Мережі 3G

Матеріал з Вікі ЦДПУ
Перейти до: навігація, пошук

Поняття 3G

3G (англ. 3rd Generation) — «третє покоління технології мобільного зв'язку» — набір послуг, який включає високошвидкісний мобільний доступ до мережі Інтернет та технологію радіозв'язку.

Мережі третього покоління (3G) працюють на частотах дециметрового діапазону (близько 2 ГГц), швидкість передачі даних становить понад 2 Мбіт/с. Такі мережі надають можливість організувати відеозв'язок, дивитись на мобільному телефоні фільми й телепрограми та ін.


До появи 3G

1G – Перше покоління

1G (або 1-G) — перше покоління бездротових телефонних технологій та мобільних телекомунікацій. Це аналогові телекомунікаційні стандарти[1], які були введені в 1980-х, і на початку 90-х були витіснені більш досконалої цифровою технологією 2G. Основною відмінністю між систем 1G і 2G є те, що мережі 1G використовують аналогову модуляцію радіохвилі, в той час як в мережі 2G є цифровими, що дозволяло, серед іншого, шифрувати розмови і посилати СМС.

Історія починається з появи в 1980-х роках кількох новаторських мережевих технологій: AMPS в США і поєднання TACS і NMT в Європі. Хоча кілька поколінь послуг мобільного зв'язку існували і раніше, трійка AMPS , TACS і NMT вважається першим поколінням (1G) , тому що саме ці технології дозволили мобільним телефонам стати масовим продуктом.

У часи 1G ніхто не думав про послуги передачі даних - це були чисто аналогові системи, задумані і розроблені виключно для здійснення голосових викликів і деяких інших скромних можливостей. Модеми існували, однак через те, що бездротовий зв'язок більш схильний до шумів і спотворень, ніж звичайний дротовий , швидкість передачі даних була неймовірно низькою. До того ж, вартість хвилини розмови в 80-х була такою високою, що мобільний телефон міг вважатися розкішшю.

Окремо хочеться згадати першу в світі автоматичну систему мобільного зв'язку «Алтай», яка була запущена в Москві в 1963 році. «Алтай» повинен був стати повноцінним телефоном, встановлюваним в автомобілі. По ньому просто можна було говорити, як по звичайному телефону (тобто звук проходив в обидві сторони одночасно, т.зв. дуплексний режим). Щоб зателефонувати на інший «Алтай» або на звичайний телефон, достатньо було просто набрати номер - як на настільному телефонному апараті, без всяких перемикань каналів або розмов з диспетчером. Аналогічна система в США, IMTS (Improved Mobile Telephone Service), була запущена в дослідній зоні на рік пізніше. А комерційний її запуск відбувся лише в 1969 році. Тим часом в СРСР до 1970 року «Алтай» був встановлений і успішно працював вже приблизно в 30 містах.

2G – інтернет на мобільному телефоні

Цей стандарт мобільного радіозв'язку був створений в 1992 році. На початку 90-х років спостерігається підйом перших цифрових стільникових мереж, які мали ряд переваг в порівнянні з аналоговими системами. Покращена якість звуку, більша захищеність, підвищена продуктивність - ось основні переваги. GSM почав свій розвиток в Європі, у той час як D-AMPS і рання версія CDMA компанії Qualcomm стартували в США.

Ці 2G стандарти, в стані зародження, поки не мають підтримки власних, тісно інтегрованих, послуг передачі даних. Багато з таких мереж підтримують передачу коротких текстових повідомлень (SMS), а також технологію CSD, яка дозволила передавати дані на станцію в цифровому вигляді. Це фактично означало, що ви могли передавати дані зі швидкістю - до 14,4 кБіт/с.

Для того, щоб ініціювати передачу даних за допомогою технології CSD, необхідно було здійснити спеціальний «виклик». Це було схоже на телефонний модем - ви чи були підключені до мережі, чи ні. В умовах того, що тарифні плани в той час вимірювалися в десятках хвилин, а CSD була на кшталт звичайного дзвінку, практичної користі від технології майже не було.

З GPRS і EDGE досягається швидкості передачі даних до 53,6 Кбіт/с і 220 Кбіт/с. Скорочення 2G при цьому практично не використовується.

2,5G або GPRS

Поява сервісу «General Packet Radio Service » (GPRS) у 1997 році стало переломним моментом в історії стільникового зв'язку, тому що він запропонував для існуючих GSM мереж технологію безперервної передачі даних. З використанням нової технології, ви можете використовувати передачу даних тільки тоді, коли це необхідно - немає більше дурної CSD, схожою на телефонний модем. До того ж, GPRS може працювати з більшою, ніж CSD, швидкістю - теоретично до 100 кБіт/с, а оператори отримали можливість тарифікувати трафік, а не час на лінії.

GPRS з'явився в дуже підходящий момент - коли люди почали безперервно перевіряти свої електронні поштові скриньки.

Це нововведення не дозволило додати одиницю до покоління мобільного зв'язку. У той час, як технологія GPRS вже була на ринку, Міжнародний Союз Електрозв'язку (ITU) склав новий стандарт - IMT-2000 - затверджує специфікації «справжнього» 3G. Ключовим моментом було забезпечення швидкості передачі даних 2 Мбіт/с для стаціонарних терміналів і 384 кБіт/с для мобільних, що було не під силу GPRS.

Таким чином, GPRS застряг між поколіннями 2G, яке він перевершував, і 3G, до якого не дотягував. Це стало початком розколу поколінь.

2,75G або EDGE

На додаток до вимог до швидкості передачі даних, специфікації 3G закликали забезпечити легку міграцію з мереж другого покоління. Для цього, стандарт, званий UMTS став топовим вибором для операторів GSM, а стандарт CDMA2000 забезпечував зворотну сумісність. Після прецеденту з GPRS, стандарт CDMA2000 пропонує власну технологію безперервної передачі даних, звану 1xRTT. Бентежить те , що , хоча офіційно CDMA2000 є стандартом 3G, він забезпечує швидкість передачі даних лише дещо більше, ніж GPRS- близько 100 кБіт/с.

Стандарт EDGE - Enhanced Data - rates for GSM Evolution - був задуманий як легкий спосіб операторів мереж GSM вичавити додаткові соки з 2.5G установок, не вкладаючи серйозні гроші в оновлення устаткування. За допомогою телефону, що підтримує EDGE, ви могли б отримати швидкість, в два рази перевищує GPRS, що цілком непогано для того часу. Багато європейських операторів не стали возитися з EDGEі були прихильниками впровадження UMTS.

Отже, куди ж віднести EDGE? Це не так швидко, як UMTS або EV-DO, так що ви можете сказати, що це не 3G. Але це явно швидше, ніж GPRS, що означає , що вона повинна бути краще, ніж 2.5G, чи не так? Дійсно, багато людей назвали б EDGE технологією 2.75G.

3G

Загальні характеристики

Мережі третього покоління (3G) працюють на частотах дециметрового діапазону (близько 2 ГГц), швидкість передачі даних становить понад 2 Мбіт/с. Такі мережі надають можливість організувати відеозв'язок, дивитись на мобільному телефоні фільми й телепрограми та ін. У світі існує два стандарти 3G: UMTS (чи W-CDMA) та CDMA2000. UMTS більш розповсюджений в основному в Європі, CDMA2000 — в Азії та США. За даними Wireless Intelligence, на кінець 2006 року у світі нараховувалось 364 млн абонентів 3G, з них 93,5 млн були підключені до мереж UMTS та 271,1 млн — до CDMA2000. Найбільший оператор — японський NTT DoCoMo (40 млн абонентів).

Вирішення цієї проблеми (сумісність стандартів та глобальний роумінг) абсолютно аналогічне сьогоднішньому — розробка багатомодових терміналів, що можуть працювати в двох і більше стандартах.

Термін «3G» використовується для опису сервісів мобільного зв'язку стандартів наступного покоління, які забезпечують більш високу якість звуку, а також високошвидкісний інтернет-зв'язок та мультимедійні сервіси. Мобільні мережі третього покоління (3G) відрізняються від мереж другого покоління (2G), таких як наприклад цифровий стандарт мобільного зв'язку GSM, зв'язок перехідного покоління (2.5G) GPRS набагато більшою швидкістю передачі даних, а також ширшим набором і високою якістю послуг, що надаються.

Переваги 3G над 2G:

  • Висока ефективність використання канального ресурсу. Зростання пропускної здатності мережі.
  • Скорочення потужності абонентських і базових станцій, що зменшує перешкоди для інших електронних пристроїв.
  • Простота частотного планування, оскільки всі базові станції мережі використовують один і той же канальний ресурс.
  • Спрощення зміни швидкостей передачі вгору і вниз для різних абонентів. Підтримка асиметричних видів передачі інформації, таких як Інтернет.
  • Можливість реалізації м'якого хендовера. Скорочення числа обривів зв'язку через хендовера. Підвищення якості зв'язку, особливо при передачі даних, відеосигналу і мультимедіа.
  • Застосування Rake приймача дозволяє виділяти і обробляти найбільш потужні сигнали при багатопроменевому поширенні.
  • Підвищення якості передачі телефонії за рахунок усунення замираний при багатопроменевому поширенні.
  • Забезпечення високої надійності зв'язку факсиміле, Інтернет повідомлень.
  • Простота передачі каналів управління.
  • Полегшення реалізації нових послуг: прийом мультимедіа, високошвидкісних потоків даних, аудіо- та відеокліпів

Недоліки 3G:

  • Необхідність синхронізації кодують послідовностей в приймачах. Вимоги до реалізації когерентної обробки прийнятих сигналів.
  • Необхідність швидкого регулювання потужності передавачів мобільного і базової станцій.
  • Залежність дальності зв'язку від швидкості передачі і швидкості пересування абонента.
  • Дихання сот, що в свою чергу знижує якість зв'язку при перевантаженні стільники. Вимоги до адаптивного управління мережею в реальному часі.

Характеристики стандартів 3G

Інноваційна діяльність з розробки 3G (UMTS і CDMA2000) розпочалася у 1992 році.

У 1999 році МСЕ затвердив 5 радіоінтерфейсів IMT-2000 як частину Рекомендації ITU-R M.1457. У 2007 році до них доданий WiMAX.

До переліку стандартів увійшли так звані «еволюційні стандарти» (EDGE і CDMA), що є зворотно сумісними з існуючими мережами покоління 2G, а також «революційні стандарти», що потребують нового обладнання та працюють на інших частотах. До «революційних» стандартів належать сімейство UMTS, що визначене в стандартах, розроблених для IMT-2000, а також незалежно розроблені стандарти DECT і WiMAX, які включено, оскільки вони відповідають визначенню IMT-2000.

Огляд стандартів 3G/IMT-2000
Стандарти, сумісні з ITU IMT-2000 Прийняті назви Канал даних Оновлення до pre-4G Дуплекс D-AMPS Опис Географічні зони
TDMA Single‑Carrier (IMT‑SC) Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE (UWC-136)) EDGE Evolution Frequency-division duplex (FDD) Time division multiple access (TDMA) еволюційне оновлення над GSM (GSM/GPRS) увесь світ окрім Японії та Південної Кореї
CDMA Multi‑Carrier (IMT‑MC) CDMA2000 EV-DO UMB. Code division multiple access (CDMA) еволюційне оновлення над cdmaOne (IS-95) Америка, Азія, деякі інші регіони
CDMA Direct Spread (IMT‑DS) Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) W-CDMA. High Speed Packet Access (HSPA) 3GPP Long Term Evolution (LTE) сімейство, що є еволюційним оновленням над сімейством GSM. увесь світ
CDMA TDD (IMT‑TC) TD‑CDMA Time-division duplex (TDD) Європа
TD‑SCDMA Китай
FDMA/TDMA (IMT‑FT) DECT FDMA/Time division multiple access (TDMA) short-range; стандарт для радіотелефонів Європа, США
IP‑OFDMA WiMAX (IEEE 802.16) OFDMA увесь світ


Стандарти 3G

Головна вимога до мереж третього покоління, висунута Міжнародним Телекомунікаційним Союзом (ITU), звучить просто: вони повинні забезпечувати відеозв'язок з мінімальним розрішенням 320х240 (тобто QVGA). Для цього мережа повинна підтримувати пропускну здатність не менш чим у 384 Кбіт/с. Підтримка відеозв'язку вимагає, щоб мережа надала абонентові гарантовану якість сервісу – тобто, починаючи сеанс відеозв'язку, абонент повинен бути упевнений, що зв'язок буде надійним, що йому не прийдеться слухати відрізки фраз свого співрозмовника і дивитися на зображення, що смикається.


Ggg scheme 01.PNG

Ряд пропозицій для стандарту IMT-2000 3G був представлений для розгляду ITU протягом 1998 року. З цього часу промисловість і органи стандартизації скоординували свої зусилля, щоб розглянути плюси і мінуси всіх цих пропозицій для стандарту IMT-2000 і установити набір вимог. Operators Harmonization Group (OHG) – група найбільших операторів у всіх частинах світу – зіграла ключову роль у цьому процесі і зрештою схвалила набір стандартів у травні 1999 року.

Це сімейство стандартів включає один стандарт, заснований на GDMA, із трьома можливими режимами: Multi-Carrier (Mc), Direct Spread (DS) і Time Division Duplex (TDD), а також один стандарт, заснований на TDMA – EDGE. Радіостандарти можуть комбінуватися з різними базовими мережевими стандартами (GSM MAP або ANSI-41) і функціонувати в різних смугах частот. Режим Multi-Carrier (Mc) також називають cdma2000 Mc; а режим Direct Spread (DS) також називають WCDMA. Стандарт UMTS покриває WCDMA, TDD і GSM/MAP. У 1992 році конференцією World Administrative Radio Conference (WARC) був призначений новий радіоспектр у 230 Мгц для наземних і супутникових сервісів. У рамках цього рішення ITU відхилив 155 МГц у 2 ГГц смузі для наземних сервісів 3G. Цей спектр був розміщений у Європі і Японії на двох 2 ГГц смугах, близьких до рекомендованих ITU, у плані виконання цих вимог.

1193092658 3g-road mobilers.ru 2.gif

W-CDMA

W-CDMA (інша назва — UMTS, Universal Mobile Telecommunication System — універсальна система мобільного зв'язку), — цей стандарт, який був прийнятий у Європі та Японії. UMTS, по суті, — це вдосконалення стандарту GSM через GPRS і EDGE. Основна частина UMTS відома як UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access). FDD-компонент UTRA оснований на стандарті W-CDMA (UTRA FDD). Теоритично він забезпечує передачу даних зі швидкістю до 2 Mбіт/c, але на практиці швидкість значно нижче: системи W-CDMA мають деякі технічні обмеження.


Телефон Nokia 6280 з підтримкою стандарту UMTS

CDMA2000

CDMA2000 використовується американським оператором Qualcomm, він на даний момент являється основним конкурентом европейскої версії UMTS. Работа по стандартизації CDMA2000 координується групою Third Generation Partnership Project 2. CDMA2000 має 2 фази розвитку: перша 1XRTT, також відома як 1X, має швидкість передачі даних до 144 Кбіт/с, і може бути вдосконалена до другої фази — 3XRTT (або 3Х), де швидкість досягає 2 Мбіт/с.

TD-CDMA

Стандарт TD-CDMA, розроблений німецьким концерном Siemens, використовує технологію TDD, і, на відміну від W-CDMA, яка використовує технологію FDD, котра потребує так званого парного спектра. Технология TDD приспособлена для передачі даних в інтернет.

Антени для поширення сигналу

При розробці антен наступного покоління для мереж 3g їх творці, наприклад, компанії Kathrein (Німеччина), LGP Allgon (Щвеция) і ін., враховували повною мірою рекомендації AISG (Antenna Interface Standard Group) - міжнародній організації, створеній компаніями-виробниками антен для розробки відкритих стандартів в області антенних технологій. Зокрема, системи управління і потужності антен RET задовольняють вимогам стандарту Aisg1. Цей стандарт використовує 3 рівні з 7-і рівневої моделі інтерфейсів відкритих систем (OSI), а саме, рівні 1, 2, 7.

  • Рівень 1 (фізичний рівень) визначає електричні характеристики передаваного сигналу. У стандарті Aisg1, антени цього рівня можуть використовувати як середовище передачі дві системи (обидві допускають швидкість передачі даних в 9.6 кбіт/сек, з опціями 38.4 і 115.2 кбіт/сек):
    • заземлений 3-проводний кабель із збалансованим інтерфейсом передачі даних Rs485, з живленням +12, +24 У або, як опція -48 У.
    • коаксіальний кабель (фідер), використовуваний антенами Aisg1 при роботі в діапазоні частот 4.5 або 9 Мгц.
  • Рівень 2 (рівень передачі даних) визначає доступ до фізичного рівня (доступ до даних і до середовища передачі даних), тобто, практично, мінімальний набір вимог протоколу асинхронної передачі даних (HDSL - High Level Data Link Control protocol).
  • Рівень 7 (application layer - рівень додатків) визначає вимоги до протоколу кінцевого користувача і додаткам. Він же описує формат навантаження і необхідний набір команд. Типовими командами цього рівня є команди ініціації системи/пристрою, установки початкових параметрів, калібрування, вхідного контролю, підключення пристроїв управління і моніторингу.


3G в Україні

1 листопада 2007 року державне підприємство Укртелеком запустило мережу мобільного зв'язку 3G під брендом «Utel». Мережа «Utel» працювала в стандарті UMTS 2100 з надбудовою HSDPA (3,5G). З 2012 р. її правонаступником стала компанія ТриМоб, яка теж працює з цією надбудовою. Якщо в базовій версії UMTS забезпечує пікові швидкості від 2 Мбіт/c для статичних об'єктів поблизу стільникової комірки та 384 Кбіт/с для мобільних абонентів, то для пристроїв, що підтримують HSDPA, швидкості в теорії можуть досягати 14,4 Мбіт/с. На практиці ж вони рідко перевищують 3 Мбіт/c, а в умовах високих, щільних забудов та завантаженості мережі — ще менше. Даний стандарт зв'язку дає змогу здійснювати відеодзвінки, забезпечує широкосмуговий доступ до Інтернету, а також дозволяє переглядати потокове відео в online.

Після приєднання у 2013-му році CDMA UKRAINE до Інтертелекому в Україні стали діяти такі оператори мобільного 3G-зв'язку:

  • ТриМоб
  • Інтертелеком
  • PEOPLEnet
  • Vodafone Україна

23 лютого 2015 року в ході торгів за отримання ліцензії 3G між трьома найбільшими операторам мобільного зв'язку України (Київстар, Vodafone Україна та Lifecell. Перший лот відійшов оператору Lifecell. Компанія «Астеліт» заплатила за нього 3,35 мільярдів гривень, перебивши пропозицію «МТС Україна» розміром в 3,22 мільярди гривень. За оцінками конкурентів на тендері, компанія переплатила 600 мільйонів гривень. Переможцем по другому лоту стала «МТС Україна». Компанія не підвищувала початково запропоновану ставку і придбала другу ліцензію за 2,71 мільярдів гривень. Останній третій лот автоматично перейшов «Київстару» за підсумками голосування НКРЗІ. Сума, яку компанія заплатила за частоту, як і передбачалося, склала 2,7 мільярдів гривень.

За умовами тендеру оператори зобов'язалися протягом 18 місяців після проведення конкурсу запустити мережу третього покоління на території всіх обласних центрів України, а протягом 6 років — на території всіх районних центрів і всіх населених пунктів з населенням понад 10 тисяч осіб.


HTC Desire Z з відокремленою клавіатурою

Крім того за умовами договору оператори повинні були перерахувати Міністерству оборони України за проведення конверсії радіочастот мінімум 1,6 млрд грн (сума може бути збільшена з урахуванням інфляції — ІФ). Оплата конверсії повинна здійснюватися пропорційно кількості лотів в рівних пропорціях і на рівних умовах. Перший етап проведення конверсії, яка буде здійснюватися за рахунок переможців тендеру, займе 23 місяці, другий етап триватиме 18 місяців, третій — 17 місяців. Перші кошти вони уже перерахували.

Станом на вересень 2017 року в Україні є вже 20 тис. базових станцій, через які надаються послуги 3G.

9 листопада 2016 року представник Київстару Петро Чернишов відкрито звинуватив запорізьке комунальне підприємство «Міські теплові мережі» в тому, що в Запоріжжі немає 3G, яке не пускає фахівців мобільної мережі на свої об'єкти і вимагає від мобільних операторів орендної плати. Мер міста Володимир Буряк швидко відреагував на ситуацію і заявив: «Вже дав розпорядження керівнику концерну «Міські теплові мережі» надати доступ операторам мобільного зв'язку».

10 листопада 2016 року запоріжці, що користуються зв'язком мобільного оператора Vodafone, стали отримувати смс-повідомлення про швидке «пришестя» 3G-інтернету. За запевненням оператора, новий стандарт зв'язку буде введений вже в листопаді 2016 року.

16 листопада 2016 року Генеральний штаб Збройних сил України дозволив використання базових станцій 3G в Запоріжжі, а вже 17 листопада 2016 року одразу два оператора — Київстар та Lifecell — оголосили про запуск мережі 3G в Запоріжжі. З 25 листопада 2016 року Vodafone почав поетапний запуск 3G мережі в Запоріжжі.

Порівняння стандартів

Mobile-internet-speed.png

1g2g3g4g5g.PNG

1g2g3g4g5g 2.PNG

Джерела

  1. Clear Your Doubts What is 1G or First generation of wireless telecommunication technology?
  2. Більше за нічого, менше від 3G
  3. МСЕ
  4. Більше за нічого, менше від 3G
  5. Поняття 3G
  6. Характеристика стандарту 3G
  7. Детальні характеристики стандартів покоління 3G
  8. Стандарти 3G
  9. Розміщення спектра (IMT-2000/UMTS/PCS)
  10. Антени
  11. 3G Обладнання
  12. 3G Україні