3G: Что же такое сети третьего поколения?
Автор: Антон Печеровый
Ты помнишь, как все начиналось?
Официальным днем рождения сотовой связи считается 3 апреля 1973 года, когда глава подразделения мобильной связи компании Motorola Мартин Купер позвонил начальнику исследовательского отдела AT&T Bell Labs Джоэлю Энгелю, находясь на оживленной Нью-йоркской улице. Именно эти две компании стояли у истоков мобильной телефонии. Коммерческую реализацию данная технология получила 11 лет спустя, в 1984 году, в виде мобильных сетей первого поколения (1G), которые были основаны на аналоговом способе передачи информации. Основными стандартами аналоговой мобильной связи стали AMPS (США, Канада, Центральная и Южная Америка, Австралия), TACS (Англии, Италии, Испании, Австрии, Ирландии, Япония) и NMT (страны Скандинавии и ряд других стран). Были и другие стандарты аналоговой мобильной связи – С-450 в Германии и Португалии, RTMS в Италии, Radiocom 2000 во Франции. В целом мобильная связь первого поколения представляла собой лоскутное одеяло несовместимых между собой стандартов.
Первые мобильные сети второго поколения (2G) появились в 1991 году. Их основным отличием от сетей первого поколения стал цифровой способ передачи информации, благодаря чему появилась, любимая многими, услуга обмена короткими текстовыми сообщениями (SMS). При строительстве сетей второго поколения Европа пошла путем создания единого стандарта – GSM, в США большинство 2G-сетей было построена на базе стандарта D-AMPS, являющегося модификацией аналогового AMPS. Кстати, именно это обстоятельство стало причиной появления американской версии стандарта GSM – GSM1900. Также к сетям 2G относятся сети, основанные на стандартах CDMA/TDMA. С развитием и распространением Интернет, для мобильных устройств сетей 2G, был разработан WAP – протокол беспроводного доступа к ресурсам глобальной сети Интернет непосредственно с мобильных телефонов.
Растущая потребность пользователей мобильной связи в использовании Интернет с мобильных устройств основным толчком для появления сетей, поколения 2,5G, которые стали переходными между 2G и 3G. Сети 2,5G используют те же стандарты мобильной связи, что и сети 2G, но к имеющимся возможностям добавилась поддержка технологий пакетной передачи данных – GPRS в сетях GSM, 1xRTT в сетях CDMA, EDGE в сетях GSM и TDMA. Использование пакетной передачи данных позволило увеличить скорость обмена информацией при работе с сетью Интернет с мобильного устройств до 384 кбит/с, вместо 9,6 кбит/с у 2G-сетей.
Единству быстрых поем мы песню...
Итак, что такое 3G? 3G – это стандарт мобильной цифровой связи, который под аббревиатурой IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000) объединяет пять стандартов – W-CDMA, CDMA2000, TD-CDMA/TD-SCDMA, DECT, UWC-136. Из перечисленных составных частей 3G только первые три представляют собой полноценные стандарты сотовой связи третьего поколения, а DECT и UWC-136 играют вспомогательную роль. DECT – это стандарт беспроводной телефонии домашнего или офисного назначения, который в рамках мобильных технологий третьего поколения, может использоваться только для организации точек горячего подключения (хот-спотов) к данным сетям. Стандарт UWC-136 – это не что иное, как технология EDGE, которую относят к сетям 2,5G.
Стандарт IMT-2000 дает четкое определения сетей 3G – под мобильной сетью третьего поколения понимается интегрированная мобильная сеть, которая обеспечивает: для неподвижных абонентов скорость обмена информацией не менее 2048 кбит/с, для абонентов, движущихся со скоростью не более 3 км/ч – 384 кбит/с, для абонентов, перемещающихся со скоростью не более 120 км/ч – 144 кбит/с. При глобальном спутниковом покрытии сети 3G должны обеспечивать скорость обмена не менее 64 кбит/с. Такие высокие скорости обмена информацией позволяют в корне пересмотреть понятия о мобильной связи и обеспечить новые возможности – видеозвонки, высокоскоростной доступ к сети Интернет с мобильных устройств, реализовать различные мультимедийные сервисы. По концепции развития сетей 3G основной доход операторов сотовой связи в сетях третьего поколения будет не от предоставления услуг связи, а от использования абонентами дополнительных сервисов. Основой всех стандартов третьего поколения являются протоколы множественного доступ с кодовым разделением каналов. Подобная технология сетевого доступа не является чем-то принципиально новым. Первая работа, посвященная этой теме, была опубликована в СССР еще в 1935 году Д.В. Агеевым.
Технически сети с кодовым разделением каналов работают следующим образом – каждому пользователю присваивается определенный числовой код, который распространяется по всей полосе частот, выделенных для работы сети. При этом какое-либо временное разделение сигналов отсутствует, и абоненты используют всю ширину канала. При этом, естественно, сигналы абонентов накладываются друг на друга, но благодаря числовому коду могут быть легко дифференцированы. Как было упомянуто выше, данная технология известна достаточно давно, однако до середины 80-х годов прошлого века она была засекреченной и использовалась исключительно военными и спецслужбами. После снятия грифов секретности началось ее активное использование и в гражданских системах связи – она легла в основу и дала название одному из протоколов поколения 2G – CDMA (Code Division Multiple Access). Но вернемся к составным частям стандарта IMT-2000.
Кто есть кто?
Стандарт W-CDMA, известный также как UMTS (Universal Mobile Telecommunication System – универсальная система мобильной связи) это стандарт, применяемый в Европе и Японии, должен стать приемником GSM/GPRS/EDGE. Стандарт UMTS теоретически обеспечивает обмен информацией на скоростях до 2048 кбит/с, однако, на практике, скорость может быть несколько ниже. В сетях W-CDMA используют разделение сигнала по кодово-частоному принципу, т.е. идентификация пакетов информации передаваемых абонентами производится не только по уникальному идентификатору, но и по частоте. Для передачи данных протоколы UMTS использует частоты 1885 МГц – 2025 МГц для передачи данных в режиме от мобильного терминала к базовой станции и 2110 МГц – 2200 МГц для передачи данных в режиме от станции к терминалу. В США из-за занятости данных частот сетями GSM1900 для UMTS выделен диапазон 1710 МГц – 1755 МГц и 2110 МГц – 2155 МГц соответственно. В ряде стран дополнительно задействованы диапазоны 850, 900 МГц и 1900 МГц.
Стандарт TD-CDMA близок к рассмотренному выше стандарту W-CDMA, однако его основой является гибридный кодово-временной принцип разделения сигнала. В целом считается, что именно стандарт TD-CDMA наиболее приспособлен для передачи данных Интернет. Изначально данный стандарт был разработан немецким концерном Siemens, однако существует и китайская модификация данного стандарта – TD-SCDMA, которая появилась для того, что бы избежать лицензионных отчислений за W-CDMA и CDMA2000.
Стандарт CDMA2000, являющийся модификацией стандарта CDMA, активно продвигается американскими операторами и составляет реальную конкуренцию UMTS. Технологию CDMA2000 следует рассматривать как эволюцию технологии CDMA, тогда как UMTS радикально отличается от GSM. Стандарт CDMA2000 разделяют на три фазы – 1X (известной также как IS-95C), 1X EV-DO (только данные) и 1X EV-DV (данные & голос). Именно стандарт 1X EV-DV может считаться полноценным 3G-стандартом. Кстати, изначально, не было разделения на 1X EV-DO и 1X EV-DV, а в стандарте CDMA выделяли только две фазы 1XRTT и 3XRTT. Скорость обмена информацией в сетях CDMA2000 1X может достигать 153,6 кбит/с, в стандарте CDMA2000 1X EV-DO – 2,4 Мбит/c (ревизия 0) и 3.1 Мбит/c (ревизия А). В отличие от стандарта UMTS, стандарт CDMA 2000 не оговаривает, какие частоты должны использоваться для передачи сигнала, поэтому построение сетей CDMA 2000 возможно во всех частотных диапазонах используемых операторами сотовой связи – 450, 700, 800, 900, 1700, 1800, 1900, 2100 МГц. Кстати именно на базе технологии CDMA2000 1X на частоте 450 МГц оператор Скай Линк реализует свой услуги голосовой связи и высокоскоростного доступа в Интернет. Всего в мире существует более 40 сетей использующих технологию CDMA2000.
Необходимость создания в рамках 3G трех стандартов мобильной связи вызвана тем, что операторы вложили огромные средства в построение существующих сетей, поэтому общемировой переход к одному стандарту, хотя и осуществим технически, но экономически невозможен. В своей сути стандарт UMTS является революционным развитием GSM-сетей, в то время как CDMA2000 1X EV-DO предполагает эволюционное развитие сетей CDMA.
Основой реализации сетей четвертого поколения должны стать технологии Wi-Fi и WiMax, подразумевающие интеграцию в единую беспроводную сеть широкого спектра устройств. Но пока, реализация сетей мобильной связи основанных на технологиях 4G, дело будущего, хотя и не очень отдаленного, например, в Японии сети 4G уже находятся на стадии тестирования, а технология 3G завоевывает мир. Насколько широко она проникнет в массы, какой стандарт станет доминирующим и окупятся ли затраты операторов – покажет время. Но то, что эра 3G наступила – это свершившийся факт.