Сотовые сети и их классификации

Так, к освоению стандарта приступили крупнейшие в стране операторы China Mobile, China Telecom и China Netcom. Это означает, что впоследствии наступят трудные времена для тех операторов, кто начал работать с WCDMA. Вряд ли им быстро и легко дадут лицензии, и не факт, что они будут предоставляться по разумным ценам. Впрочем, при всей сомнительности ситуации, TD-SCDMA заручился поддержкой производителей, которые обещают появление недорогих телефонов (стоимостью около $100) для этого стандарта. Среди них такие известные бренды как ZTE и Huawei. Самое любопытное: достичь такой стоимости удается в том числе за счет использования микросхем TD-SCDMA, не предполагающих лицензионных отчислений держателям патентов. И несмотря на ее спорность, подобная практика применяется и другими известными производителями в рамках глобальной инициативы «3G для всех» ассоциации GSM. В результате конкурса модель телефона KU250/U250 от LG также стала доступной за счет снижения стоимости ниже барьера в $100.

Краткие характеристики нескольких поколений сотовой связи

Термин «сотовая связь» родился чуть более 30 лет назад (по историческим меркам — буквально вчера), а повсеместное использование этого блага началось вообще только недавно — в последние пять лет. Однако за этот маленький промежуток времени сотовая (или как ее еще называют мобильная) связь успела пройти три полноценных этапа своего развития, в официальной терминологии именуемых «поколениями связи».

1G — аналоговые системы

Чтобы более точно определить место и возможности каждого из стандартов мобильной связи на рынке, обратимся к истории.

Впервые идея создания массовых пользовательских сетей радиосвязи на основе сот — небольших участков обслуживания, на которые разбивается вся зона сети, — была выдвинута в 40-х годах прошлого века в известном исследовательском центре Bell Laboratories компании AT&T. Сотовый принцип решал проблему ограниченности частотного ресурса (когда много одновременно работающих электростанций создают взаимные помехи в связи с использованием близких по частоте каналов). Таким образом, при разбиении сети на соты стало возможно в каждой из них использовать одинаковые частоты без взаимных помех.

Впрочем, воплотить этот принцип на практике получилось только через 30 лет после его появления. Первая коммерческая сеть начала работать в декабре 1978 года в стандарте AMPS (Advanced Mobile Phone Service — усовершенствованная служба мобильных телефонов). Так, например, в Чили AT&T развернула аналоговую службу сотовых телефонов, состоящую из десяти ячеек и покрывающую площадь 21 тыс. квадратных миль. Система использовала диапазон 800 МГц, специальный компьютер, систему коммутации, антенны и изготовленные на заказ мобильные телефоны. Конечно, она была далека от совершенства, но основной целью AT&T было показать всем, что большая (по тем временам) сотовая сеть тоже имеет законное право на существование.

Еще через год, в декабре 1979-го, в Токио начала работу сотовая сеть, состоящая из 88 базовых станций, а уже буквально через пять лет японская AMPS была расширена до масштабов страны.

В то время как в США коммерческое внедрение мобильной связи сильно затормозилось из-за антимонопольных претензий к Bell System, в Европе наверстывали упущенное и создавали свой собственный аналоговый стандарт — NMT-450 (Nordic Mobile Telephone в диапазоне 450 МГц). Сеть на его основе начала работать в 1981 году сразу в пяти странах: Дании, Финляндии, Швеции, Норвегии. Исландии. Вскоре аналогичные системы появились в Голландии, Бельгии, Швейцарии, Австрии. Одновременно сеть NMT-450 была запущена в Саудовской Аравии, а потом стандарт начал активно расходиться по странам Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока. В дальнейшем (а точнее — в 1985 году) стандарт адаптировали для частотного диапазона 900 МГц и ввели ряд дополнительных возможностей: уменьшение размеров самих телефонов, совершенствование протоколов управления, защиту доступа к сети с помощью системы идентификации абонента, а также возможность пользоваться услугами передачи данных на скорости 4,8 Кбит /с и т.п. Был модернизирован стандарт 450 МГц, впоследствии получивший обозначение NMT-450).

В 1985 году англичанами был предложен стандарт TACS (Total Access Communications System), однако он не получил должного развития и со временем канул в Лету.

Собственные стандарты были разработаны во многих других странах, однако наиболее широкое распространение получили NMT и AMPS. Именно их принято относить к первому поколению технологий сотовой связи.

Характерной чертой всех аналоговых стандартов является использование частотной или фазовой модуляции, поэтому они имеют ряд недостатков, например беззащитность перед прослушиванием и невозможность исключить «замирание» сигналов. В стандартах применяется метод множественного доступа с разделением каналов по частоте (FDMA — Frequency Division Multiple Access). Так, для стандарта NMT ширина одного канала составляет 25 кГц, что стало причиной одного из основных недостатков таких систем: неэффективное использование частотного спектра и, соответственно, низкая емкость сети.

2G — переход к «цифре»

Однако человечество не стоит на месте, и уже вскоре после появления первого поколения появились другие стандарты — GSM (Global System for Mobile Communications) для диапазонов 900, 1800 и 1900 МГц, - наиболее распространенные сегодня.

В настоящее время GSM является самым распространенным в мире стандартом сотовой связи. Сети такого типа работают уже более чем в 170 странах.

GSM с самого начала разрабатывался как общеевропейский стандарт. По этой причине большое внимание уделялось реализации услуги автоматического роуминга. В результате владельцы GSM-аппаратов могут совершенно свободно пользоваться своими телефонами во всех сетях, охваченных роумингом, без какого-либо переподключения.

Еще одной приятной особенностью телефонов стандарта GSM является использование специальной SIM-карты, по своей сути — целого микрокомпьютера. В ней записаны все необходимые персональные данные пользователя, включая личную записную книжку. Благодаря этому мы можем легко менять модели телефонов, просто переставляя SIM-карту с одного аппарата на другой. При этом телефонный номер, счет, доступ к различным услугам и пр. остаются без изменений. Телефоны стандарта GSM выпускаются большим числом компаний по всему миру, а количество моделей исчисляется многими тысячами.

К числу недостатков стандарта можно отнести искажения голоса (все хорошо слышно, но родные голоса узнаешь не всегда), а также помехи связи при переотражениях радиосигналов, что, увы, характерно для города. Кроме этого, радиосигналы высоких частот, используемые в стандарте GSM, значительно ослабляются при распространении. В результате связь становится гораздо хуже в «глухих» железобетонных строениях и подвалах. Не очень велика и максимальная дальность связи с базовыми станциями: в GSM 900 это 35 км, а в GSM 1800 - всего 10км.

2,5G — ориентация на передачу данных.

Следующим требованием рынка стала передача данных. Конечно, она была возможна и ранее, но о комфортной работе в сети не могло быть и речи. Тот факт, что при разработке ставилась цель передачи голоса, а не скоростная передача данных, говорит сам за себя. Разработчикам и тут удалось довольно быстро найти удачное решение. Это была надстройка, позволяющая передавать данные со скоростью не ниже, чем при коммутируемом доступе.

Технология, внедряемая в сети GSM, предполагает пакетную передачу данных и носит название GPRS (Global Packet Radio Service). Если при передаче речи используется один тайм-слот частотного канала, то технология GPRS позволяет передавать данные, используя несколько тайм-слотов (до восьми, весь частотный канал), благодаря чему и достигается более высокая скорость передачи. Однако внимательный читатель заметил, что GPRS занимает несколько тайм-слотов, что, естественно, снижает емкость сети.

На самом деле передача данных имеет более низкий приоритет но сравнению с передачей голоса и использует лишь свободные тайм слоты, ко торые занимаются только на момент передачи данных. В остальное время тайм-слоты остаются свободными, более того, даже те из них, что заняты передачей данных, при запросе других абонентов на разговор освобождаются. На основе GPRS работают такие сервисы, как MMS, WAP GPRS и др. Для доступа в Интернет с компьютера можно использовать мобильный телефон с поддержкой GPRS. В отличие от обычного модема, при таком подключении абонент сохраняет возможность принять или совершить голосовой вызов.

Появились и отдельные GPRS-модемы: устройства, подключаемые непосредственно к ноутбуку или КПК, через которые осуществляется доступ в сеть. Тарификация доступа в сеть посредством GPRS производится не по времени, а по трафику, то есть по количеству переданной и полученной информации, что более интересно для пользователя.

2,75G — EDGE: еще лучше

Эта аббревиатура знакома пользователям несколько меньше, чем GPRS. EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) еще часто - для простоты — называют «расширенный GPRS», что сразу ставит все на свои места. Мобильный телефон (смартфон), поддерживающий данную технологию, способен передавать данные со скоростью 384 Кбит с, но, к сожалению, только на бумаге. На практике данный показатель, как правило, не превышает 200 Кбит с, а средняя скорость колеблется в пределах 140—160 Кбит с (при благоприятных условиях).

Полустандарт («полу», потому что это не полноценный стандарт, а надстройка над существующей сетью; подробнее — в следующем абзаце) EDGE позволяет полноценно просматривать на экране мобильного устройства оn-line-трансляции телевизионных программ и фильмов - то есть видео из сети. К сожалению, пока таковая возможность имеется лишь у абонентов «МегаФона», да и то только на из бранные каналы. Также минусом является не очень большая распространенность EDGE, хотя сейчас практически все операторы ведут активные разработки в данном направлении и оперативно (дабы у конкурента не оказалось лучше) модернизируют сети под работу с данной перспективной технологией.

Ну а теперь возвратимся к приставке «полу». Она обусловлена тем фактом, что, несмотря на всякие надстройки и преимущества, перед нами, по сути, все та же сеть GSM: в этом стандарте сотовой связи применяется временное разделение каналов TDMA (Time Division Multiple Access), а эта базовая технология имеет ряд существенных недостатков, с которыми постоянно приходится сталкиваться пользователям. К таковым можно отнести небольшую абонентскую емкость сети (в настоящее время это более чем актуально), высокий уровень помех в речевом сигнале, частую нестабильность сеанса связи, недостаточную информационную защищенность.

3G — настоящее

С радостью (в первую очередь для всех пользователей, коих сейчас почти весь земной шар) можно утверждать, что сотовая связь третьего поколения не очень быстро, по достаточно уверенно шагает по миру, с каждым днем охватывая все больше и больше уголков.

Сети 3G работают на частотах диапазона около 2 ГГц, а технология, на которой они базируются, носит название CDMA и основывается на кодовом разделении каналов. То есть каждому телефону передатчик присваивает свой идентификатор — индивидуальный цифровой код, по которому станция «опознает» телефон при каждом сеансе связи. Благодаря этому обеспечивается высокая степень помехоустойчивости и появляется возможность работать даже при передаче маломощного сигнала.

Сначала, когда сети 3G планировались в теории и только-только начали появляться на практике, номинальная скорость передачи данных в них устанавливалась невысокой — порядка 168 Кбит с. Однако с течением времени положение изменилось в лучшую сторону: был сделан заметный скачок к более высокой скорости, и теперь этот показатель достигает 2 Мбит /с (на порядок больше, чем теоретическая скорость в сетях 2G).

Обширный перечень функций, которыми должны обладать ЗG-те-лефоны, предполагает, что по своей сложности и внешнему виду они будут отличаться от нынешних мобильников. Motorola, Nokia, Sony Ericsson, Samsung и некоторые другие выпустили свои концепт-модели терминалов нового поколения. Все они обеспечивают передачу голоса, данных и построены по принципу «все в одном»: сотовый телефон с качественным цветным ЖК-дисплеем; карманный компьютер с широким набором функций; цифровая камера для захвата и передачи фото и видеоданных.