Эволюция беспроводных сетей. История 1G, 2G, 3G, 4G, 5G.

Эволюция беспроводных сетей Поколение 1G2G2,5G3G3,5G4G Начало разработок < Реализаци я Сервисы аналоговый й стандарт, речевые сообщения цифровой стандарт, поддержка коротких сообщений (SMS), передача данных со скоростью до 9,6 кбит/с большая ёмкость, пакетная передача данных, увеличение скорости сетей второго поколения ещё большая ёмкость, скорости до 2 Мбит/с увеличение скорости сетей третьего поколения большая ёмкость, IP-ориент-я сеть, поддержка мультимедиа, скорости до сотен Мбит/с Скорость передачи 1,9 кбит/с 9,6-14,4 кбит/с 115 кбит/с (1 фаза), 384 кбит/с (2 фаза) 2 Мбит/с 3-14 Мбит/с 100 Мбит/с - 1 Гбит/с Стандарты AMPS, TACS, NMT TDMA, CDMA, GSM, PDC GPRS, EDGE (2.75G), 1xRTT WCDMA, CDMA2000, UMTS HSDPA, HSUPA, HSPA, HSPA+ LTE-Advanced, WiMax Release 2 (IEEE m), WirelessMAN- Advanced СетьPSTN PSTN, сеть пакетной передачи данных сеть пакетной передачи данных

1G История начинается с появления в 80-х годах прошлого столетия нескольких новаторских сетевых технологий: сочетания NMT и TACS в Европе и AMPS в США. Хотя несколько поколений услуг мобильной связи существовали и раньше, тройка NMT, TACS и AMPS считается первым поколением беспроводной сети 1G, потому, что именно эти технологии позволили мобильным телефонам, в том виде, в котором мы их сейчас видим, стать массовым продуктом. В те времена и в голову никому не приходила услуга передачи данных т.к. – это были чисто аналоговыйе системы, придуманные и спроектированные исключительно для осуществления голосовых вызовов и некоторых других скромных возможностей. Да, тогда уже существовали модемы, однако из-за того, что беспроводная связь более подвержена искажениям и шумам, чем обычная проводная, скорость передачи данных была очень низкой. К тому же, стоимость минуты разговора была настолько высокой, что мобильную связь мог позволить себе только материально обеспеченный человек. 1G относится к первому поколению беспроводных телефонных технологий, мобильных телекоммуникаций.

Структура сотовой сети 1G

2G2G 2G аббревиатура для обозначения второго поколения беспроводной телефонной технологии. Второе поколение сотовой связи 2G было запущено в коммерческую эксплуатацию по стандарту GSM в Финляндии компанией Radiolinja (сейчас является частью Elisa Oyj) в 1991 В отличие от первого, относится к цифровым сетям мобильной связи. Второе поколение беспроводной сети 2G уже имело поддержку передачи коротких текстовых сообщений (SMS), а также технологию передачи данных (CSD), которая позволяла передавать данные в цифровом виде. Все это позволило увеличить скорость передачи данных до 14,4 кбит/с, что было сравнимо со скоростью стационарных модемов в середине 1990-х годов. Основными стандартами связи в сетях второго поколения являются GSM и CDMA. Для стандарта GSM разработана технология передачи пакетных GPRS, где собранная в пакеты информация передается по голосовым каналам. Скорость передачи по технологии GPRS (2,5G)может достигать до 115 кбит/с. Стандарт CDMA использует технологию передачи пакетных данных EDGE (2.75G), где скорость передачи достигает 384 кбит/с. Частотный диапазон поддерживающийся GSM сетях – 850,900,1800,1900 МГц.

Структура сотовой сети 2G

3G 3G -технологии мобильной связи 3 поколения набор услуг, который объединяет как высокоскоростной мобильный доступ с услугами сети Интернет, так и технологию радиосвязи, которая создаёт канал передачи данных. Сети 3G включают в себя пять стандартов передачи данных WCDMA(UMTS), CDMA2000, EV-DO, TD-CDMA. Стандарт UMTS используя технологию WCDMA (множественного широкополосного доступа с кодовым разделением каналов), что позволяет развивать скорость передачи данных до 42 Мбит/с. Стандарт UMTS поддерживает три основных протокола передачи данных: HSDPA – высокоскоростная передача пакетных данных, по нисходящим каналам, базовой станции к абоненту. Использование протокола HSDPA (3,5G) позволяет достигать скорости до 10 Мбит/с. HSUPA – технология высокоскоростной передачи пакетных данных, по каналу абонент – базовая станция. Максимальная скорость стандарта HSUPA может достигать 5,7 Мбит/с. Этот стандарт дает возможность выгрузки больших потоков информации, что позволяет комфортно использовать современные программы поддерживающие видеосвязь. HSPA+ – стандарт который позволяет достигать скорости пакетной передачи данных по нисходящему соединению 42,2 Мбит/с, по исходящему 5,76 Мбит/с. Протокол HSPA+ (развитый высокоскоростной пакетный доступ), является поколением сотовой связи 3,75G.

Структура сотовой сети 3G

4G4G

Развитие В 2000 году, когда только шло освоение технологии связи третьего поколения 3G, один из ведущих производителей персональных компьютеров Hewlett-Packard и японский гигант сотовой связи NTT DoCoMo объявили о начале совместных исследований по разработке технологий передачи мультимедиа-данных в беспроводных сетях четвёртого поколения. Помимо них, разработки вели Ericsson и AT&T совместно с Nortel Networks. Впоследствии появилось два действительно пригодных к реализации стандарта: LTE и WiMAX, которые, по мнению IMT-Advanced, и стали новой эрой в развитии сети. Стандарт LTE разрабатывался в рамках 3GPP (The 3rd Generation Partnership Project) как продолжение CDMA и UMTS и первоначально не относился к четвёртому поколению мобильной связи [13]. Международным союзом электросвязи как стандарт связи, отвечающим всем требованиям беспроводной связи четвёртого поколения, был избран десятый релиз LTE LTE Advanced, который впервые был представлен японской компанией NTT DoCoMo. Так как данный стандарт можно реализовать на существующих сотовых сетях, то он стал более популярен у операторов сотовой связи. В апреле 2008 года компания Nokia заручилась поддержкой ряда компаний (Sony Ericsson, NEC) для развития стандарта LTE и придания этому стандарту конкурентоспособности против WiMAX []. В том же году аналитическая компания Analysys Mason спрогнозировала увеличение роста потребности сотовых технологий, таких как LTE, нежели WiMAX. Первая коммерческая сеть LTE была запущена 14 декабря 2009 года шведской телекоммуникационной компанией TeliaSonera совместно с Ericsson в Стокгольме и Осло.

Стандарт WiMAX (или IEEE ) разрабатывается созданной в июне 2001 года организацией WiMAX Forum и является продолжением беспроводного стандарта Wi-Fi, альтернативой выделенным линиям связи и DSL. У стандарта WiMAX много версий, но преимущественно они подразделяются на фиксированный WiMAX (спецификация IEEE d, также известная как IEEE , которая была утверждена в 2004 году) и мобильный WiMAX (спецификация IEEE e, более известная как IEEE , которая была утверждена в 2005 году). По названиям стандартов ясно, что фиксированный WiMAX предоставляет услуги только «статичным» абонентам после установления и закрепления соответствующего оборудования, а мобильный WiMAX предоставляет возможность подключения пользователям, передвигающимся в зоне покрытия со скоростью до 115 км/час. Сумятицу в умах конечных пользователей может создавать тот факт, что эти две версии несовместимы, и нельзя точно предсказать, как они будут конкурировать и какая из них в итоге доминирует. Преимуществом стандарта WiMAX было то, что он гораздо раньше стандарта LTE стал пригоден к коммерческой эксплуатации. Первую сеть, основанную на технологии WiMAX, построила в Канаде компания Nortel 7 декабря 2005 года [. Через два дня, тем самым став первой в странах СНГ, услуги беспроводного широкополосного доступа в сеть интернет стала предоставлять украинская компания «Украинские новейшие технологии» на основе микросхем Intel® PRO/Wireless В настоящее время компаниями, составляющими WiMAX Forum, являются такие известные производители, как Intel Corporation, Samsung, Huawei Technologies, Hitachi, и многие другие. С технической точки зрения, основное отличие сетей четвёртого поколения от третьего заключается в том, что технология 4G полностью основана на протоколах пакетной передачи данных, в то время как 3G соединяет в себе как пакетную коммутацию, так и коммутацию каналов. Для передачи голоса в 4G предусмотрены технологии VoLTE (англ. Voice over LTE).

4G кругом обман 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.

Структура сотовой сети 4G/LTE Радиус действия базовой станции LTE зависит от мощности излучения и теоретически не ограничен, а максимальная скорость передачи данных зависит от радиочастоты и удалённости от базовой станции. Теоретический предел для скорости в 1 Мбит/сек от 3,2 км (2600 МГц) до 19,7 км (450 МГц).

Структура сети стандарта 4G/WiMax

Всемирная карта покрытия 4G/LTE Внедрение технологии LTE по состоянию на 21 мая 2014 года

Базовая станция LTE Антенны базовой станции LTE700 на крыше офиса Beeline в Алматы Базовая станция "кабинетного типа" (для indoor-установки) Alcatel- Lucent LTE 700 МГц.

4G антенна LTE

4G антенна для модема

Эволюция сотовой связи в Казахстане 1G(1994 г) Сеть сотовой связи "Алтел" ЗАО "Казахтелеком"на передовом для того времени стандарте NAMPS-800 (Narrowband Advanced Multiple Phone Service 800 MHz) и сетевом оборудовании фирмы Motorola. 2G(( г) GSM (Алтел, K-cell, K-mobile, Active и др.). 3G(2010 г) EVDO Rev.А (CDMA) предоставляет оператор сотовой связи «АО Алтел» под брендом Jet3G HSDPA – Kcell, Activ, Beeline г - Теле 2. 4G(2012 г) 26 декабря 2012 года 4G сеть на базе LTE запущена в Казахстане под торговой маркой Altel4g.

Altel 4G АО «АЛТЕЛ» («АЛТЕЛ») - дочерняя компания АО «Казахтелеком», первый республиканский оператор сотовой связи в РК, работает на рынке телекоммуникационных услуг с 1994 года. В 2010 году «АЛТЕЛ» первым в республике внедрил 3G интернет, а уже в 2012 году состоялся первый коммерческий запуск технологии LTE в Казахстане под брендом ALTEL 4G. 15 мая 2014 года компания «АЛТЕЛ» объявила о запуске инновационной LTE/GSM/UMTS сети. Она позволяет пользоваться высокоскоростной передачей данных по технологии LTE на смартфоне, голосовые звонки будут автоматически переводиться в сеть GSM/UMTS. Первая в Казахстане конвергентная сеть с одновременной поддержкой технологий 4G/3G/2G развернута в Алматы, Астане, Караганде, Актобе, Атырау, Актау, Шымкенте, Усть- Каменогорске. В сентябре 2014 года «АЛТЕЛ» намерен обеспечить покрытие сети во всех областных центрах республики. К концу 2014 года связь на базе технологии LTE/UMTS/GSM появится во всех городах Казахстана с населением более человек. Базируясь на передовых технологиях и оборудовании, мультитехнологическая сеть предоставляет возможность использования целого ряда инновационных функций и разработок. Так, в зоне действия всей сети GSM/UMTS от АЛТЕЛ абонентам доступна технология «HD-voice». Построенная сеть подготовлена с технической точки зрения к предоставлению голосовых услуг поверх LTE по технологии VoLTE и реализации следующего шага развития сетей 4-го поколения - LTE Advanced. Сеть передачи данных «АЛТЕЛ» базируется на основе оптической сети АО Казахтелеком, использует опорную сеть, построенную на IP технологии, что дает значительные преимущества по емкости сети и скорости передачи данных.

Карта покрытия Altel 4G

Зона покрытия LTE г Астана

4G модемы Altel ZTE MF827 – универсальный USB-модем Huawei E5372 MiFi Samsung Mogg

5G Лидером разработок данной технологии становится китайская компания Huawei, осуществляющая крупные инвестиции в данную технологию. По заявлению Eric Xu, chief executive officer (CEO) Huawei, компания вложит около $600 млн во внедрение технологий беспроводных сетей, позволяющих достичь скоростей передачи данных выше 10 Gbit/s. В своем выступлении в рамках дискуссии Московского международного форума инновационного развития «Открытые инновации» 2013 года Вань Бяо, президент компании Huawei в России: «В условиях роста трафика и усложнения технологий нужно перевести планирование сети на новый уровень. Основой архитектуры сети следующего поколения станет технология SDN (программно-определяемая сеть). Также мы должны проложить путь к созданию повсеместного доступа к сверхширокополосной связи. Huawei уже ведет исследования технологии 5G, и мы надеемся, что она станет доступной для коммерческого применения в ближайшие 5 лет». 5G, IMT-2020 телекоммуникационный стандарт связи нового поколения. Требования Безопасность для здоровья человека Энергетическая эффективность Высокое качество связи

Прогнозы Исходя из того, что новые поколения стандартов сотовой связи появлялись каждые 10 лет, с первого 1G (NMT) 1981 года, 2G (GSM) 1992 года и 3G (W-CDMA/FOMA), появившегося в 2001 году, 4G (3GPP Long Term Evolution) в 2010 году, внедрение стандарта 5G можно ожидать в районе 2020 года.