Четыре G (4G) мобильный интернет: история и особенности

Источник
Хотя плавный процесс эволюции мобильного интернета растянулся на десятилетия (и продолжается по сей день), мобильный доступ к данным стал стремительно менять нашу жизнь уже в начале и середине 2000-х годов, когда распространялись сети третьего поколения. Пока телефоны становились всё меньше и производительнее, интернет адаптировался к мобильным платформам, росла скорость передачи данных (сети 4G улучшили пропускную способность примерно в десять раз по сравнению с 3G), мобильная связь становилась вездесущей.

Сегодня мы расскажем историю легендарного технологического рывка в телекоме: переход технологии от лабораторных стендов к массовому распространению по всему миру.

2G: начало сетей мобильного интернета

Источник
Европейский институт по стандартизации в области телекоммуникаций, созданный в 1988 году, спроектировал GSM (Groupe Special Mobile) как решение, которое откроет новые возможности голосовой телефонии. По сути, речь шла о системе для телефонных звонков – никто не задумывался о том, что GSM может понадобиться для массового использования интернета.

Тот факт, что передача данных по новым устройствам стала цифровой, а не аналоговой, позволил развить многие из основных функций смартфона, которые и сейчас используются в качестве основы мобильного интернета. Такие возможности, как обмен текстовыми сообщениями, загрузка контента и чрезвычайно простой доступ к сети, дали потребителям возможность отправлять электронные письма, просматривать сайты и загружать простой медиаконтент (мелодии звонков и музыкальные файлы).

Уже 3 декабря 1992 года 22-летний сотрудник Sema Group Нил Папуорт протестировал новую технологию для оператора сотовой связи Vodafone, отправив короткое текстовое сообщение – SMS. Оно содержало всего два слова: «Счастливого Рождества». В тот момент сеть еще не позволяла отправлять SMS с телефона на телефон, поэтому первое сообщение передали с компьютера. Первоначально технология SMS была доступна только в сетях GSM, но в конечном итоге распространилась на все цифровые сети.

В 1997 году три лидера мобильного рынка того времени — Ericsson, Motorola и Nokia — объединились, чтобы «подружить» интернет и мобильную связь с помощью WAP (Wireless Application Protocol). Протокол WAP описывал способ, с помощью которого мобильное устройство могло получить доступ к ресурсам интернета без использования других устройств (например, модема).

В течение нескольких месяцев участниками проекта стало большинство крупных производителей инфраструктуры сотовой связи. Уже в мае 1998 года была опубликована первая редакция WAP — v.1.0. В этом протоколе скорости передачи данных варьировались в диапазоне 9,6-56 Кбит/сек.

В октябре 1999, вместе с дебютом Nokia 7110, голландский оператор сотовой связи Telfort BV запустил первый WAP-сайт (пример), который был адаптирован для просмотра на мобильных телефонах. С точки зрения скорости работы, простоты использования и внешнего вида WAP-сайт значительно отставал от ожиданий пользователей.

Кроме того, первые WAP-телефоны не были адаптированы к интернету. Вспомните, как приходилось пользоваться сетью до повсеместного распространения сенсорных экранов. Подключение к WAP-сервисам не входило в ежемесячные тарифные планы и оплачивалось отдельно. К тому же, скорость соединения была весьма низкой.

Протокол WAP дожил до 2013 года, после чего его использование прекратилось. Большинство интернет-браузеров стали поддерживать HTML, CSS и JavaScript. Не нужно было больше использовать WAP-разметку для обеспечения обратной совместимости веб-страниц. HTML стали поддерживать все Android-устройства, все устройства Blackberry, все версии iPhone, все устройства под управлением Windows Phone и многие телефоны Nokia. Смартфоны окончательно превратились в мини-ПК с постоянным подключением к интернету.

Впрочем, WAP утратил всякие перспективы ещё к началу 2000-х годов. В то время началось бурное развитие GPRS и EDGE. В 2000 году появились как первые коммерческие сервисы, так и первые телефоны с поддержкой General Packet Radio Service (GPRS). В 2001 году GPRS, стандартизированный Европейским институтом телекоммуникационных стандартов, был запущен во всем мире в качестве услуги, предоставляемой в рамках GSM для обеспечения доступа к мобильному Интернету. В системах 2G GPRS обеспечивает скорость передачи данных в диапазоне 56-114 Кбит/сек.

Примечания

1. Программное обеспечение
   Коммерция	Банкинг • Маркетинг (Реклама • Рекламные кампании) • Платежи (Благотворительность) • Приобретение билетов
   Контент	Блоггинг • Email • Gambling • Игры • Медицинские сервисы • Сервисы обмена сообщениями • Обучение • Mузыка • Новости • Поиск (Геолокационный сервис) • Социальные сети (Адресная база)

   Культура	Charms • Комиксы • Знакомства • Японская мобильная культура • Литература • Рингтон (Беззвучные сигналы мобильного телефона) • SMS-сленг • Разрешение экрана
   Устройства	Смартфоны Сравнение устройств с Android (Рутинг) • iPhone (Jailbreak) • Open-source mobile phone • Windows Phone device
   Медицина и экология	BlackBerry thumb • Безопасность вождения • Электронные отходы • External power supply • Синдром фантомных звонков • Здоровье и мобильный телефон • Утилизация
   Правовые аспекты	Carrier IQ • Правила пользования мобильным телефоном во время вождения в США • Мобильные устройства и соблюдение privacy • Правовое регулирование фотосъёмок по странам • Перехват телефонных разговоров • Пользование мобильными текстовыми сервисами во время вождения • Мобильные телефоны в пенитенциарных учреждениях
   Технологии	Поколения мобильной связи • • • (3G расширенный стандарт) • •

2.5G: EDGE

Позднее на базе GPRS появилась «надстройка» Enhanced Data Rate for GSM Evolution (EDGE) для более скоростной передачи данных, так что протокол доступа не изменился. Данные собираются в пакеты и передаются через виртуальный канал, который предоставляется абоненту на время GPRS-сеанса. Концепции, обеспечивающие передачу пакетных данных в сотовых радиосетях, сохранялись и развивались дальше от GPRS / EDGE к 3G и 4G.
EDGE в сети GSM был впервые представлен в 2003 году в Северной Америке. Благодаря внедрению сложных методов кодирования и передачи данных, EDGE обеспечивает более высокие скорости передачи битов на каждый радиоканал. EDGE может иметь полосу пропускания данных до 236 Кбит/сек (с полной задержкой менее 150 мс) с теоретическим максимумом в 473,6 Кбит/сек.

Время загрузки реальных файлов в зависимости от технологии.

В конце 2000-х годов были предприняты попытки улучшить пропускную способность 2.5G с помощью стандарта Evolved EDGE, также известного как EDGE Evolution. В этом стандарте уменьшены задержки, а скорость увеличена до 1 Мбит/сек.

Многие операторы связи стремились модернизировать существующую инфраструктуру, а не инвестировать в новую. Благодаря обновлению программного обеспечения и новым устройствам, совместимым с Evolved EDGE, многие поставщики услуг хотели избежать инвестиций в 3G. Однако этот стандарт так и не был введен в коммерческое использование.

Частотные диапазоны

Большинство отечественных операторов мобильной связи применяют практически идентичные частотные диапазоны для связи:

• Оператор Yota работает в 2500-2530/2620-2650 Мгц;
• «Мегафон» пользуется 2530-2540/2650-2660; 2575-2595; 847-854.5/806-813.5 Мгц;
• Для оператора МТС частоты составляют 2540-2550/2660-2670; 2595-2615; 1710-1785/1805-1880; 839.5-847/798.5-806 Мгц;
• Для «Билайн» выделены 2550-2560/2670-2680; 854.5-862/813.5-821 Мгц;
• «Теле2» работает в 2560-2570/2680-2690; 832-839.5/791-798.5 Мгц.

3G: первый высокоскоростной доступ

По мере того, как 2G распространялась, а люди всех возрастов начали использовать телефоны в повседневной жизни, стал очевиден рост спроса на данные. Пользователи всё активнее требовали увеличения скорости передачи данных. Поскольку 2G не смог справиться с этой задачей, была создана новая технология.
3G представили в Японии в мае 2001 года. Основной технологической разницей между 3G и 2G было использование пакетной коммутации (3G), а не коммутации каналов (2G). При этом скорость 3G выросла в среднем до 2 Мбит/сек. (с 200 Кбит/сек. в начале внедрения технологии). Произошла революция, которую можно сравнить лишь с переходом от 56k-модемов к широкополосному доступу.

Благодаря надежному, быстрому подключению стали стремительно развиваться услуги потокового видео на телефоне, включая видеозвонки. Большинство сайтов обзавелись версиями для мобильных устройств. В целом, с середины 2000-х годов 3G значительно изменило веб-индустрию, особенно с точки зрения приложений и веб-интерактивности.

HSDPA по сравнению с WCDMA, EDGE, GPRS, GSM.

С приходом и распространением 3G, началась современная эпоха беспроводных мобильных смартфонов как карманных компьютеров, особенно после 2005 года, когда в 3G была внедрена технология пакетной передачи данных High-Speed Downlink Packet Access (HSDPA). В HSDPA (также её называют 3.5G, 3G +, Turbo 3G) максимальная теоретическая скорость передачи данных по стандарту составила 14,4 Мбит/сек. (от базовой станции ко всем локальным абонентам) и до 5,76 Мбит/сек. от абонента.

Однако к 2009 году стало ясно, что в какой-то момент сети 3G будут перегружены трафиком от приложений, которым необходим доступ в сеть. В скором времени индустрия сосредоточилась на внедрении технологий 4G, намереваясь увеличить скорость в несколько раз по сравнению с существующими сетями 3G.

Какие есть особенности у сети LTE ?

Характеристики LTE:

1. При нахождении телефонного аппарата в LTE происходит постоянная регистрация в 4G. При входящем звонке аппарат сбрасывает сеть 4G и находит 3G. Если ее нет, то происходит регистрация в 2G.
2. Если в настройках аппарата выставить выбор сети «Только 4G», то голосовая связь просто перестанет работать. Вызывающий будет слышать продолжительную тишину, а потом «Вызов завершен». Это может быть даже удобно для тех, кто хочет пользоваться интернетом, но при этом совершенно не желает общаться голосом.
3. Если телефон зарегистрировался в EDGE, то перейти сразу в сеть LTE он не может. Это не реализовано. Сначала он должен перейти в сеть 3G, а только потом в 4G.
4. Сим-карты старого образца не поддерживают работу 4G. Новые сим-карты принципиально отличаются. Их называют USIM.
5. Сеть четвертого поколения более энергозатратная. При желании использовать 4 G хорошо иметь телефонный аппарат с аккумулятором большой энергоемкости.

4G

Источник
Первые технологии 4G были представлены в США (WiMAX основана на стандарте IEEE 802.16, пропускная способность одной базовой станции при шести секторах и ширине полосы пропускания 20 МГц составляет 180 Мбит/сек.) и Скандинавии (у LTE пропускная способность достигает 326,4 Мбит/сек. в сторону абонента и 172,8 Мбит/сек. в сторону базовой станции).

В короткой борьбе технология WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) уступила LTE (Long-Term Evolution). Оба стандарта условно относятся к четвертому поколению связи (4G), впервые запущенному в России оператором Yota, при этом основным преимуществом LTE является преемственность по отношению к 3G (UMTS/HSPA, HSPA+). WiMAX же является отдельной ветвью эволюции, которую сдерживали ограниченный ряд абонентских устройств, фактическое отсутствие роуминга и отказ крупнейших вендоров и мобильных операторов от инвестиций.

Технология 4G практически сравняла скорость мобильного интернета и домашнее широкополосное подключение. Существующий общий стандарт определяет 4G как сеть, в которой 100 Мб/сек. предоставляется для абонентов, находящихся в движении, и до 1 Гбит/сек. в идеальных условиях (абонентское устройство не движется). При этом задержка колеблется в пределах от 20 до 50 мс.

IMT-Advanced, требования

В чем отличия между сетями 3G и 4G: особенности, преимущества и недостатки

Обратите внимание! Мобильным сетям, чтобы считаться полноценным четвертым поколением, необходимо соответствовать требованиям IMT-Advanced или Международных передовых систем телекоммуникации.

Они состоят в следующем:

• Применение IP-протоколов при передаче пакетов;
• Для высокомобильных абонентов скорость должна составлять не менее ста Мегабит. Для стационарных абонентов — не менее одного Гигабита;
• Для как можно большего подключения к одной соте применяются ресурсы, которые называются динамически разделяемыми;
• Масштабируемая полоса частотности равна 40 Мегагерц;
• Хорошее качество всех сотовых услуг;
• Плавный процесс передачи обслуживания пользователя между сетями.

5G

Источник
Стандарт пока не внедрен, но активно тестируется на скоростях 1-20 Гбит/сек. Переход на него ожидается в ближайшие несколько лет. 5G обеспечит не только высокую скорость передачи данных, но и даст толчок развитию таких технологических направлений, как беспилотный транспорт и умные города в рамках развития интернета вещей (поддержка одновременного подключения до 100 млн устройств на квадратный километр с задержкой не более 1 миллисекунды).

В России первая сеть 5G уже работает на территории инновационного . Кроме того, ожидается, что 5G будет работать на некоторых стадионах, которые примут Чемпионат мира по футболу летом этого года.

Аппаратное обеспечение

Для стандарта связи четвертого поколения оборудование выпускается большинством лидирующих электронных компаний. Это такие гранды, как:

• Huawei;
• Концерн «Сименс-Нокиа»;
• Alcatel.

В отечественных условиях выпуском оборудования занимается концерн «Сименс-Нокиа», который работает в кооперации с «Роснано» и НПФ «Микран». Они создают оборудование не только для 4G стандарта, но и для более старых технологий мобильной связи.

Появление SIM-карт: стандарт GSM

Наиболее значимой вехой в развитии сотовой связи в России стало появление сетей стандарта GSM, которые повсеместно используются и поныне. Именно GSM принёс нам роуминг между операторами и SIM-карты. По сравнению с NMT и AMPS в GSM была увеличена ёмкость базовых станций, снижены мощности излучателей, что также повлекло снижение веса телефонов. Были улучшены безопасность и помехозащищённость, выросло общее качество связи. Первую коммерческую сеть GSM в России в 1994 году запустил оператор «МТС». В этом же году начал работу оператор «Северо-Западный GSM», который впоследствии был переименован в «Мегафон». Сети обоих операторов работали на частоте 900 МГц, и с 1997 года им пришлось конкурировать с сетью оператора «Би Лайн», которая работала уже на частоте 1800 МГц и имела бо́льшую ёмкость.

Первым массовым GSM-телефоном стал выпущенный в конце 1992 года Nokia 1011. Также этот телефон был одним из первых, использующих компактный формат SIM-карты — mini-SIM. До этого GSM-телефоны могли весить пару килограммов, а их SIM-карта была размером с кредитку. Несмотря на то, что с тех пор прошла уже почти четверть века, до сих пор большинство SIM-карт продаётся именно такого размера, а покупателю самому предлагается выдавить из пластика нужный формат — mini-SIM, micro-SIM или nano-SIM.

Другим знаковым телефоном этого этапа развития сетей (да и одним из самых знаменитых телефонов вообще) стал Nokia 3310. Этот гаджет прославился не только своей доступностью (на момент выпуска в 2000 году его стоимость составляла около 170 долларов), но и «неубиваемостью», благодаря конструкции и форме корпуса. Эта модель была настолько удачной, что за пять лет Nokia удалось продать более 126 миллионов устройств.

Технология GSM продолжает широко использоваться и в наши дни, но её роль постепенно снижается: например, оператор «Теле2» в 2015‑м успешно вышел на московский рынок, не имея ни одной базовой станции GSM.

Запоздавший конкурент: CDMA

С 2003 года параллельно с GSM в России развивалась и другая технология связи — CDMA. Внедряли её операторы «Дельта телеком», «Сонет» и «Московская сотовая связь», ранее работавшие по стандарту NMT. Ими была основана , которая и стала предоставлять услуги по стандарту CDMA. Первые телефоны CDMA, как и устройства предыдущих стандартов, требовали прошивки под определённого оператора. Таким был первый предлагаемый «Скай Линк» телефон — Hyundai-Curitel HX-510B.

Однако уже в скором времени после создания, «Скай Линк» стал продавать телефон Ubiquam U-100, который стал первым устройством в линейке компании с поддержкой R-UIM карт. Это дало абонентам, использующим CDMA, сразу две новых возможности. Первая — возможность быстрой смены оператора. Вторая, которая могла быть даже более важной, — возможность роуминга, в том числе «пластикового». До этого, из-за малой распространённости в мире CDMA-сетей на частоте 450 МГц, которую использовал «Скай Линк», выезжающий за пределы страны абонент рисковал остаться без связи. А карты R-UIM было возможно использовать и в GSM-телефонах: именно такой межстандартный роуминг и получил название «пластикового».

Сегодняшний день: 1,7 SIM на человека

За почти четверть века истории сотовой связи цены на неё в долларовом выражении непрерывно падали. Если в 1999 году средняя стоимость минуты разговора составляла около 15 центов, то в 2010 году уже около пяти центов, а к 2016 году упала почти до цента. Это делает российскую сотовую связь самой дешёвой в Европе и одной из самых дешёвых в мире.

По данным исследовательского агентства AC&M, во втором квартале 2016 года общее количество активных SIM-карт в России составляет 251,6 миллионов — это без малого две «симки» на россиянина, включая стариков и младенцев! А вот как распределяются эти абоненты между операторами:

Будущее: пятое поколение, шестое поколение

В настоящее время официальная нумерация поколений от МСЭ заканчивается на цифре 4, но многие компании уже ведут разработку пятого и шестых поколений сотовых сетей. Одним из лидеров в этой разработке выступает компания Huawei, которая предсказывает принятие стандартов 5G в 2018–2020 годах, а стандартов 6G — к 2025 году. Последние полевые испытания компанией Huawei показали, что при имеющийся в сетях 4G инфраструктуре после внедрения 5G скорость сможет достигать 3,6 Гбит/с. Максимальная скорость передачи данных в сетях 5G должна составить 20 Гбит/с, но таких возможностей в первые годы внедрения стандарта мы, скорее всего, не увидим.

Между тем, многие сейчас считают подобные скорости избыточными и вполне довольны существующими сетями LTE. А как считаете вы, понадобится ли в ближайшем будущем передавать данные на скорости в несколько гигабит в секунду, или существующих возможностей LTE и LTE-A хватит ещё надолго?

Источник

Первое поколение: аналоговая связь NMT-450 и AMPS

В 1994 году, в России появился американский стандарт AMPS, работавший на частотах 825–890 МГц. Как и NMT, AMPS был аналоговой технологией, но предлагал более высокую ёмкость сетей, что было важно в условиях растущего числа абонентов. Кроме того, AMPS был лучше защищён от помех. Телефоны, работавшие в этом стандарте, уже имели вполне приемлемые размеры и вес — например, Ericsson DF388 весил 250 граммов. Последняя сеть AMPS в России была отключена оператором «Билайн» в Новосибирске 1 января 2010 года.

История сотовой связи в России: от трёхкилограммовой Nokia до LTE

25 лет назад, 9 сентября 1991 года в Санкт-Петербурге был совершён первый в истории нашей страны звонок по мобильному телефону. Мэру города Анатолию Собчаку удалось связаться с коллегой из американского Сиэтла Норманом Райсом. Звонок был сделан через трёхкилограммовый телефон Nokia Mobira MD59-NB2, работавший по стандарту NMT-450. Спустя четверть века вес мобильных телефонов уменьшился до сотни граммов, а стандарт NMT-450 канул в прошлое. Юбилей первого звонка по сотовому — отличный повод обернуться и вспомнить, как развивалась мобильная связь в России.

Третье поколение: UMTS, WCDMA и EV-DO

Для тех, кто использовал мобильный телефон только для голосовых звонков и SMS, приход третьего поколения не изменил ничего: сотовые операторы продолжали поддержку предыдущих технологий связи. А вот для пользователей мобильного интернета появление UMTS (она же 3G) стало эпохальным событием. Технология передачи данных в сетях UMTS под названием WCDMA теоретически позволяет достигнуть скорости 2 Мбит/с. И даже значительно меньшие реальные скорости позволяли сёрфить практически без тормозов, скачивать музыку, а если повезёт, то и видео. Чаще всего (но не всегда), именно подключение к сети UMTS с использованием WCDMA смартфоны обозначают как 3G в строке состояния. Одним из первых телефонов с поддержкой новых технологий стал выпущенный в 2005 году Sony Ericsson W900i из легендарной серии Walkman.