Стандарт D-AMPS дополнительно усовершенствовался за счет введения нового типа каналов управления.

Стандарт GSM, продолжая совершенствоваться технически (последовательно вводимые фазы 1, 2 и 2+), в 1989 г. пошел на освоение нового частотного диапазона 1800 МГц. Это направление известно под названием системы персональной связи. Отличие последней от исходной системы GSM 900 не столько техническое, сколько маркетинговое при технической поддержке: более широкая рабочая полоса частот в сочетании с меньшими размерами ячеек (сот) позволяет строить сотовые сети значительно большей емкости, и именно расчет на массовую систему мобильной связи с относительно компактными, легкими, удобными и недорогими абонентскими терминалами был заложен в основу этой системы. Соответствующий стандарт (в виде дополнений к исходному стандарту GSM 900) был разработан в Европе в 1990 - 1991 гг. Система получила название DCS 1800 (Digital Cellular System - цифровая система сотовой связи; первоначально использовалось также наименование PCN - Personal Communications Network, что в буквальном переводе означает «сеть персональной связи») и начала использоваться с 1993 г. В 1996 г. было принято решение именовать ее GSM 1800. В США диапазон 1800 МГц оказался занят другими пользователями, но была найдена возможность выделить полосу частот в диапазоне 1900 МГц, которая получила в Америке название диапазона систем персональной связи (PCS - Personal Communications Systems), в отличие от диапазона 800 МГц, за которым сохранено название сотового (cellular). Освоение диапазона 1900 МГц началось с конца 1995 г.; работа в этом диапазоне предусмотрена стандартом D-AMPS (версия IS-136, но аналогового AMPS в диапазоне 1900 МГц уже нет), и разработана соответствующая версия стандарта GSM («американский» GSM 1900 - стандарт IS-661).

[C1]

1.2.1. Поколение 2.5G

Поколение 2.5G представлено стандартами GPRS и WiDEN.

Мобильные телефонные сети изначально были рассчитаны именно на передачу голоса. Поэтому, хотя GSM (Global System for Mobile Communications) и является цифровым стандартом, он предназначен для передачи голоса во время телефонного разговора и как результат не очень подходит для длительных высокоскоростных соединений.

Технология GPRS- то своеобразный мостик между обычными (GSM) сетями и сетями третьего поколения, позволяющий реализовать некоторые новые элементы на базе уже существующих сетей.

При связи мобильного телефона с базовой станцией мобильной сети по технологии GPRS данные транслируются в паузах между передачей голоса на частотах, которые в этот же момент могут использоваться для разговоров другими абонентами.

GPRS (англ. General Packet Radio Service - пакетная радиосвязь общего пользования) - надстройка над технологией мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных. GPRS позволяет пользователю мобильного телефона производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями, в том числе Интернет и предполагает тарификацию по объему переданной/полученной информации, а не времени.

Служба передачи данных GPRS надстраивается над существующей сетью GSM. При использовании GPRS информация собирается в пакеты и передается через неиспользуемые в данный момент голосовые каналы, такая технология предполагает более эффективное использование ресурсов сети GSM.

Абоненту, подключенному к GPRS, предоставляется виртуальный канал, который на время передачи пакета становится реальным, а в остальное время используется для передачи пакетов других пользователей. Поскольку один канал могут использовать несколько абонентов, возможно возникновение очереди на передачу пакетов, и, как следствие, задержка связи.

Технология GPRS использует GMSK-модуляцию. В зависимости от качества радиосигнала, данные, пересылаемые по радио эфиру, кодируются по одной из 4-х кодовых схем (CS1-CS4). Каждая кодовая схема характеризуется избыточностью кодирования и помехоустойчивостью, и выбирается автоматически в зависимости от качества радиосигнала.

GPRS по принципу работы аналогична Интернет: данные разбиваются на пакеты и отправляются получателю (необязательно одним и тем же маршрутом), где происходит их сборка. При установлении сессии каждому устройству присваивается уникальный адрес, что по сути превращает его в сервер. Протокол GPRS прозрачен для TCP/IP, поэтому интеграция GPRS с Интернет незаметна конечному пользователю. Пакеты могут иметь формат IP или X.25, при этом не имеет значения, какие протоколы используются поверх IP, поэтому есть возможность использования любых стандартных протоколов транспортного и прикладного уровней, применяемых в Интернет (TCP, UDP, HTTP, HTTPS, SSL, POP3, Jabber и др.). Также при использовании GPRS мобильный телефон выступает как клиент внешней сети, и ему присваивается IP-адрес (постоянный или динамический).

1.2.2. Поколение 2.75G

EDGE (англ. Enhanced Data rates for GSM Evolution) - цифровая технология для мобильной связи, которая функционирует как надстройка над 2G и 2.5G (GPRS) сетями. Эта технология работает в TDMA и GSM сетях. Для поддержки EDGE в сети GSM требуются определённые модификации и усовершенствования. На основе EDGE могут работать: ECSD - ускоренный доступ в Интернет по каналу CSD, EHSCSD - по каналу HSCSD, и EGPRS - по каналу GPRS. EDGE был впервые представлен в 2003 году в Северной Америке.

В дополнение к GMSK (англ. Gaussian minimum-shift keying) EDGE использует модуляцию 8PSK (англ. 8 Phase Shift Keying) для пяти из девяти кодовых схем (MCS). EDGE получает 3-х битовое слово за каждое изменение фазы несущей. Это эффективно (в среднем в 3 раза в сравнении с GPRS) увеличивает общую скорость, предоставляемую GSM. EDGE, как и GPRS, использует адаптивный алгоритм изменения подстройки модуляции и кодовой схемы (MCS) в соответствии с качеством радиоканала, что влияет, соответственно, на скорость и устойчивость передачи данных. Кроме того, EDGE представляет новую технологию, которой не было в GPRS - Incremental Redundancy (нарастающая избыточность) - в соответствии с которой вместо повторной отсылки повреждённых пакетов отсылается дополнительная избыточная информация, которая накапливается в приёмнике. Это увеличивает возможность правильного декодирования повреждённого пакета.

В 2004 году наиболее активно EDGE был поддержан GSM-операторами Северной Америки, более, чем где-либо в мире. Причиной этому послужил сильный соперник: CDMA2000. Большинство других GSM-операторов рассматривали в качестве следующего шага развития технологию UMTS, поэтому предпочли либо пропустить внедрение EDGE, либо использовать его там, где будет отсутствовать покрытие UMTS-сети. Однако высокая стоимость и объём работ по внедрению UMTS (как показала практика) заставили некоторых западноевропейских операторов пересмотреть свой взгляд на EDGE как на целесообразный.

1.3. Поколение 3G

3G - «третье поколение», набор услуг, которые объединяют как высокоскоростной мобильный доступ с услугами сети Интернет, так и технологию радиосвязи, которая создает канал передачи данных.

3G - это не просто быстрый доступ к Интернету, это кардинально новый подход к общению, доступу к информации и т. д.

Термин 3G, как правило, используется для того, чтобы описать сервисы мобильной связи, которые обеспечивают мультимедийные сервисы, высокоскоростную интернет-связь и более высокое качество звука, и отличается от предыдущих стандартов более высоким качеством и ассортиментом предоставляемых услуг. Этот термин ввел Международный Институт Электросвязи, он также определил стандарты и технические требования, а также правила и рекомендации использования спектра для систем 3G.

Среди особенностей 3G-технологии можно выделить, что помимо предоставления услуг видеоконференц-связи и интернет - доступа, пользователи 3G смогут иметь удаленный доступ к корпоративной сети. Эта технология целиком и полностью изменила восприятие такого понятия, как «мобильная работа», любой сотрудник компании может выполнять текущие рабочие задачи практически из любого места.

Основой мобильной связи третьего поколения стала технология IP, которая основана на пакетной передаче данных, что означает постоянное пребывание абонента в режиме on-line; при этом оплачиваться будет только объем переданной и полученной информации, а не время соединения, как это происходило раньше.

 

 

Рисунок 1. Поколения 2G-3G

Сети третьего поколения 3G работают на частотах дециметрового диапазона около 2 ГГц, передавая данные со скоростью 2 Мбит/с. Они позволяют организовать видеотелефонную связь, смотреть на мобильном телефоне фильмы и телепрограммы и т. д.

Мобильные сети третьего поколения (3G) отличаются от сетей второго поколения (2G), таких как например цифровой стандарт мобильной связи GSM и переходного поколения (2.5G), таких как например GPRS - гораздо большей скоростью передачи данных, а также более широким набором и высоким качеством предоставляемых услуг.

3G – это технология на базе мобильной связи, которая позволяет пользоваться сетью Интернет везде, где ловит сотовый телефон. Если проследить всю цепочку возникновения мобильного Интернета, то 3G является продолжением технологии EDGE. В 3G была увеличена скорость и соответственно возросли объемы передаваемой информации. Пользоваться сетью Интернет стало более комфортно за счет скорости и стабильности, причем не только на мобильном телефоне, но и компьютере, ноутбуке, планшетах.   Рисунок 2. Возможности 3G Технология 3G включает в себя большой спектр беспроводных технологий, например: Code Division Multiple Access (CDMA2000) WCDMA (CDMA) Universal Mobile Telecommunications Service (UMTS) Также одной из значимых услуг 3G стала электронная мобильная коммерция, то есть возможность оплачивать услуги и товары через мобильные средства связи. Данный стандарт доступа в сеть Интернет обеспечивает очень высокую скорость передачи данных как на открытой местности, так и внутри помещений. Также предоставляет следующие возможности: Поддержка пакетной и канальной коммутации для того, чтобы обеспечить такие сервисы, как, например, Real Time Video, Internet Protocol (IP). Ассиметричная и семетричная передача данных. Высокое качество голоса. Возможность глобального роуминга. Более высокую компактность спектра и эффективность его использования.

1.3.1. Поколение 3.5G

Переходное поколение 3.5G представлено стандартом HSDPA.

Для сотовых сетей сегодня существует несколько протоколов, увеличивающих скорость передачи данных. Однако фактически ни один из них не способен экономить ресурсы мобильной сети, что делает такой трафик дорогим и неэффективным. Задуманный ведущими производителями инфраструктурного оборудования мобильной связи протокол HSDPA призван повысить производительность сети именно за счет более эффективного использования радиоканала, в частности сокращением задержек при передаче пакетов. Технология HSDPA не несет в себе ничего нового, но изменяет представление пользователя о мобильных сетях передачи данных третьего поколения.

HSDPA (англ. High-Speed Downlink Packet Access - высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции к мобильному телефону) - стандарт мобильной связи, рассматривается специалистами как один из переходных этапов миграции к технологиям мобильной связи четвертого поколения (4G). Максимальная теоретическая скорость передачи данных по стандарту составляет 14,4 Мбит/сек., практическая достижимая в существующих сетях - около 3 Мбит/сек.

По сравнению с UMTS, в сети HSDPA можно передавать в три раза больше данных и поддерживать вдвое больше пользователей на одну соту.

В ее основе лежит теория, согласно которой при сопоставимых размерах сот применение много кодовой передачи позволяет достигать пиковых скоростей порядка 10 Мбит/с (теоретически максимальная скорость передачи данных в этих условиях составляет 14,4 Мбит/с).

Стандарты 3GPP, которые станут пятой версии, нацелены на дальнейшее увеличение пропускной способности: достижение пиковых скоростей порядка 20-30 Мбит/с при помощи технологии Multiple и иных способов применения антенных решеток.

Кроме того, HSDPA значительно улучшает качество предоставляемых абоненту мультимедийных услуг (именно за счет высокой скорости задержка становится неощутимой, а объем передаваемой информации увеличивается). По словам главного аналитика Gartner Group по вопросам мобильной инфраструктуры Джейсона Чепмена, “ позиционирование HSDPA поможет ускорить внедрение сетей 3G. Эта технология предоставляет новые возможности для поддержки приложений, включая загрузку сетевого контента”.

1.4. Поколение 4G

 

Третье поколение - 3G (стандарт UMTS) предусматривает коммутацию каналов и пакетную передачу данных. Оно достаточно плотно внедрилось в нашу жизнь и до сих пор остается очень востребованной. Но прогресс не стоит на месте и на фоне развивающегося поколения 3G набирает свои обороты уже новое и более перспективное поколение 4G. Если на сетях 3G основой рынка потребления услуг являются контенты мелодий и простейших игр, то в сетях 4G актуальным становится мобильное телевидение, передача видео между людьми, «улучшенные» игры и т.д. Главное различие между сетями 4-ого и 3-его поколений является то, что технология 4G целиком базируется на протоколах пакетной передачи данных, в то время как 2G/3G включает в себя как коммутацию данных, так и голоса. Работа голоса в 4G осуществляется по технологии VoIP, что позволяет совершать голосовые звонки поверх пакетной сети передачи данных. Тенденции таковы, что мобильные операторы и производители оборудования делают свой выбор в пользу технологии 4G. Мобильные сети этого поколения интенсивно развертываются во всех странах мира. Возможности 4G технология позволяет, не только передавать данные на средних скоростях 10 Мбит/сек, но и держать скорость при движении, что делает пользователя мобильным и не зависящим от передвижения. Открываются большие возможности в плане пользования мультимедийным контентом. Ведь теперь скачивание любимой музыки и видео не займет больше времени, чем на домашнем компьютере. Скорость по сравнению с предыдущим поколением возрастает во много десятков раз. Используемые технологии В основе поколения сетей 4-ого поколения лежат 2 стандарта: WiMAX LTE WiMAX - Worldwide Interoperability for Microwave Рисунок 4.Принцип работы WiMAX. Access, стандарт широкополосной беспроводной связи. Технологию WiMAX используют для развертывания точек беспроводного доступа, а также для организации связи между объектами на расстоянии более 30 км. Она позволяет работать в условиях плотной застройки, обеспечивая при этом высокое качество передачи данных. Самый развитый в России оператор с сетью 4G, работающий по стандарту WiMAX – Yota. Провайдер обладает наиболее широкой площадью покрытия по всей стране. Есть и другие, более мелкие, развивающиеся операторы, такие как Комстар и Союз-Телеком. Технологию WiMAX используют как «магистральные каналы» для других технологий, таких как DSL и выделенные линии. Обеспечивается большие скорости и большее покрытие относительно простых WI-FI сетей. Технология международной подвижной беспроводной широкополосной связи 4G известна под названием IMT-Advanced. В нее были утверждены такие технологии как: "LTE-Advanced" и "WirelessMANAdvanced" (WiMAX) Технология Long Term Evolution (LTE) — технология мобильной передачи данных. Это стандарт по совершенствованию технологий поколения 3G(CDMA, UMTS). Повышается эффективность, минимизируются издержки. В теории скорость может достигать до 300 Мбит/сек, на практике 20-80 Мбит/сек, чего вполне достаточно большинству пользователей. Происходит переход от коммутации каналов к коммутации пакетной передачи данных. При таком увеличении скорости и повышения качества услуг, за счет минимизации потерь, увеличивается распространение таких мультимедийных сервисов как: социальные сети, многопользовательские игры, интерактивные приложения реального времени. Также LTE способна работать с различными полосами частот - от 1.5 МГц до 20 МГц, что в корне улучшает старую технологию WCDMA, требующей полосы в 5 МГц. Внедрение технологии LTE позволяет более эффективно работать операторам и полноценно внедрить такой вид услуги как мобильное ТВ. Радиус действия базовой станции LTE зависит от мощности источника и используемых частот. Он варьируется от оптимального 5 километров и доходит даже до 100 километров. Звонок или сеанс передачи данных, инициированный в зоне покрытия LTE, технически может быть передан без разрыва в такие сеть передачи данных как 3G (W-CDMA, CDMA2000) или в GSM/GPRS/EDGE. Поэтому развитие сетей LTE возможно на уже готовых сетях GSM и CDMA, что снижает стоимость внедрения и увеличивает развертывание в отличие от WiMax. Рисунок 5.Сравнительная характеристика LTE и WiMAX. [C2] На сегодняшний день в подавляющем большинстве развитых стран используются технология 3G. 14 декабря 2009 года Шведская телекоммуникационная компания TeliaSonera объявила о запуске первой в мире коммерческой сети четвёртого поколения стандарта LTE в Стокгольме и Осло. Первым городом в России, поддерживающим стандарт LTE, стала Казань. Наибольший интерес к сетям 4G проявляют развивающиеся страны – Ближний Восток и Латинская Америка. В этих странах не успев развиться 3G уступает место 4G. И Россия в плане телекоммуникаций решений идет потому же пути. Все больше и больше инвесторов предпочитают выкладывать средства в новую технологию, так что операторам связи стоит задуматься над серьезностью принимаемых решений.

1.5. "Пятое поколение"

В свое время одни системы мобильной спутниковой связи сильно "промахнулись" с передачей данных, а другие в силу разных причин оказались нерентабельными или нереализованными. Тем не менее прогрессивное человечество делает выводы из прежних ошибок, и сегодня в ряде стран, и в частности в США, ведутся разработки в направлении создания перспективной сети мобильной связи с использованием спутникового сегмента.

Сеть "5G" будет состоять из двух основополагающих элементов:

- технологические разработки компании Machine-to-Machine Intelligence (M2mi) Corp, называемые "универсальным транслятором";

- транспортная сеть на базе группировки наноспутников, разрабаты ваемых НАСА.

По словам исполнительного директора M2mi Corp. Джеффа Брауна, разрабатываемые технологии предназначены для создания среды, в которой мобильные устройства бесшовно взаимодействуют друг с другом в едином пространстве без вмешательства человека и без использования телекоммуникационного или Интернет-соединения, лишь по принципу mesh поверх Wi-Fi. Система "5G" будет сочетать системы передачи голоса, видео.

По данным официального пресс-релиза компании НАСА, сеть "5G" будет реализована на основе "транспортной" группы низкоорбитальных наноспутников, их количество может быть весьма значительным. Группировка обеспечит глобальное космическое покрытие новой высокоскоростной сети для современных телекоммуникаций. В рамках контракта, анонсированного в апреле 2008 г., НАСА в сотрудничестве с M2mi разработает новое поколение компактных наноспутников весом от 5 до 50 кг, отличающихся низкой себестоимостью и возможностью массового производства.

По мнению разработчиков, решения M2mi Corp. позволят осуществить переход от сетей 3G сразу к сетям "5G", основанным одновременно на нескольких передовых технологиях.