти уже до уровня физических сигналов и понять, чем же различаются на этом уровне между собой UMTS, HSDPA или HSPA+. Среди конечно же не маленького числа отличий выделим самый интересный и, пожалуй, оказывающий наибольшее влияние на скорость. Это различие в типах модуляции сигнала. Про модуляции еще не было статей на моем сайте, поэтому, наверное, не лишним будет отметить, что модуляция – это изменение параметров (амплитуды, частоты или фазы) высокочастотной несущей по закону нашего информационного сигнала. Грубо говоря, у нас есть картинка с котиками, которая хранится на мобильном телефоне в виде нулей и единичек. Мы берем чистый синус в районе 2100 МГц и изменяем, скажем, его амплитуду, согласно нулям и единичкам, которые кодируют котика. После этого шлем этот сигнал в эфир. На приемной стороне мы проделываем обратную операцию и получаем просто нолики и единички уже без синуса. Таким образом, можно передать изображение с котиками. Безусловно, это очень приближенное объяснение, подробнее об этом следует говорить в отдельной статье.

Итак, модуляция. Какая же она бывает в поколении 3G? Это зависит как раз-таки от стандарта. В UMTS скорее всего используется что-то вроде 4-QAM или 8-QAM. Точной информации, к сожалению, не нашел, если у кого-то есть – поделитесь, пожалуйста, в комментариях. В сетях HSDPA модуляция преимущественно 16-QAM, тогда как в HSPA+ она может достигать 64-QAM. В чем тут цимес? А цимес в том, что чем больше порядок модуляции, тем больше данных можно передать в одном символе и тем выше общая скорость передачи данных. Господа, взгляните на рисунки 2 и 3. Там я нарисовал пример осциллограмм сигнал с 4-QAM модуляцией и 8-QAM модуляцией.

Рисунок 2 – Сигнал с 4-QAM модуляцией

Рисунок 3 – Сигнал с 8-QAM модуляцией

Вообще QAM модуляция интересная вещь и заслуживает отдельной статьи. Но поскольку пока я такую статью не подготовил, глубоко во всякие созвездия сигналов пока не будем углубляться, а поговорим о том, что у нас перед глазами. На рисунке 2 я нарисовал четыре символа 4-QAM модуляции, они там разных цветов. Каждый символ 4-QAM кодирует два бита нашей полезной информации. Отличаются эти символы всего-навсего начальной фазой: вы можете наблюдать, как эта фаза скачет при переходе от символа к символу. Бирюзовый символ кодирует последовательность бит 00, фиолетовый – последовательность 01, синий – 10, красный – 11. Это деление условно, можно назначить по-другому, главное, что б передатчик и приемник это понимали. То есть что б нам передать некоторый массив ноликов и единичек, нам надо разбить его на группы по два бита и каждой группе поставить в соответствии синус со своей фазой. Потом эти синусы последовательно склеиваются друг с другом и получается общий сигнал. То есть сигнал на рисунке 2 передает информацию вида 00011011 за условные 0,4 единицы времени. Таким образом, в нашем случае при 4-QAM передается 8 бит (1 байт) за некоторые 0,4 единицы времени.

А что в случае 8-QAM? Там все поинтереснее. Кроме фазы, у нас еще меняется и амплитуда. У нас имеется два различный уровня сигнала – условные 0,5 и 1. Благодаря этому, получается, что 1 символ 8-QAM передает уже не два, а целых три бита информации. Таким образом, за те же самые условные 0,4 единицы времени передастся информация вида 000001010011. То есть в нашем случае при 8-QAM передается 12 бит информации за те же самые 0,4 единицы времени.

Замечаете, господа? Время осталось то же самое, а количество переданной информации возросло! Это значит, что выросла скорость передачи данных! А если мы будем использовать 64-QAM модуляцию, то там один символ 64-QAM (как в HSPA+) будет передавать log2(64) = 6 бит информации. Скорость еще вырастет!

Тут может появиться соблазн в духе «нужно больше QAM!» Что нам мешает, например, сделать какой-нибудь 8192-QAM и получить очень большую скорость? А все те же помехи, господа. С ростом количества бит, передаваемых одним символом, падает помехоустойчивость системы. Помните я говорил про сигнал-шум? Давайте добавим шума нашему сигналу 8-QAM (рисунок 4).

Рисунок 4 – Сигнал 8-QAM + ШУМ

Видите, господа, как шум может испортить сигнал. Те символы, которые имели амплитуду 0,5 стали иметь почти 1, а те, которые были 1, стали чуть ли не 1,5. При таком раскладе уже становится трудно различать символы между собой. И чем больше бит информации в одном символе N-QAM, тем большее влияние оказывает шум. В итоге приходится переходить с 8-QAM на 4-QAM (рисунок 5).

Рисунок 5 – Сигнал 4-QAM + ШУМ

В 4-QAM у нас уже всего один уровень по амплитуде и символы различать становится существенно проще. Правда при этом падает скорость…

То есть что получается? Если у нас хорошее соотношение сигнал/шум и возможно использовать модуляцию 64-QAM, то наше устройство с высокой долей вероятности начинает работать со стандартом HSPA+, и данные передаются на большой скорости. Чем хуже отношение сигнал/шум, тем ниже «число QAM», на котором работа стабильна, тем меньше скорость передачи данных и в конечном счете можно скатиться до стандарта UMTS.

Теперь, господа, надеюсь, вам чуть более понятно какая физика процесса скрыта за простым перескакиванием значка «3G» на значок «H+» в вашем смартфоне .

Наверное, следует отметить пару моментов перед тем, как мы перейдем к обсуждению 4G.

Момент №1. Скорость помимо отношения сигнал/шум зависит от числа подключенных абонентов. Думаю, это должно быть очевидно.

Момент №2. Нехороший провайдер может резать скорость даже при отличном сигнал/шум и минимальном количестве абонентов рядом. Теле2, например, грешит этим…

А теперь поговорим про самое вкусное – 4G.  Скорости в (30…50) Мбит/с здесь совсем не редкость, возможны и более высокие цифры. Согласитесь, весьма неплохо иметь за городом на даче интернет, ничуть не уступающий по скорости домашнему, а в отдельных случаях и превосходящий его. Но с диапазонами частот здесь царит полная дичь, господа. Их тут аж три, они довольно сильно разнесены по частоте друг от друга и все они активно используются на тех или иных вышках. Взгляните на рисунок 6, на нем я на оси частот изобразил все эти диапазоны.

Рисунок 6 – Частоты 4G

Итак, у нас есть три диапазона, которые имеют довольно забавные и на первый взгляд не очевидные названия LTE B20, LTE B3 и LTE B38. Аналогично сетям 3G, каналы передачи и приема данных также разделены по частотам: частоты для передача данных от пользователя к базовой станции обозначена стрелочкой вверх, а приема данных – стрелочкой вниз.

В каждом из диапазонов B20, B3 и B38 частоты передачи и приема также поделены между операторами сотовой связи, причем очень хитрым образом: они там все перемешаны между собой, имеют разную ширину канала и вообще разобраться кто из операторов где там сидит совсем непросто. Но спешу вас в какой-то степени обрадовать: вам нет необходимости детально знать где какой оператор и какая у него ширина канала. Для дальнейшей работы нам вполне достаточно цифр, обозначенных на рисунке 6.

Вы можете меня спросить – а как обстоит дело с модуляцией в 4G? Господа, здесь с ней все еще сложнее, чем в 3G. Здесь применяется модуляция OFDM – передача данных на ортогональных между собой частотах. Возможно в будущем мы поговорим, что под этим скрывается, но явно уже не сегодня . Но суть здесь абсолютно точно такая же, как и у 3G: чем больше отношение сигнал/шум, тем более информационно емкие типы модуляции отдельных несущих можно использовать и тем больше скорость передачи данных.

Итак, господа, после прочтения данной статьи я думаю вам должно быть совершенно очевидно, что для поднятия скорости мобильного интернета нам надо поднимать отношение сигнал/шум. Как это можно сделать? Теоретически это сделать можно двумя путями. Путь номер один это увеличивать сигнал, а путь номер два это уменьшать шум, причем делать все это надо строго в интересующих нас полосах: если мы хотим работать в 3G диапазоне, то это полоса (1920…2170) МГц, а если нас интересует 4G, то в диапазонах (791…862) МГц, (1710…1880) МГц, (2500…2690) МГц. На шум, к сожалению, мы можем влиять достаточно в маленькой степени, однако увеличить сигнал можно.

Один из способов этого – покупка или изготовление антенны для мобильного интернета. Покупку готовой антенны я отверг по ряду соображений, которые я озвучу в начале следующей статьи. Я решил идти путем разработки своей антенны и с удовольствием расскажу вам про этот процесс уже в следующей статье! Ну а на сегодня все, спасибо что прочитали, продолжение будет совсем скоро!

Social button for Joomla

25 сентября 2009 в 09:01*На правах рекламы

Технология мобильной связи и передачи данных третьего поколения в скором времени может полностью заменить и вытеснить GSM. Уже сейчас уровень проникновения 3G в наиболее прогрессивных с точки зрения мобильных технологий странах Азиатского региона превысил 30%. Связью третьего поколения по всему миру пользуется более 180 миллионов человек. К 2014 году их количество, по оценкам экспертов, должно достичь 2 миллиардов человек. Что такое 3 3G – это сокращение от 3 Generation. Это технологии мобильной связи нового, третьего поколения. Основное отличие нового формата от традиционной мобильной связи – в разы более высокая скорость передачи данных. Если основной задачей стандартов 2G, к которым относится и знакомый вам GSM, было обеспечение передачи голоса, то для стандарта 3G добавились требования по обеспечению комфортного использования интернет-сервисов и передачи видео.  Зачем мне может быть нужна технология 3G? 1) 3G это высокоскоростной интернет. Значительно быстрее интернета, который был доступен мобильным пользователям GSM/EDGE. 3G позволяет комфортно смотреть высококачественное видео, мгновенно загружать полные (а не мобильные) версии сайтов. К примеру, для загрузки фотографии объемом в 1МБ по технологии 3G потребуется 4 секунды. 2G на максимальной скорости потребует 40 секунд для загрузки этого же файла. 3) 3G даст возможность смотреть ТВ в высоком качестве на экране своего мобильного телефона. Абонент связи третьего поколения может не опасаться того, что пропустит вечерний выпуск новостей, фильм или футбольный матч. В Байнете появился специальный информационный сайт, который наглядно рассказывает о возможностях 3G.Там же вы можете проверить, поддерживает ли ваша модель телефона технологию 3G. 

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your name here
Please enter your comment!