Передача информации по радио имеет очень давнюю историю - начало было положено еще в XIX в. Особенно интенсивно эта технология развивается последние 30 лет. В статье рассматривается поэтапное развитие сетей сотовой связи.

1G

Системы первого поколения (1G, 1981 г.) были аналоговыми, реализованными на достаточно надёжных сетях, но с ограниченной возможностью предложения услуг абонентам. Кроме того, они не позволяли осуществлять роуминг между сетями, т. е. абоненты с одной SIM-картой не могли получать услуги в сетях разных операторов. К системам первого поколения относятся: AMPS и NMT, которые были позднее практически полностью вытеснены стандартом GSM. Минусы - отсутствие безопасности (канал легко прослушивался), трудности с роумингом, малая емкость, большая дальность действия (около 30 км), что в условиях мегаполиса является недостатком, затрудняющим переиспользование частот.

2G

Системы мобильной связи второго поколения (2G, 1991 г.) являются цифровыми. Они привнесли существенные преимущества с точки зрения предложения абонентам усовершенствованных услуг, повышения емкости и качества. Наиболее распространенным стандартом этого поколения является GSM (изначально Groupe Special Mobile, позже переименована в Global System for Mobile Communications - «глобальная система мобильной связи»). Возросшая потребность в беспроводном доступе в Интернет привела к дальнейшему развитию системы 2G. Так появилась система, называемая 2.5G (2000 г.). Примером технологии 2.5G является GPRS (General Packet Radio Services - «пакетная радиосвязь общего пользования») - стандартизованная технология пакетной передачи данных, позволяющая использовать оконечное устройство мобильной связи для доступа в Интернет. Позже была внедрена технология EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution), что позволило повысить скорость передачи данных до сотен килобит в секунду. Другим появившимся в данном стандарте сервисом является SMS (услуги службы коротких сообщений).

Стандарты 2G на протяжении многих лет были основными при построении систем мобильной связи. Именно GSM дала большой толчок к появлению сетей сотовой связи по всему миру. Однако со временем набор услуг, которые могли предложить стандарты 2G, оказался недостаточным. Кроме того, применяющиеся в данном стандарте технологии передачи данных перестали удовлетворять пользователей сети по скорости.

3G

Перечисленные выше факторы привели к появлению систем третьего поколения (3G, 1999 г.), которые позволяют осуществлять связь, обмен информацией и предоставлять различные развлекательные услуги, ориентированные на беспроводное оконечное устройство (терминал). Развитие подобных услуг началось уже для систем 2G, но для поддержки этих услуг система должна располагать высокой емкостью и пропускной способностью радиоканалов, а также совместимостью между системами, чтобы предоставлять прозрачный доступ по всему миру. Примером системы 3G является UMTS (Universal Mobile Telecommunications System - «универсальная система мобильной связи»). Данный стандарт позволяет предоставить абонентам скорости передачи данных до 2 Мбит/с. Технология HSDPA (3.5G) дает скорость уже до 14 Мбит/с. Таким образом, пользователи сети могут получать широкий перечень мультимедийных услуг (высококачественное видео, игры, загрузка файлов больших объемов). Однако даже такая скорость передачи данных будет удовлетворять потребности пользователя сети лишь до определенных пределов. В связи с этим началась разработка стандарта четвертого поколения, который позволит снять верхний предел на долгое время. На рисунке 1 показаны максимальные скорости для разных технологий сотовой связи GSM.

Таким образом, менее чем за 30 лет технологии сотовой связи прошли огромный путь. Теперь абонент уже не ощущает географической привязанности и может пользоваться высококачественными телекоммуникационными услугами, где бы он ни находился. Произошло изменение основной идеи, состоялся поворот от сетей для передачи голоса к сетям для передачи данных, а передача голоса стала всего лишь одним из сервисов сети передачи данных.

Уже в ближайшие пять лет реализация концепции «Интернета сервисов» может превратить рынок сервисов M2M (Machine-to-Machine, межмашинное взаимодействие) из второстепенного для операторов связи в ключевой, каким для них сейчас является рынок голосовых услуг.

Рынок M2M сегодня

Под рынком M2M в настоящее время понимается преимущественно рынок беспроводных мобильных устройств, оснащённых SIM-картами и предназначенных для передачи телеметрической информации без участия человека.

Согласно оценкам компании Berg Insight, в 2014 г. число беспроводных M2M-подключений в мире превысило 200 млн. Цифра весьма скромная по сравнению с общим количеством подключенных абонентских устройств. Российский рынок беспроводных M2M-подключений насчитывает, по данным МТС, около 6 млн SIM-карт, из которых более 60% установлено на транспортных средствах для контроля их местоположения, учета расхода топлива, реализации услуг «умного страхования» и т. п.

Ключевыми проблемами, сдерживающими продвижение услуг М2М на рынке России, бизнес-потребители считают их высокую стоимость, низкую скорость соединения и нестабильность соединения. Эти факторы в качестве определяющих при принятии решения о подключении к услуге называют соответственно 59, 45 и 20% пользователей услуг М2М (данные J’son & Partners Consulting).

M2M и IoT - в чем разница?

Все прогнозы о «взрывном» росте количества M2M-подключений основываются на новой концепции M2M - «Интернете вещей» (Internet of Things, IoT), являющейся частью более общей концепции «Интернета сервисов» (Internet of Services, IoS). Понятие «M2M-устройство» охватывает как традиционные проприетарные средства телеметрии и телеуправления (к которым можно отнести подавляющее большинство используемых сейчас устройств M2M, включая сетезависимые беспроводные), так и независимые от сетей и приложений устройства IoT. А устройства «Интернета вещей» - это только устройства, имеющие возможность через свободное IP-подключение (на физическом уровне, как правило, Wi-Fi) взаимодействовать с различными системами телеметрии и телеуправления, реализованными как облачные и/или онлайн-сервисы. То есть «Интернет вещей» - это облачные телеметрия и телеуправление.

Облачные системы способны обеспечить сколь угодно детализированное оптимизационное управление сколь угодно широкой номенклатурой объектов управления, причем не только объектами в целом («умный дом», «умный автомобиль» и т. п.) и их системами (энергоснабжения, освещения, кондиционирования и т. д.), но и отдельными элементами этих систем, вплоть до отдельной лампочки в системе освещения. Эта особенность является причиной большого разброса в прогнозных оценках количества таких устройств: количество «умных лампочек» и других компонентов управляемых объектов действительно может достигать десятков и сотен миллиардов (в некоторых прогнозах - триллионов).

Требования IoT-устройств к сетям связи

Для реализации концепции «Интернета сервисов» необходима унификация всего разнообразия сетей доступа и домашних/локальных сетей на базе стека протоколов IP и переход абонентов от использования проприетарных абонентских устройств, сенсоров и контроллеров к выполненным в идеологии «Интернета вещей» сенсорам и исполнительным устройствам со свободным сетевым доступом к ним. Для оператора связи основные отличия устройств IoT от умных абонентских устройств состоят в потенциально существенно большем количестве первых, на порядки меньшем объеме трафика в расчете на одно устройство, но при этом в более высоких требованиях к качественным характеристикам. В число таких характеристик входят: доступность канала, задержка сигнала в канале, уровень информационной безопасности, необходимая мощность излучения (соответственно, длительность автономной работы устройств). Для телеметрических IoT-устройств больший вес имеют качественные (доступность, безопасность), а не количественные (емкость) характеристики канала. На рисунке 2 показаны области требований различных сервисов к сетям передачи данных. Так, для критичных сервисов телеметрии и телеуправления доступность канала связи с сенсорами и исполнительными устройствами должна достигать 99,999%.

Краткое описание различных технологий передачи данных в сотовой связи GSM, применяемых в М2М в настоящее время

CSD и HSCSD

Изначально сети стандарта GSM предусматривали пакетную передачу данных по коммутируемым соединениям. Этот сервис назывался CSD (Circuit Switched Data). Максимально возможная скорость передачи данных для CSD составляла не более 9,6 кбит/с. Такой скорости было достаточно для реализации услуги передачи факсов (низкого разрешения) и небольших объемов данных.

С ростом интереса к услуге передачи данных через сотовые системы связи технология CSD была усовершенствована, и в сетях сотовой связи началось применение технологии HSCSD (High Speed Circuit Switch Data - «высокоскоростная передача данных по коммутируемым соединениям»). Максимальная скорость передачи данных была увеличена до 57,6 кбит/с. Это позволяло передавать файлы больших размеров (сотни килобайт) и факсы высокого разрешения.

В сервисах СSD и HSCSD тарификация осуществлялась по времени, затраченному на передачу данных. Стоимость трафика была велика и равнялась стоимости голосового трафика. Таким образом, эта технология практического интереса не представляла.

Технология передачи данных по коммутируемым соединениям имеет существенный недостаток: необходимость устанавливать соединение на все время сессии абонента, при этом использование канала составляет менее 50%. Таким образом, сервисы СSD и HSCSD не позволяют эффективно использовать ценные радиоресурсы.

Решением этой проблемы стал пакетный способ передачи данных. При этом для всех абонентов, которым необходима услуга передачи данных, предоставляется общий ресурс в соте, который используется ими по необходимости и именно тогда, когда они передают данные, а в моменты простоя этот ресурс используется другими абонентами. Этот способ распределения ресурсов гораздо экономнее, но возможны коллизии, когда все ресурсы канала заняты и для получения услуги надо подождать. Для подавляющего большинства М2М/IoT-устройств задержка не является критичной.

GPRS

Первой технологией передачи данных в системах сотовой связи с пакетной коммутацией стала GPRS. Эта технология позволяет достигать скорости передачи данных до 171 кбит/с, чего уже достаточно для просмотра средних интернет-страниц и обмена небольшими файлами (сотни килобайт–мегабайт) в сети. Технология GPRS создала мощную основу и дала большой толчок для развития технологий передачи данных в сетях сотовой связи. Элементы, появившиеся для GPRS, продолжают использоваться и для технологии EDGE, и для сетей 3G, а общие принципы перенесены даже на сети четвертого поколения. Таким образом, технология GPRS стоит в самом начале длинной цепочки технологий пакетной передачи данных. Характерной особенностью является задержка в единицы секунд между посылкой запроса на сайт и получением ответа.

EDGE

EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution - «технология передачи данных сетей стандарта GSM») стала развитием GPRS. GPRS поддерживает максимальные скорости передачи данных до 171 Кбит/с. В действительности GPRS предоставляет скорости передачи данных около 50–60 Кбит/с и задержкой около 150 мс. EDGE поддерживает скорость передачи данных до 384 Кбит/с. Дабы подчеркнуть то, что различия между системами EDGE и GPRS незначительны, эту технологию еще называют EGPRS (Enhanced GPRS - улучшенный, расширенный GPRS). Улучшения достигнуты благодаря использованию нового способа (8-PSK) модуляции сигнала на радиоинтерфейсе между мобильной (МС) и базовой (БС) станциями. При такой модуляции с помощью одного элемента сигнала в радиоэфире передается не один, как это было в GPRS, а сразу три информационных бита. Благодаря этому более эффективно используются имеющиеся радиоресурсы - наиболее ценные из всех ресурсов в системе сотовой связи. Таким образом, технология EDGE позволяет без особых временных и финансовых затрат значительно улучшить качество предоставляемых услуг, что делает эту технологию особо привлекательной. Это подтверждает тот факт, что более 90% всех операторов, которые эксплуатируют сети стандарта GSM, предоставляют услугу доступа в Интернет по технологии EDGE.

3G

Технология UMTS была разработана для модернизации сетей GSM (европейского стандарта сотовой связи второго поколения) и получила широкое распространение не только в Европе, но и во многих других регионах мира. Переход к 3G - это расширение полосы сигнала и усложнение модуляции, применение многофазного и многоуровневого способа кодирования, что позволило значительно увеличить скорости передачи данных. На рисунке 3 показан внешний вид типичного сигнала с многоуровневой и многофазной модуляцией. Такой вид кодирования позволяет за один такт передавать до 64 бит информации.

Расширение полосы позволяет увеличить количество передаваемой информации в соответствии с теоремой Шеннона - Хартли (рисунок 4).

В Таблице 1 показаны сравнительные характеристики скорости передачи данных для различных технологий сотовой связи.

Т а б л и ц а 1 . Сравнительные характеристики скорости передачи данных для различных технологий сотовой связи

Стандарт сети	Технология	Модуляция	Скорость передачи данных (макс.) к абоненту/от абонента	Полоса сигнала, МГц
			20/20 кбит/с
			59,2/59,2 кбит/с
			384/384 кбит/с
			14,4/5,76 Мбит/с
			21/11,5 Мбит/с
			42/23 Мбит/с
			150/75 Мбит/с

Так, при переходе от 2G к 3G полоса сигнала увеличилась от 200 кГц до 10 МГц, т. е. в 50 раз, что позволило увеличить пропускную способность канала в те же 50 раз. С учетом применения более эффективного кодирования (64/8 = 8 раз) прирост скорости составляет 508 = 400 раз, т. е. 60 кбит/с превращаются в примерно 21 Мбит/с.

Основные тенденции 3G-сетей: преобладание трафика data-cards (USB-модемы, ExpressCard/PCMCIA-карты для ноутбуков) над трафиком телефонов и смартфонов 3G;

постоянное снижение цены 1 Мбайт трафика, обусловленное переходом операторов к более совершенным и эффективным технологиям.

LTE

Система LTE (Long Term Evolution, «долговременная эволюция») была разработана для того, чтобы предоставить пользователям доступ к всевозможным сервисам, а также к Интернету посредством протокола IP. Сеть LTE состоит из множества узлов. Все узлы сети принято делить на две категории: узлы, относящиеся к сети радиодоступа (Radio Access), и узлы опорной сети (Core Network). Ключевым элементом, определяющим эффективность любой радиосети, являются алгоритмы и механизмы, используемые для передачи данных между БС и МС. Далее рассматриваются основные характеристики сети LTE, относящиеся к сети радиодоступа.

Согласно требованиям к системе LTE, при радиусе соты до 5 км должны поддерживаться все параметры спектральной эффективности, пропускной способности и работы с мобильными абонентами. При радиусе соты от 5 до 30 км допускается ухудшение в показателях производительности.

Для обеспечения двунаправленной передачи данных между БС и МС технологией LTE поддерживается как частотный (FDD), так и временной дуплекс (TDD). Для частотного дуплекса определено 15 парных частотных диапазонов (частоты от 800 МГц до 3,5 ГГц), а для временного - восемь. При этом ширина радиоканала может быть различной. Допустимы следующие значения: 1,4/3/5/10/15/20 МГц.

В качестве систем множественного доступа в LTE используются OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) в нисходящем канале и SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) в восходящем. При использовании технологии OFDMA весь имеющийся спектр разбивается на поднесущие, ортогональные друг другу. В зависимости от используемой ширины канала общее количество поднесущих может быть 72, 180, 300, 600, 900 или 1200. Каждая из поднесущих может иметь свой вид модуляции. Могут использоваться следующие модуляции: QPSK, 16QAM, 64QAM.

Множественный доступ организуется за счет того, что одна часть поднесущих выделяется одному пользователю в кадре, другая часть - второму и т. д. Стандартом LTE (а именно, 3GPP TS 36.306) всего определяется 15 (версия документа от 27.03.2015) категорий мобильных устройств. Категория мобильного устройства задает максимальные скорости передачи в DL и UL. В таблице 2 приводятся значения скоростей передачи, поддерживаемые конфигурации MIMO (Multiple Input Multiple Output) и типы модуляций для каждой категории.

Т а б л и ц а 2 . Значения скоростей передачи, поддерживаемые конфигурации MIMO и типы модуляции

	Downlink			Uplink
	Максимальное количество бит в TTI	Максимальное количество бит в транспортном блоке	MIMO	Поддержка 64QAM	Максимальное количество бит в транспортном блоке
		149776 (4×4) 75376 (2×2)
		149776 (4×4) 75376 (2×2)
		149776 (4×4) 75376 (2×2)
		149776 (4×4) 75376 (2×2)
		149776 (4×4,64QAM)195816 (4×4, 256QAM) 75376 (2×2, 64QAM)97896 (2×2, 256QAM)
		195816 (4×4) 97896 (2×2)
		149776 (4×4,64QAM)195816 (4×4, 256QAM) 75376 (2×2, 64QAM)97896 (2×2, 256QAM)
	978960–1051360	149776 (4×4,64QAM)195816 (4×4, 256QAM) 97896 (2×2, 256QAM)

По приведенным выше значениям можно примерно рассчитать максимальную скорость передачи. В нисходящем канале значения максимальной скорости передачи в зависимости от категории мобильной станции будут следующие: 10, 50, 100, 150, 300, 300, 300 Мбит/с и 3 Гбит/с. Для восходящего канала получаются следующие значения: 5, 25, 50, 50, 75, 50, 100 Мбит/с и 1,5 Гбит/с. На рис. 5 приведено распределение скоростей «вниз» и «вверх» по категориям LTE.

Мобильные устройства всех категорий поддерживают работу с каналом шириной до 20 МГц (кроме категории 0) и модуляцию 64QAM (кроме категории 0) в нисходящем канале. Категория 0 вводится специально для MTC (Machine Type Communications). Одно из основных требований в рамках MTC - очень низкое энергопотребление. Отсюда и жесткие ограничения на поддерживаемый набор функций на физическом уровне и размер буфера.

Основной плюс технологии OFDMA заключается в том, что она позволяет бороться при приеме сигнала с негативными эффектами, вызванными многолучевым распространением. Однако этой технологии также присущи и некоторые недостатки. Основные из них состоят в том, что данная технология очень чувствительна к синхронизации по частоте. Сгенерированный OFDMA-сигнал обладает высоким PAPR (Peak to Average Ratio). Это, в свою очередь, сказывается на том, что используемый усилитель сигнала будет работать в нелинейных участках своей характеристики. Поэтому его эффективность будет низкой, что достаточно критично для устройств с ограниченным запасом энергии (мобильных терминалов). Из-за этого в восходящем канале LTE используется другая технология множественного доступа, а именно SC-FDMA. Отличие SC-FDMA от OFDMA заключается в том, что в SC-FDMA используется дополнительная обработка сигнала для снижения PAPR. В SC-FDMA в качестве такой дополнительной обработки сигнала используется преобразование Фурье. В восходящем канале могут использоваться различные виды модуляции: QPSK, 16QAM, 64QAM.

Стандарт LTE также поддерживает технологию передачи MIMO, которая позволяет существенно увеличить пиковую скорость передачи данных и значение спектральной эффективности. Суть технологии MIMO заключается в том, что при передаче и приеме данных используется несколько антенн с каждой стороны. Разные антенны могут передавать одни и те же данные, в этом случае повышается надежность передачи данных, но не скорость передачи. Также разные антенны могут передавать различные потоки данных, при этом увеличивается скорость передачи данных. Максимально в нисходящем канале технологией LTE поддерживается схема 44. Это означает, что на передающей и приемной стороне используется по четыре антенны. В этом случае скорость передачи данных может быть увеличена до четырех раз (в действительности чуть меньше из-за увеличения количества пилотных сигналов).

При использовании технологии MIMO и ширине канала 20 МГц максимальная скорость передачи данных может достигать 300 Мбит/с в нисходящем канале и 170 Мбит/с в восходящем.

На рисунке 5 показано распределение скоростей «вниз» и «вверх» по категориям LTE.

В требованиях к LTE значения спектральной эффективности указаны как 5 бит/с/Гц для нисходящего канала и 2,5 бит/с/Гц для восходящего канала (что соответствует скоростям передачи данных в 100 Мбит/с и 50 Мбит/с). При этом высокие показатели производительности должны поддерживаться для мобильных пользователей, перемещающихся со скоростью до 120 км/ч.

LTE Cat.0, LTE Cat.1

Одно из основных требований к устройству М2М/IoT - низкое энергопотребление. Для реализации этого требования в стандарт LTE были включены требования к абонентским устройствам Cat.0, Cat.1 и LTE NB (Narrow Band).

Теоретически устройства IoT смогут работать в сетях LTE с поддержкой Cat.1 не менее 10 лет от одной батареи. Многие IoT-устройства будут работать без внешней подачи энергии, то есть продолжительность их функционирования станет определяться именно показателями энергопотребления, массовая замена батареек не предусматривается. Экономию энергии обеспечивает поддержка функционала Power Saving Mode. Устройство с таким функционалом находится, в основном, в спящем режиме и включается только тогда, когда это необходимо. Как ожидается, поддержка Power Saving Mode на стороне сетевого оборудования LTE будет стандартизована в 2016 г. В ноябре 2015 г. фирма Ericsson показала работу устройства Cat.1 на базе чипсета Altair FourGee-1160 на сети AT&T с использованием релиза 16A. Это очень перспективное направление, особенно учитывая то, что сети LTE возьмут на себя функции работы с многочисленными устройствами M2M, которые сейчас в большинстве своем работают через сети GSM.

NB-LTE

NB-LTE - узкополосный (Narrow Band) LTE для IoT-приложений - еще одно подмножество стандарта LTE, которое планируется закрепить в 3GPP LTE Rel.13 в начале 2016 г. NB-LTE предназначен для разнообразных IoT-применений, которые отличает низкое потребление трафика. NB-LTE, как ожидается, будут отличать еще более скромные потребности по части ресурсов, нежели LTE Cat.1, Cat.0 и LTE MTC. Ожидаемая спецификация: 180 кГц - полоса частот для UL и DL (для LTE MTC - 1 МГц), в DL используется 15 кГц частот и модуляция OFDMA, 3,75 кГц - защитный интервал, в UL задействован FDMA или GMSK, как опция может быть SC-FDMA. Ожидается улучшенное покрытие в помещениях, возможность обслужить множество устройств с низким потреблением трафика, особенно таких, которые не слишком чувствительны к задержкам. Узкополосность позволяет изготавливать недорогие чипсеты и устройства с очень низким энергопотреблением, что должно обеспечить длительную работу устройств от батарей питания (типа большого серебряно-цинкового элемента или щелочного элемента AAA), вплоть до года или более. Стандарт можно будет внедрить на обычных сетях LTE за счет выделения нескольких ресурсных блоков или за счет использования блоков в защитном диапазоне LTE. В принципе возможно и изолированное развертывание сети NB-LTE в выделенном для этого участке спектра. Стандарту прочат широкое использование, так как, в отличие от различных аналогов, он поддерживается 3GPP. Есть, правда, опасение, что к моменту выхода конечной версии Rel.13 с NB-LTE не успеют, тогда он будет стандартизован в Rel.14. А вот LTE MTC войдет в Rel.13 почти со 100%-й вероятностью. Этот стандарт обеспечивает энергопотребление меньше, нежели Cat.0, а покрытие лучше, чем у Cat.0. Он проигрывает NB-LTE, но зато практически готов к включению в стандарт.

LTE-A (LTE Advanced)

Под LTE Advanced (LTE-A) на сегодня принято понимать набор технологий, стандартизованных в документе 3GPP Rel.10 и последующих релизах. Ключевые функции - агрегация частот (CA), усовершенствованные техники работы с антеннами, доработанные MIMO для увеличения емкости и релейной передачи. Улучшения также включают оптимизацию работы гетерогенных сетей (на предмет наращивания емкости и улучшения управления интерференцией), SRVCC, eMBMS. В Rel.11 появилась также поддержка CoMP, eICIC. LTE-A на сегодня - основной тренд отрасли, практически каждый третий оператор сети LTE в мире инвестирует в испытания или занимается развертыванием поддержки данной технологии.

LTE-A, как ожидается, поможет справиться с активным ростом трафика беспроводных данных, а также будет способствовать повышению средних скоростей в беспроводных сотовых сетях. Это означает также лучшее покрытие, бОльшую стабильность и быстроту сетей. Это означает комплексное улучшение параметров сети передачи данных, а не только увеличение скорости скачивания данных. LTE-A обеспечит для операторов возможность нарастить емкость их сетей, улучшить качество пользовательского опыта, улучшить возможности распределения сетевых ресурсов. Для этого используется целый набор различных технологий, некоторые из которых не являются новыми, но ранее не использовались в единой системе связи.

Ожидается, что LTE-A позволит передавать данные с пиковыми скоростями до 1 Гбит/с по сравнению с 300 Мбит/с для LTE. Агрегация частот обеспечивает возможность предоставлять абонентам более высокие скорости, позволяя загружать данные с использованием одновременно нескольких полос частот. Абонентское устройство в режиме CA принимает и комбинирует одновременно несколько сигналов, например из двух несущих частот или даже из разных диапазонов частот. Комбинировать можно до пяти несущих шириной по 20 МГц каждая, собирая широкий канал для перекачки данных с полосой до 100 МГц. MIMO, как технология множественного ввода/вывода, может увеличивать суммарную скорость передачи данных за счет одновременной передачи сигнала с разделением потока данных между двумя или большим числом антенн. Это позволяет повысить спектральную эффективность передачи информации. Более того, возможно динамическое создание ориентированной на конкретное абонентское устройство синтезированной направленной антенны.

Relay Nodes - способ быстро нарастить покрытие сети в местности, где нет мощных каналов передачи цифровых данных. В этом случае радиоподсистема LTE-A сама выполняет функцию беспроводной опорной сети. Это также возможность размещать маломощные БС на краях соты, чтобы улучшить там покрытие и емкость.

Возможность применения различных технологий передачи данных в сотовой системе связи типа GSM применительно к М2М

Для М2М/IoT, как уже упоминалось ранее (рисунок 2), характерны небольшие объёмы данных, отсутствие требований к высокой скорости передачи, требование низкой латентности канала, высокой энергоэффективности (наличие режима «сна»). Из нетехнических требований желательны минимальная стоимость трафика, высокая доступность сети связи. В таблице 3 приведено сравнение типов связи по нескольким параметрам применительно к потребностям М2М.

Т а б л и ц а 3 . Сравнение параметров типов связи

Тип связи	Доступность	Стоимость трафика	Энергоэффективность (допустим режим «сон»)	Скорость, латентность
	2 (везде, где есть сотовая связь)
	1 (Не везде, даже в Москве и области)
LTE (LTE cat0, cat1, NB)	0 (Есть в некоторых местах страны)

В последней колонке таблицы приведен суммарный рейтинг по каждому типу связи. Как можно видеть, наилучшим типом связи для систем М2М является LTE с его подмножествами Cat.0, Cat.1 и NB, специально предназначенными для дешевой энергоэффективной передачи небольших объёмов данных. По данным операторов, на 2 марта 2016 г. сетями LTE (4G) охвачено более 50% населения в 83 регионах России. В среднем, в каждом регионе действует от двух до трёх операторов LTE - то есть конкуренция существует, что позволяет надеяться на дальнейший рост качества услуги (охват, тарифы, опции).

©Компания «ЕвроМобайл», журнал «Беспроводные технологии», №2, 2016.
Денис Можайков
Сергей Дронский

Вот как нынче принято трактовать развитие проводной и беспроводной телефонии (http://1234g.ru/1g/1-1g ) :

Связь всегда имела большое значение для человечества. Когда встречаются два человека, для общения им достаточно голоса, но при увеличении расстояния между ними возникает потребность в специальных инструментах.

Когда в 1876 году Александр Грэхем Белл изобрел телефон, был сделан значительный шаг, позволивший общаться двум людям, однако для этого им необходимо было находиться рядом со стационарно установленным телефонным аппаратом!

Более ста лет проводные линии были единственной возможностью организации телефонной связи для большинства людей.

Системы радиосвязи, не зависящие от проводов для организации доступа к сети, были разработаны для специальных целей (например, армия, полиция, морской флот и замкнутые сети автомобильной радиосвязи), и, в конце концов, появились системы, позволившие людям общаться по телефону, используя радиосвязь.

Эти системы предназначались главным образом для людей, ездивших на машинах, и стали известны как телефонные системы подвижной связи.

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.

На самом деле праотцом сотовой связи должен считаться Иосиф Виссарионович Сталин, ибо он в годы 2-й Мировой войны осознал значение хорошей и безотказной связи, а после войны повелел обеспечить постоянной телефонной связью всё руководство СССР. Были разработаны мобильные аппараты, возимые в автомобилях и обеспечивавшие телефонную связь с пассажиром движущегося автомобиля.

Казань …

2 еврея …

Развитие сетей сотовой связи происходит непрерывно. Инженеры крупных компаний постоянно разрабатывают новые решения способные повысить скорость и надежность передачи данных.

Каждое новое поколение мобильных технологий связано с существенным увеличением возможностей и с появлением качественно новых сервисов.

Первое поколение (от англ. Generation) 1G было полностью аналоговым и позволяло только осуществлять передачу голоса. Для современного человека аналоговая сотовой связь звучит несколько непривычно. Однако, во времена начала разработок в 1970-х годах о мобильном интернете тоже мало кто задумывался.

Самые распространенные стандарты связи этого поколения — American AMPS, Nordic NMT, EuropeanTACS. Их запуск относится к концу 70-х началу 80-х годов. Сейчас они устарели и не представляют интереса.

Второе поколение мобильной связи 2G стало полностью цифровым. Сюда относятся стандарты GSM, CDMA One, D-AMPS. В России и Европе популярность завоевал стандарт GSM (был принят в 1988 г.). И сегодня сети этого стандарта, вместе с надстройками к нему, имеют самую большую площадь покрытия в мире. Для передачи данных к стандарту GSM была добавлена надстройка GPRS со скоростью передачи данных до 171,2 кбит/с. Данную технологию выделяют в под стандарт 2.5G . Позднее в 2003 году была реализована вторая надстройка 2.75G - EDGE со скоростью до 474 кбит/с. В Америке и Азии популярность получил стандарт CDMAOne. Его эволюция привела к появлению технологии CDMA2000 1X со скоростью до 153 кбит/сек.

Поколение 3G ознаменовано существенным увеличением скорости передачи данных. Мобильные устройства дают возможность не только совершать голосовые вызовы, но и полноценно использовать ресурсы сети Интернет. Европейские стандарты GSM/GPRS/EDGE эволюционируют в UMTS (или WCDMA). В базовом варианте стандарта предусмотрена скорость передачи данных от 384 Кбит/с до 2 Мбит/с. По аналогии с 2G здесь также появляются надстройки, увеличивающие скорость работы. Надстройка HSDPA/HSUPA выделяется в подстандарт 3.5G . Скорость передачи возрастает до 14.4 Мбит/сек. Появление HSPA+ 3.75G , использующего технологию MIMO, позволило добиться скоростей 42.2 Мбит/сек. Американский стандарт CDMA также получат развитие до CDMA EVDO Rev. A с возможностями передачи до 3.1 Мбит/сек и EVDO Rev. B со скоростью до 73.5 Мбит/сек.

Поколение 4G многие, благодаря маркетинговой политике компаний, относят к 2008 году, когда организация 3GGP (Third Generation Partnership Project) утвердила стандарт LTE (Long Term Evolution). Однако официально в 2012г. к сетям 4G отнесли расширенную версию данного стандарта LTE Advanced, а также сети WiMax 2. Сети нового стандарта могут быть реализованы на частотах от 700 МГц до 2.7 ГГц. Новый стандарт обеспечивает предельные скорости передачи данных на уровне 326,4 Мбит/сек в сторону абонента и до 172.8 Мбит/сек в направлении от пользователя к базовой станции. Сейчас абоненты сотовых сетей получают такие возможности, которые ранее могли предоставить только проводные операторы. При этом высокая конкуренция среди операторов не привела к повышению цен на Интернет-услуги при переходе от 3G к 4G.

5G — прорывная технология будущего . Как отмечалось ранее прогресс не стоит на месте и сегодня в разных странах активно ведутся разработки сетей пятого поколения 5G. По заявлениям разработчиков начало тестирования планируется на 2017г., а ожидать появления первых сетей можно к 2020 году. Международные организации по стандартизации ставят целью не только многократное увеличение скорости передачи до 10 Гбит/сек, но и кардинальное повышение надежности сетей нового поколения. Теперь речь будет идти не только о мобильной связи, но и о внедрении технологии в такие ответственные задачи как медицина, энергетика, автомобилестроение. Согласитесь недопустимо прервать соединение во время удаленного проведения операции пациенту.

Концепция поколения 5G

Среди сервисов передача в реальном времени видео Ultra HD с разрешением 3840×2160 на абонентские устройства, передача объемных изображений, использование сервисов социальных сетей, которым еще предстоит появиться. С появлением сетей 5G разработчики планирую буквально изменить мироустройство, подключив к сети Интернет абсолютно все. Вся бытовые приборы будут подключены к сети. Вы сможете удаленно управлять ими и получать информацию о текущем состоянии. Это огромное количество новых устройств (более 50 миллиардов) для сети и обеспечить передачу данных для всех них очень не простая задача. Технически в сетях 5G для повышения скорости и надежности соединения будет использована технология MIMO для абонентский устройств, когда для приема/передачи используется несколько антенн. Также планируется объединение уже существующих сетей сотовой связи LTE с Wi-Fi сетями в общую систему. Сегодня ведутся полномасштабные работы по созданию нового стандарта и мы будем с нетерпением ждать реализации самых невероятных задумок в новом поколении мобильной связи 5G.

Стоит отметить, что для некоторых абонентов проблема доступа к сети не зависимо от ее поколения всегда была острой и насущной. Усиление сотовой связи всегда было задачей над которой работают производители репитеров и компании инсталляторы оборудования. И вместе с появлением сетей нового поколения на рынке сразу появляются репитеры соответствующего стандарта. Используя усилитель сигнала сотовой связи каждый может получить доступ к услугам оператора на своем объекте.

Приглашаю всех высказываться в

Порой это происходит настолько быстро, что сложно бывает разобраться в тонкостях их различий, что особенно важно, если те или иные технические достижения нам приходится использовать на практике. Область мобильной связи – тому яркое подтверждение. , – эти названия постоянно мелькают перед глазами…

Рисунок на тему «Технологии мобильной связи»

Давайте вместе разберёмся с современными технологиями мобильной связи, сосредоточившись на развитии наиболее распространённого в России и в мире стандарта GSM. Надо отметить, что популярностью пользуются и различные версии CDMA (к тому же, GSM-сети третьего поколения очень сильно сближаются с CDMA), но мы сосредоточимся именно на технологиях GSM-сетей.

Коллаж на тему «Технологии мобильной связи».

1G: NMT, AMPS

Стандарты первого поколения (их ещё называют 1G, то есть – 1 Generation) появились почти тридцать лет назад – это NMT-450 (Nordic Mobile Telephone) и AMPS (Advanced Mobile Phone Service). Эти стандарты были аналоговыми и предназначались исключительно для организации голосовой связи.

Первый NMT-телефон от Ericsson

GSM (Global Systems for Mobile Communication) – это стандарт второго поколения. В отличие от стандартов первого поколения GSM передаёт голос не в аналоговом, а в цифровом виде. Это открыло возможность использования его для передачи данных.

Первый GSM-телефон от Ericsson

В частности, GSM может предоставить скорость в 9600 Бит/с. Как оказалось позднее, передача данных с помощью мобильных телефонов весьма актуальна. К тому же, реализация этого процесса в стандарте GSM была далека от совершенства – например, тарификация осуществлялась исходя из времени соединения, а такое использование дорогих мобильных каналов связи нерационально. Это привело к разработке технологий, позволяющих повысить скорость передачи данных и усовершенствовать схемы тарификации.

2,5G: GPRS

Популярную сегодня технологию GPRS (General Packet Radio Service) относят ко второму с половиной (2,5G) поколению сотовой связи, имея в виду то, что GPRS находится как бы на полпути между 2G и 3G.

GPRS позволяет передавать данные на скорости до 171,2 Кбит/с. Реальная скорость обмена данными в GPRS-сетях находится на уровне 30-60 Кбит/с и очень сильно зависит от загрузки сети, так как голосовые данные в GPRS-сетях пользуются приоритетом перед GPRS-трафиком.

Современный аппарат с поддержкой GPRS

То есть, можно сказать, что GPRS-трафик передаётся до тех пор, пока сеть имеет свободные от разговоров абонентов ресурсы. Однако, при этом становится возможной тарификация не за время соединения, а за трафик, то есть если вы скачиваете, например, игру для сотового размером 200 Кб – то вы заплатите за неё одну и ту же сумму независимо от того, скачивалась ли она несколько минут или полчаса.

2,75G: EDGE

Ещё одна технология, которая является очередным шагом от 2G к 3G, называется EDGE (Enhanced Data for Global Evolution). EDGE может существовать в нескольких видах, в частности, нас интересует та его разновидность, которая выступает как расширение стандарта GPRS – то есть EDGE в таком варианте будет называться EGPRS (Enchanged GPRS).

Теоретически EGPRS способен обеспечить пропускную способность более 380 Кбит/с. Поддержка EGPRS не требует серьёзной модификации оборудования оператора, однако, позволяет значительно увеличить скорость передачи данных.

Дальнейшее развитие EDGE заключается в улучшении обработки данных с различными требованиями к качеству передачи данных (QoS – Quality of Service). Поддержка различных уровней QoS позволит максимально приблизить новые реализации EDGE к сетям третьего поколения, в частности, к стандарту UMTS.

Главное требование к сетям третьего поколения, выдвинутое Международным Телекоммуникационным Союзом (ITU), звучит просто: они должны обеспечивать видеосвязь с минимальным разрешением 320х240 (то есть QVGA). Для этого сеть должна поддерживать пропускную способность не менее чем в 384 Кбит/с. Поддержка видеосвязи требует, чтобы сеть предоставила абоненту гарантированное качество сервиса – то есть, начиная сеанс видеосвязи, абонент должен быть уверен, что связь будет надёжной, что ему не придётся слушать обрывки фраз своего собеседника и смотреть на дёргающееся изображение.

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) – это стандарт сотовой связи третьего поколения, который основан на усовершенствованной GSM-сети с применением радиоинтерфейса . WCDMA позволяет передавать данные со скоростью до 2 Мбит/с на небольших расстояниях и обеспечивает до 384 Мбит/с (что соответствует минимальным требованиям к 3G-сетям) на большой удалённости от базовой станции, в том числе – если абонент находится в движении.

Современный UMTS-телефон

Что интересно, развитие сетей третьего поколения в настоящее время идёт достаточно медленно. Дело, видимо, в том, что модификация GSM-сетей для поддержки GPRS и EDGE не требует огромных капиталовложений (но приближает скорости передачи данных к 3G), а так же в том, что наиболее ожидаемая услуга сетей третьего поколения – видеосвязь – оказалась не слишком востребована потребителями. Конечно, 3G-сети развиваются, но 2,5G-сети пока обгоняют их. Сети третьего поколения внедряются и в России –об этом чуть позже, а пока рассмотрим дальнейшее развитие мобильной связи.

HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) – этот стандарт является надстройкой над UMTS-сетями. Теоретически HSDPA способен обеспечить пропускную способность в 14,4 Мбит/с. Пока на практике достигнута скорость в 3,6 Мбит/с, что, учитывая сегодняшние реалии, не так уж и мало. Эту технологию называют переходной между сетями третьего поколения и сетями четвёртого, называя третьим с половиной (3,5G) поколением мобильной связи.

Современный HSDPA-телефон

Достоинство HSDPA заключаются в том, что она способна обеспечить высокую скорость связи даже на максимально возможном удалении от базовой станции. Минус технологии – в том, что высокая скорость доступна лишь для приёма данных, а отправка информации с устройства, поддерживающего HSDPA, осуществляется на скорости, не превышающей 384 Кбит/с. Устранить проблемы HSDPA призвана технология HSUPA – очередной шаг от 3G к 4G.

Сети четвёртого поколения, по стандартам ITU, должны поддерживать скорость передачи данных как минимум в 100 Мбит/с. Причём это – для мобильных устройств. Стационарные 4G-устройства должны общаться с внешним миром на скорости в 1 Гбит/с. Это очень много, но разработчики стандартов исходят из того, что в будущем резко возрастёт объём информации, циркулирующей по мобильным сетям.

В частности, один из стандартов, который поддерживает начальные требования к 4G-сетям (до него будут модернизированы UMTS-системы), называется HSOPA (High Speed OFDM Packet Access). Для HSOPA будет использован полностью новый радиоинтерфейс, несовместимый с WCDMA. Стандарт будет поддерживать 100 Мбит/с для загрузки информации (downlink) и 50 Мбит/с для выгрузки (uplink). Пробные испытания HSOPA планируются на 2007 год.

Сети четвёртого поколения – это дело будущего. Сейчас предлагаю посмотреть на сегодняшний день технологий мобильной связи в России.

Мобильные технологии в России

Сегодня в России развёрнуты преимущественно сети 2,5G – то есть GPRS-сети. GPRS – это реальная альтернатива другим видам доступа в Интернет. Например, если вы пользуетесь обычным модемным доступом с платой за время соединения и при этом хотите без особых затрат быть всегда OnLine (например, в или другой системе обмена сообщениями) – GPRS поможет вам в этом. А если вам нужен Интернет, что называется, всегда и везде – без GPRS так же не обойтись.

В настоящее время можно наблюдать внедрение EDGE – эта технология имеет все шансы стать такой же распространённой популярной, как и GPRS.

23 октября 2006 года на заседании Государственной комиссии по радиочастотам было принято решение о выделении диапазонов частот для создания на территории РФ сетей стандарта UMTS. В итоге нам с вами остаётся лишь ожидать, когда операторы мобильной связи предложат нам новые услуги для 3G-сетей, а продавцы мобильников выложат на прилавки 3G-телефоны.

Всего несколько лет назад технология LTE (Long Term Evolution) была диковинкой, доступной лишь в единичных, наиболее продвинутых, странах. Сегодня ей пользуется большая часть мира, включая Россию, и мы уже начинаем привыкать к возможности спокойно смотреть онлайновое видео в дороге. Но прогресс не стоит на месте. Заглянем за горизонт и представим, каким будет мобильный интернет в ближайшем будущем. Что придет на смену LTE?

Наши помощники

В поиске истины мы были не одни. Проект подготовлен при поддержке технических специалистов компании «ВымпелКом » («Билайн»), которые помогли нам найти необходимую информацию и предоставили интересные факты. Спасибо, ребята. А теперь – ныряем в будущее, начав с недавнего прошлого.

1. Зарождение LTE

Технологии развиваются стремительными темпами, причем в совершенно разных областях человеческой деятельности: в медицине, потребительской электронике, энергетике и, конечно же, в мобильных телекоммуникациях. Сегодня смотреть видео в YouTube на своем смартфоне, находясь где-то посреди города, а то и на даче, и используя для этого мобильную сеть, - вполне нормально и привычно. А ведь какие-то 10 лет назад о такой роскоши мало кто мог мечтать даже на проводном домашнем Интернете. Получить среднюю скорость по воздуху в 5–10 Мбит/с - да легко! Но те же 10 лет назад иметь доступ в Интернет на скорости 256–512 Кбит (в 20 раз меньше) в домашних условиях - это было роскошью, доступной единицам. О мобильном интернете того времени и вспоминать не хочется.

Россия стала одной из первых стран, где стараниями Yota была запущена коммерческая LTE-сеть. Это случилось в 2011 году, но тогда работало всего 11 базовых станций в окрестностях Москвы, и о каком-то массовом внедрении технологии говорить было рано. Количество смартфонов с поддержкой LTE на российском рынке тогда стремилось к нулю. А вот в 2014 году состоялся уже полномасштабный запуск мобильных сетей четвертого поколения с участием операторов Большой тройки. Даже в сравнении с весьма шустрым 3G и HSPA+, новая технология продемонстрировала чудеса скорости, и, казалось бы, большего и не надо. Тем не менее уже сейчас происходит разработка и планомерное внедрение еще более продвинутых мобильных технологий, о которых и поговорим ниже.

2. Ближайшее будущее. LTE-Advanced

Как-то мы привыкли воспринимать LTE в качестве 4G-стандарта, то есть это якобы мобильные сети четвертого поколения, что не совсем правда. Виной тому реклама. На самом деле по своим скоростным характеристикам данный стандарт не дотягивает до технических требований, которые консорциум 3GPP и Международный союз электросвязи (МСЭ, ITU) приняли для нового поколения сотовой связи. Но внушительное маркетинговое давление и улучшения, которые внесли HSPA+, LTE и уже забытая WiMAX вынудили МСЭ дать разрешение на маркировку упомянутых технологий как 4G (да-да HSPA+ - это тоже 4G). Но все-таки правильней LTE было бы называть поколением 3,5G, а вот LTE-Advanced уже полноценно удовлетворяет требованиям ответственных организаций и действительно является стандартом 4G. Но чтобы не было путаницы, его называют True 4G (Настоящий 4G) и именно эта технология в самое ближайшее время массово придет на смену LTE.

Для начала, давайте рассмотрим скоростные характеристики LTE-Advanced в сравнении с LTE. Последняя в радиоусловиях, близких к идеальным, позволяет достигать пиковых скоростей в 150 Мбит/с, на практике в городских условиях это почти всегда до 50 Мбит/с , что тоже круто. К сожалению, пиковая скорость для LTE весьма редкое явление в нашем мире, и чем больше будет количество абонентов в сети, тем дальше реальные скорости будут от пиковых. В свою очередь скорость загрузки данных в сети LTE-Advanced может достигать в пике и 1 Гбит/с (во время демонстрационных испытаний достигалась реальная скорость в 450 Мбит/с), хотя в реальности не стоит рассчитывать более чем на 100 Мбит/с, да больше пока и не надо.

Важнее тот факт, что рассматриваемая технология позволяет более эффективно использовать сотовую сеть и оперативно наращивать ее пропускную способность массой способов, включая применение фемтосот и пикосот. То есть, операторы смогут легко и довольно быстро улучшить качество работы своих сетей, используя уже существующие мощности и дополняя их недорогими базовыми станциями. Все оборудование уже доступно и досконально изучено.

Технически LTE-Advanced нельзя назвать чем-то совершенно новым, так как, по сути, в этой инициативе объединено несколько технологий, доступных на рынке уже несколько лет:

• Carrier Aggregation - объединение несущих.
• Coordinated Multipoint позволяет устройству подключаться одновременно к нескольким базовым станциям и повышать скорость передачи за счет скачивания или загрузки данных в несколько потоков.
• Enhanced MIMO - использование нескольких приемных и нескольких передающих антенн. В данном случае это поддержка MIMO 8×8 в нисходящем канале (от базовой станции к мобильным станциям) и MIMO 4×4 в восходящем канале (от мобильной станции к базовой станции).
• Relay Nodes - поддержка узлов ретрансляции. Они позволяют эффективно закрыть «дырки» в покрытии и улучшить радиоусловия для пользователей, находящихся на границах соты.

Все вместе эти технологии позволяют повысить скорость мобильного интернета, улучшить стабильность соединения и, вообще, сделать работу в Сети значительно комфортнее, включая условия, когда вы перемещаетесь на большой скорости (например, в автомобиле, автобусе или в поезде). Последний нюанс является очень серьезным ограничением для 3G-сетей, так как сильно снижает качество связи. Кроме того, LTE-Advanced обеспечивает минимальные задержки при передаче пакетов, вплоть до 5 мс . То есть вы можете через мобильную сеть комфортно играть в онлайновые игры.

Что касается передачи голоса, то, как и в случае с LTE, есть возможность работать в режиме VoIP или параллельно использовать для этого сети 2G/3G. Именно последний вариант прижился в России, хотя ведутся работы для перехода на более продвинутый VoLTE (то есть VoIP).

Основная причина для быстрого внедрения LTE-Advanced - это возможность использования существующих сетей и оборудования для развертывания True 4G. Более того, Yota первой в мире запустила эту технологию на коммерческой сети, что произошло еще в 2012 году. В работу было вовлечено 12 базовых станций, что, конечно, не смогло обеспечить пользователей преимуществами технологии. В феврале 2014 года МегаФон запустил сеть LTE-Advanced в пределах Садового кольца Москвы, объединив полосы в одном диапазоне, что хорошо влияет на увеличение максимально возможной скорости, но слабо отражается на опыте пользователя (эти максимальные скорости остаются доступными только в условных 30 метрах от БС). А в августе того же года оперативно сработал Билайн и запустил в Москве сеть LTE, объединяющую полосы из 2х диапазонов - Band 7 (2,6 ГГц) и Band 20 (800 МГц) - с максимальной скоростью до 115 Мбит/с в направлении к абоненту (это около 14 Мбайт/с - как дома на проводе). Объединение в один канал полос из высокого и низкого диапазонов является идеальным проявлением LTE-Advanced: позволяет сочетать высокие скорости с хорошим покрытием. Именно возможность объединения и одновременного использования нескольких частот лежит в основе рассматриваемой технологии. Сейчас на практике это возможно для 2 или 3 диапазонов, в будущем оператор сможет объединять все свои имеющиеся частоты для организации канала связи с одним абонентом.

Сети LTE-Advanced активно разворачиваются уже сегодня и их возможностей должно хватить надолго. Фактически задача операторов сейчас - не сбавлять темп, наращивать парк оборудования, повышать качество предоставляемых услуг и расширять покрытие своих сетей. При достаточно высокой плотности базовых станций LTE-Advanced вполне сможет заменить проводной домашний Интернет, и это дело ближайшего будущего.

Хотя, это будущее уже доступно в крупнейших городах России . В частности, вот как Билайн прокомментировал внедрение LTE-Advanced и развитие мобильных технологий в России в целом:

На сегодняшний день одна из технологий LTE-А – Carrier Aggregation (объединение несущих) доступна в сети Билайн на всей территории Москвы. И наши клиенты-обладатели смартфонов с поддержкой 4G+, уже активно ее используют. Однако LTE-A - это не только объединение частотных полос. Перспективы развития этого направления для нашей компании гораздо масштабнее! Наши сети уже сегодня готовы к запуску практически всех технологий, относящихся к LTE-A, осталось лишь дождаться появления на рынке абонентских устройств с их поддержкой.

Стоит заметить, что развитие этой технологии происходит параллельно с дальнейшим наращиванием мощности в сетях 3G и 4G. В 2014 году количество LTE-станций только в Москве увеличилось в 2,7 раза! Сеть 3G не только продолжает строиться, но и модернизируется. К примеру, DC-НSPA+ - это уже 42 Мбит/с, а не 3 или 7Мбит/с, как было несколько лет назад.

Если говорить о внедрении LTE в других регионах России , то ситуация несколько сложнее, чем в Москве, но компании работают и в этом направлении. Специалисты видят ситуацию следующим образом:

Как правило, распространение таких технологий зависит от двух важных факторов: наличие абонентских устройств, поддерживающих LTE-A российских частот, и непосредственно самих свободных частот. На данный момент российский рынок гаджетов не может похвастаться широкой линейкой смартфонов с поддержкой LTE-А, проще говоря, количество таких моделей можно пересчитать по пальцам. С другой стороны, есть и проблема наличия подходящих частот. Carrier Aggregation в идеальном виде - это объединение всех частот оператора. Однако частотами могут пользоваться военные и авиация. Поэтому запуск технологии LTE-A в других регионах зависит от мероприятий по освобождению частот. В настоящий момент технология работает на уже свободных частотах 800 диапазона в Москве.

К слову, само название технологии Long Term Evolution переводится как «Долговременная эволюция », так что стандарт изначально разрабатывался на годы вперед, но человек не стоит на месте, и рано или поздно придут новые технологии, которые изменят мир. О них поговорим ниже.

3. Следующий шаг, революционный

Следует ли нам ожидать в ближайшем будущем какого-то революционного прорыва в технологиях мобильной передачи данных? Например, отказа от традиционной архитектуры телеком-сетей, основы которой были заложены еще при разработке стандартов первых поколений (NMT, GSM)? Возможно, такой скачок произойдет после 2020 года с приходом мобильных сетей пятого поколения.

Пока об этом мало что известно, ведь сегодня мы наблюдаем лишь зарождение тех технологий, что лягут в основу будущего мобильного интернета. Даже официального стандарта 5G все еще не существует. Тем не менее, уже есть несколько направлений, в которых будут развиваться будущие мобильные сети. Их и обсудим.

Что нам даст 5G? В первую очередь - это очередной скачок в скорости обмена данными , как минимум, на порядок. Кроме того, снизятся задержки при обработке запросов и значительно увеличится емкость сети (большее количество подключений и увеличенный объем передачи данных даже в рамках одной базовой станции).

Второй важный момент - фокусирование на абоненте, а не на базовых станциях. Сегодня если человек видит слабый сигнал сети, то он пытается переместиться поближе к базовой станции, чтобы повысить качество связи. А при максимально хорошем сигнале и минимальной нагрузке на Сеть пользователь все равно не получит максимум возможной скорости, а лишь некий усредненный вариант. Все дело в ограничениях технологии, которая не предполагает индивидуализацию абонентов. В сетях 5G ожидается применение так называемых умных антенн, способных менять диаграмму направленности в зависимости от потребностей абонентов в конкретных условиях. При минимуме абонентов данные к ним будут направляться по узконаправленному каналу, что повысит скорость передачи данных.

Дальнейшее развитие получит и технология MIMO . Сейчас в сетях LTE в основном используются конфигурации 2×2, то есть две антенны на передачу данных на базовой станции и две на прием на абонентском устройстве. В сетях 5G их количество планируется значительно увеличить для повышения скорости обмена данными. Другой способ сделать это – увеличить ширину частотного канала. Поскольку в используемых сейчас диапазонах частот операторам уже “тесно” (даже 20 МГц непрерывного спектра – это роскошь), необходим переход в более высокие диапазоны – вплоть до миллиметровых волн (30 ГГц и выше). Правда нужно помнить, что с увеличением рабочей частоты из-за особенностей распространения радиоволн уменьшается дальность связи, что может наложить ряд ограничений (уменьшается размер соты). С другой стороны, совсем нет необходимости делать сплошное покрытие во всех диапазонах.

Естественно, новые мобильные сети - это не только банальное наращивание пропускной способности и скоростей, но и эффективное использование доступных ресурсов. Например, реализация концепции device-to-device (устройство-к-устроству). Знакома ситуация, когда люди находятся друг от друга на небольшом расстоянии, допустим, 10–20 метров, и при этом приходится общаться по телефону или же передавать данные через сотовую сеть. Упомянутая концепция предполагает взаимодействие устройств напрямую, а через Сеть будет проходить лишь тарификация вызовов, что сильно разгрузит базовые станции.

Безопасность для здоровья человека и энергетическая эффективность тоже являются важными элементами будущих сетей, но это уже детали.

Что из 5G мы уже имеем сегодня ? Огромную скорость передачи данных, которая пока достигается лишь в лабораторных условиях, но с этого начинались и все предшествующие стандарты. Так Samsung Electronics активно развивает собственный стандарт 5G, в рамках которого она добилась скорости передачи данных в 7,5 Гбит/с (940 МБ/сек) при стационарном соединении и 1,2 Гбит/с (150 МБ/с) в автомобиле, передвигающемся со скоростью 150 км/ч .

В мобильной сети пятого поколения корейская компания использует частоту 28 ГГц , причем данное направление она развивает уже несколько лет. Первая публичная демонстрация состоялась в 2013 году, и тогда Samsung показала результат беспроводной передачи данных в сети 5G на уровне 1 Гбит/с - это был рекорд, который сейчас ей же и превзойден в 7,5 раз.

Не отстает от азиатов и Европа, в частности, компания Ericsson уже разработала ряд технологий, которые будут востребованы в будущих мобильных сетях. Речь о 5G-LTE Dual Connectivity и 5G Multipoint Connectivity . Первая позволяет устройству устанавливать связь с сетями LTE и 5G в режиме разовой коммутации для реализации бесшовного перехода между ними. Это важно для поддержки разны частотных спектров и эффективной одновременной работы двух стандартов. Учитывая потенциально небольшой размер сот 5G, не стоит рассчитывать на глобальное покрытие такими сетями в первые несколько лет их существования. Вот тут и пригодятся возможности бесшовной работы двух стандартов одновременно.

Что касается 5G Multipoint Connectivity , то это уже одна из технологий только для нового стандарта. Она позволяет устройству подключаться одновременно к двум базовым станциям и повышать скорость передачи за счет скачивания данных в несколько потоков. Дело в том, что возможность наращивания мощности сетей за счет добавления разных типов базовых станций в случае с 5G будет использоваться еще более активно, чем в LTE-Advanced и 5G Multipoint Connectivity может стать ключевой технологией для повышения скорости обмена данными.

К сожалению, Samsung и Ericsson тянут одеяло каждый в свою сторону и используют разные технологии для передачи данных. У европейцев это базовые станции, работающие на частоте 15 ГГц . Пока Ericsson смогла добиться в лабораторных условиях пиковой скорости 5 Гбит/с в рабочей сети 5G.

А ведь есть еще китайская Huawei со своим собственным решением, но она пока по этому поводу не распространяется. В общем, в текущий момент мы вновь имеем несколько потенциальных стандартов 5G, которые в будущем могут лишь усложнить жизнь потребителями и производителям конечных устройств, если будут внедряться одновременно. С другой стороны, некоторые технологии нового поколения могут быть обкатаны на уже существующих сетях или же будут в них внедрены в ближайшем будущем. Более того, Россия тоже принимает в развитии 5G активное участие :

«ВымпелКом» на уровне группы компаний VimpelCom Ltd. активно участвует в формировании рекомендаций к стандартам сетей 5G в рамках NGMN и сотрудничает с основными поставщиками сетевого оборудования в этом направлении. О строительстве сетей 5G говорить еще преждевременно, так еще очень много открытых вопросов со стандартизацией. Но о внедрении в существующие сети элементов и механизмов, которые будут использоваться в сетях 5G, уже можно смело говорить. В частности, агрегация несущих из разных диапазонов и некоторые другие функции, которые будут являться основой сетей 5G, - это уже реальность для «ВымпелКома».
Комментарий специалистов Билайн

Но хотелось бы какой-то глобализации и в этом направлении работает глава Tesla и эксцентричный миллиардер сэр Ричард Брэнсон . Они друг другу конкуренты, причем разработка Маска выглядит более перспективной в рамках рассматриваемой темы.

4. Глобальный Интернет

Брэнсон и его проект OneWeb предполагает запуск 700 спутников на низкую орбиту (1200 км) для обеспечения Интернетом труднодоступных мест на планете и стран третьего мира, в которых проблематично развивать традиционные мобильные и оптоволоконные сети. В целом же речь идет о глобальном доступе в Сеть, который можно будет использовать и в дремучих джунглях Амазонки, и на высоте тысяч метров над уровнем моря в горах, и на борту любых самолетов. Если проект стартует удачно, то количество спутников может быть увеличено до 2400. Правда, о технологиях, которые будут использоваться для обмена данными, Брэнсон не упоминает, но и тянуть резину с проектом он не намерен. Так что это могут быть уже имеющиеся наработки LTE-Advanced. В текущий момент бюджет проекта определен на уровне $2 млрд .

В свою очередь Илон Маск никуда не спешит и заявляет, что его аналогичная затея стартует не ранее 2020 года, а вложить в нее он намерен не менее $10 млрд . Идея такая же - окутать планету сетью из находящихся на низкой орбите спутников, но глава Tesla и SpaseX сразу говорит о глобальном Интернете, а не о покрытии Сетью труднодоступных мест. Кроме того, основная цель проекта - это обеспечение связью будущего марсианского города и заработок денег на его развитие. Да, Маск на мелочи не разменивается. Если уж делать электрмобиль - то лучший в мире. Если создавать космические корабли, то сразу многоразовые и для путешествия на Марс.

Так вот, учитывая все сказанное выше, стоит рассчитывать на применение в спутниках Маска новейших телекоммуникационных технологий и вот они вполне могут стать основой для будущей глобальной Интернет-системы планеты.

Сегодня, когда мир стремится к глобализации, а Интернет виртуализирует многие процессы, еще совсем недавно доступные только в городах-миллионниках, этот вопрос [глобализации] особенно актуален. Технологии способны не только развивать бизнес и способствовать развитию общения. Их роль гораздо масштабнее. И одна из составляющих - социальная.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Факультет ПММ Кафедра ВМиМ

Специальность (направление) ИСТ

Мобильные технологии

Выполнила:

Студентка группы ИСТ-12

Идогова Е.А.

Проверил:

Преподаватель

Горохов А.Ю.

Пермь 2015г.

Введение

интернет смартфон мобильный связь

Мобильные технологии обеспечивают практически любые нужды современного пользователя мобильных устройств: от чтения новостей по различным тематикам, просмотра видео, прямых эфиров и эксклюзивных трансляций, рыночной информации до социального общения, обмена пользовательским фото и видео, создания собственного контента.

Актуальность темы

Благодаря техническому прогрессу, чуть ли не ежедневно появляется масса новейших разработок в области мобильных технологий. Иногда это происходит так быстро, что порой бывает сложно уследить за всеми новыми технологиями. Мобильные новинки распространяются невероятно быстрыми темпами и чтобы не отставать от них, нужно отслеживать их появление и своевременно осваивать. Так как с каждым разом появляется всё больше возможностей и то, на что раньше уходило много времени, сейчас делается в считанные минуты, а это так важно в ритме современного мира

Проблемные вопросы:

· Чего ожидать в будущем от мобильных новинок?

· Насколько они будут безопасны и функциональны?

· Почему новинки в сфере мобильных информационных технологий имеют высокую востребованность?

1. Основные направления в области мобильных технологий

На сегодняшний день, к мобильным информационным технологиям можно отнести:

· GSM и UMTS - это стандарты связи,

· WAP - протокол, по которому можно получить доступ в Интернет с мобильного телефона,

· GPRS и EDGE - технологии передачи данных,

· Wi-Fi - мобильные беспроводные сети Интернет,

· GPS - спутниковая система навигации,

· WiMAX - телекоммуникационная технология мобильной связи, работающая по принципу Wi-Fi и позволяющая получить доступ в Интернет

· Также вперед выходит новое поколение связи - сеть 4G.

GSM (от названия группы Groupe Spйcial Mobile, позже переименован в Global System for Mobile Communications) (русск.СПС-900) -- глобальный стандарт цифровой мобильной сотовой связи, с разделением каналов по времени (TDMA) и частоте (FDMA). Разработан под эгидой Европейского института стандартизации электросвязи (ETSI) в конце 1980-х годов.

GSM относится к сетям второго поколения (2 Generation) (1G -- аналоговая сотовая связь, 2G -- цифровая сотовая связь, 3G -- широкополосная цифровая сотовая связь, коммутируемая многоцелевыми компьютерными сетями, в том числе Интернет).

Мобильные телефоны выпускаются с поддержкой 4 частот: 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 1900 МГц.

В зависимости от количества диапазонов, телефоны подразделяются на классы и вариацию частот в зависимости от региона использования.

* Однодиапазонные -- телефон может работать в одной полосе частот. В настоящее время не выпускаются, но существует возможность ручного выбора определённого диапазона частот в некоторых моделях телефонов, например Motorola C115, или с помощью инженерного меню телефона.

* Двухдиапазонные (Dual Band) -- для Европы, Азии, Африки, Австралии 900/1800 и 850/1900 для Америки и Канады.

* Трёхдиапазонные (Tri Band) -- для Европы, Азии, Африки, Австралии 900/1800/1900 и 850/1800/1900 для Америки и Канады.

* Четырехдиапазонные (Quad Band) -- поддерживают все диапазоны 850/900/1800/1900.

В стандарте GSM применяется GMSK-модуляция с величиной нормированной полосы ВТ -- 0,3, где В -- ширина полосы фильтра по уровню минус 3 дБ, Т -- длительность одного бита цифрового сообщения.

GSM на сегодняшний день является наиболее распространённым стандартом связи. По данным ассоциации GSM (GSMA) на данный стандарт приходится 82 % мирового рынка мобильной связи, 29 % населения земного шара использует глобальные технологии GSM. В GSMA в настоящее время входят операторы более чем 210 стран и территорий.

UMTS (англ. Universal Mobile Telecommunications System -- Универсальная Мобильная Телекоммуникационная Система) -- технология сотовой связи, разработана Европейским Институтом Стандартов Телекоммуникаций (ETSI) для внедрения 3G в Европе. В качестве способа передачи данных через воздушное пространство используется технология W-CDMA, стандартизованная в соответствии с проектом 3GPP ответ европейских учёных и производителей на требование IMT-2000, опубликованное Международным союзом электросвязи как набор минимальных критериев сети сотовой связи третьего поколения.

С целью отличия от конкурирующих решений UMTS также часто называют 3GSM с целью подчеркнуть принадлежность технологии к сетям 3G и его преемственность в разработках с сетями стандарта GSM.

Wireless Application Protocol (WAP) (англ. Wireless Application Protocol -- беспроводной протокол передачи данных). Протокол создан специально для сетей GSM, где нужно устанавливать связь портативных устройств (мобильный телефон, КПК, пейджеры, устройства двусторонней радиосвязи, смартфоны, и другие терминалы) с сетью Интернет. WAP возник в результате слияния двух сетевых технологий: беспроводной цифровой передачи данных и сети Интернет. С помощью WAP пользователь мобильного устройства может загружать из сети Интернет любые цифровые данные. Параллельно с WAP, для возможности отображать мобильный контент на монохромных (а позже и четырёх- и восьмицветовых) экранах мобильных устройств, был создан WML по стилю написания похожий на HTML, но гораздо более облегчённый и специализированный для мобильных устройств c низким уровнем поддерживаемых технологий.

GPRS (англ. General Packet Radio Service -- «пакетная радиосвязь общего пользования») -- надстройка над технологией мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных. GPRS позволяет пользователю сети сотовой связи производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями, в том числе Интернет. GPRS предполагает тарификацию по объёму переданной/полученной информации, а не по времени, проведённомуонлайн.

При использовании GPRS информация собирается в пакеты и передаётся через неиспользуемые в данный момент голосовые каналы. Такая технология предполагает более эффективное использование ресурсов сети GSM. При этом, что именно является приоритетом передачи -- голосовой трафик или передача данных -- выбирается оператором связи. Федеральная тройка в России использует безусловный приоритет голосового трафика перед данными, поэтому скорость передачи зависит не только от возможностей оборудования, но и от загрузки сети. Возможность использования сразу нескольких каналов обеспечивает достаточно высокие скорости передачи данных, теоретический максимум при всех занятых таймслотах TDMA составляет 171,2 кбит/c. Существуют различные классы GPRS, различающиеся скоростью передачи данных и возможностью совмещения передачи данных с одновременным голосовым вызовом.

Передача данных разделяется по направлениям «вниз» (downlink; DL) -- от сети к абоненту, и «вверх» (uplink, UL) -- от абонента к сети. Мобильные терминалы разделяются на классы по количеству одновременно используемых таймслотов для передачи и приёма данных. Современные телефоны (июнь 2006) поддерживают до 4-х таймслотов одновременно для приёма по линии «вниз» (то есть могут принимать 85 кбит/с по кодовой схеме CS-4), и до 2-х для передачи по линии «вверх» (class 10 или 4+2 всего 5). Новейшие телефоны (февраль 2009) поддерживают class 12 (или 4+4, всего 5).

Абоненту, подключенному к GPRS, предоставляется виртуальный канал, который на время передачи пакета становится реальным, а в остальное время используется для передачи пакетов других пользователей. Поскольку один канал могут использовать несколько абонентов, возможно возникновение очереди на передачу пакетов, и, как следствие, задержка связи. Например, современная версия программного обеспечения контроллеров базовых станций допускает одновременное использование одного таймслота шестнадцатью абонентами в разное время и до 5 (из 8) таймслотов на частоте, итого - до 80 абонентов, пользующихся GPRS на одном канале связи (средняя максимальная скорость при этом 21,4*5/80 = 1,3 кбит/с на абонента). Другой крайний случай - пакетирование таймслотов в один непрерывный с вытеснением голосовых абонентов на другие частоты (при наличии таковых и с учётом приоритета). При этом телефон, работающий в режиме GPRS, принимает все пакеты на одной частоте и не тратит времени на переключения. В этом случае скорость передачи данных достигает максимально возможной, как и описано выше, 4+2 таймслота(class 10) или 4+4 (class 12).

Технология GPRS использует GMSK-модуляцию. В зависимости от качества радиосигнала, данные, пересылаемые по радиоэфиру, кодируются по одной из 4-хкодовых схем (CS1--CS4). Каждая кодовая схема характеризуется избыточностью кодирования и помехоустойчивостью, и выбирается автоматически в зависимости от качества радиосигнала. По той же схеме и используя то же самое оборудование, работает и технология EDGE. Но внутри таймслота EDGE используется другая, более плотная, упаковка информации (модуляция 8PSK).

· EDGE (EGPRS) (англ. Enhanced Data rates for GSM Evolution) -- цифровая технология беспроводной передачи данных для мобильной связи, которая функционирует как надстройка над 2G и 2.5G (GPRS)-сетями. Эта технология работает в TDMA- и GSM-сетях. Для поддержки EDGE в сети GSM требуются определённые модификации и усовершенствования. EDGE был впервые представлен в 2003 году в Северной Америке.

· В дополнение к GMSK (англ. Gaussian minimum-shift keying) EDGE использует модуляцию 8PSK (англ. 8 Phase Shift Keying) для пяти из девяти кодовых схем (MCS). EDGE получает 3-битовое слово за каждое изменение фазы несущей. Это эффективно (в среднем в 3 раза, в сравнении с GPRS) увеличивает общую скорость, предоставляемую GSM. EDGE, как и GPRS, использует адаптивный алгоритм изменения подстройки модуляции и кодовой схемы (MCS) в соответствии с качеством радиоканала, что влияет, соответственно, на скорость и устойчивость передачи данных. Кроме того, EDGE представляет новую технологию, которой не было в GPRS -- Incremental Redundancy (нарастающая избыточность) -- в соответствии с которой вместо повторной отсылки повреждённых пакетов отсылается дополнительная избыточная информация, которая накапливается в приёмнике. Это увеличивает возможность правильного декодирования повреждённого пакета.

· EDGE обеспечивает передачу данных со скоростью до 474 кбит/с в режиме пакетной коммутации (8 тайм-слотов x 59,2 кбит на схеме кодирования MCS-9) соответствуя, таким образом, требованиям ITU к сетям 3G. Данная технология была принята ITU как часть семейства IMT-2000 стандартов 3G. Она также расширяет технологию передачи данных с коммутацией каналов HSCSD, увеличивая пропускную способность этого сервиса.

· Варианты EDGE:

· ECSD -- по каналу CSD

· EHSCSD -- по каналу HSCSD

· EGPRS -- по каналу GPRS

· Несмотря на то, что EDGE не требует аппаратных изменений в NSS-части GSM-сети, модернизации должна быть подвергнута подсистема базовых станций (BSS) -- необходимо установить трансиверы, поддерживающие EDGE (8PSK-модуляцию) и обновить их программное обеспечение. Также требуются и сами телефоны, обеспечивающие аппаратную и программную поддержку модуляции и кодовых схем, используемых в EDGE (первый сотовый телефон, поддерживающий EDGE (Nokia 6200) был выпущен в 2002 году).

· Wi-Fi -- торговая марка Wi-Fi Alliance для беспроводных сетей на базе стандарта IEEE 802.11. Под аббревиатурой Wi-Fi (от английского словосочетания Wireless Fidelity, которое можно дословно перевести как «беспроводное качество» или «беспроводная точность») в настоящее время развивается целое семейство стандартов передачи цифровых потоков данных по радиоканалам.

· Любое оборудование, соответствующее стандарту IEEE 802.11, может быть протестировано в Wi-Fi Alliance и получить соответствующий сертификат и право нанесения логотипа Wi-Fi.

· Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка (Ad-hoc), когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID (англ.)русск.) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0,1 Мбит/с -- наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения. Более подробно принцип работы описан в официальном тексте стандарта.

· Однако, стандарт не описывает всех аспектов построения беспроводных локальных сетей Wi-Fi. Поэтому каждый производитель оборудования решает эту задачу по-своему, применяя те подходы, которые он считает наилучшими с той или иной точки зрения. Поэтому возникает необходимость классификации способов построения беспроводных локальных сетей.

· По способу объединения точек доступа в единую систему можно выделить:

· Автономные точки доступа (называются также самостоятельные, децентрализованные, умные)

· Точки доступа, работающие под управлением контроллера (называются также «легковесные», централизованные)

· Бесконтроллерные, но не автономные (управляемые без контроллера)

· По способу организации и управления радиоканалами можно выделить беспроводные локальные сети:

· Со статическими настройками радиоканалов

· С динамическими (адаптивными) настройками радиоканалов

· Со «слоистой» или многослойной структурой радиоканалов

GPS (англ. Global Positioning System -- система глобального позиционирования, читается Джи Пи Эс) -- спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположениe во всемирной системе координат WGS 84. Позволяет в любом месте Земли (исключая приполярные области), почти при любой погоде, а также в околоземном космическом пространстве определять местоположение и скорость объектов. Система разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США, при этом в настоящее время доступна для использования для гражданских целей -- нужен только навигатор или другой аппарат (например, смартфон) с GPS-приёмником.

GPS состоит из трёх основных сегментов: космического, управляющего и пользовательского. Спутники GPS транслируют сигнал из космоса, и все приёмники GPS используют этот сигнал для вычисления своего положения в пространстве по трём координатам в режиме реального времени.

Космический сегмент состоит из 32 спутников, вращающихся на средней орбите Земли.

По состоянию на 1 июня 2014 года используются по целевому назначению лишь 29 КА. На этапе ввода в систему 1 КА, выведены на техобслуживание 2 КА.

Управляющий сегмент представляет собой главную управляющую станцию и несколько дополнительных станций, а также наземные антенны и станции мониторинга, ресурсы некоторых из упомянутых являются общими с другими проектами.

Пользовательский сегмент представлен приемниками GPS, находящихся в ведении государственных институтов, и сотнями миллионов устройств, владельцами которых являются обычные пользователи.

WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) -- телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16, который также называют Wireless MAN (WiMAX следует считать жаргонным названием, так как это не технология, а название форума, на котором Wireless MAN и был согласован).

Название «WiMAX» было создано WiMAX Forum -- организацией, которая была основана в июне 2001 года с целью продвижения и развития технологии WiMAX. Форум описывает WiMAX как «основанную на стандарте технологию, предоставляющую высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL». Максимальная скорость -- до 1 Гбит/сек на ячейку.

4G (от англ. fourth generation -- четвёртое поколение) -- поколение мобильной связи с повышенными требованиями. К четвёртому поколению принято относить перспективные технологии, позволяющие осуществлять передачу данных со скоростью, превышающей 100 Мбит/с - подвижным и 1 Гбит/с - стационарным абонентам. Для сравнения, в сетях 3G, которые на данный момент развернуты большей частью в Азии, США и Европе, скорость передачи данных составляет от 7 до 14 Мбит/с.

Технологии LTE Advanced (LTE-A) и WiMAX 2 (WMAN-Advanced, IEEE 802.16m) были официально признаны беспроводными стандартами связи четвёртого поколения 4G (IMT-Advanced) Международным союзом электросвязи на конференции в Женеве в 2012 году.

Мобильные устройства:

* Смартфоны

* Планшеты

* Ноутбуки

* Умные часы и прочее

Смартфон (англ. smartphone -- умный телефон) -- телефон, дополненный функциональностью персонального компьютера.

Хотя в мобильных телефонах практически всегда были дополнительные функции (калькулятор, календарь), со временем выпускались все более и более интеллектуальные модели, для подчеркивания возросшего функционала и вычислительной мощности таких моделей ввели термин «смартфон». В эру роста популярности КПК стали выпускаться КПК с функциями мобильного телефона, такие устройства были названы коммуникаторами. В настоящее время разделение на смартфоны и коммуникаторы не актуально, оба термина обозначают одно и то же.

Смартфоны отличаются от обычных мобильных телефонов наличием достаточно развитой операционной системы, открытой для разработки программного обеспечения сторонними разработчиками (операционная система обычных мобильных телефонов закрыта для сторонних разработчиков). Установка дополнительных приложений позволяет значительно улучшить функциональность смартфонов по сравнению с обычными мобильными телефонами.

2. Ведущие компании

Моряки называют флагманом корабль, на котором находится адмирал, ведущий за собой эскадру. В мире мобильных технологий слово «флагман» имеет примерно то же значение: так называют наиболее «продвинутый» смартфон, в котором используются лучшие наработки производителя. Такие модели предлагают владельцам максимум возможностей, задают ориентиры, на которые равняются другие компании. О флагманских смартфонах известных брендов начинают говорить задолго до того, как они появятся в продаже.

Samsung Galaxy S6 edge Этот аппарат, изготовленный из металла и закаленного стекла, является первым в мире смартфоном, экран которого изогнут с обеих сторон. Изогнутый экран обеспечивает владельцу новые возможности, в том числе боковую световую индикацию при получении новых вызовов и сообщений. Все флагманы Samsung оснащены восьмиядерным процессором Exynos, 3 ГБ оперативной памяти, лучшим в индустрии Super AMOLED-экраном.

Sony Xperia Z3Смартфон надежно защищен от воды и пыли, с ним можно плавать в бассейне, принимать душ, даже нырять, пользуясь при этом отличной камерой. Также нужно отметить высокую производительность и достойную автономность - аппарат способен проработать пару дней без подзарядки.

HTC One M9 Полезные инструменты из HTC Eye Experience - снимать двумя камерами одновременно и делать селфи при помощи голосовых команд, а еще использовать фильтры для ретуши до момента съемки. За защиту объектива премиального смартфона отвечает сверхнадежное сапфировое стекло.

LG G3 Dual LTEМодель оснащена отличной камерой с лазерной фокусировкой.

Apple iPhone 6 PlusМощный процессор не только эффективно и быстро решает любые задачи, но и благодаря встроенному сопроцессору движения способен выполнять фитнес-функции - следить за скоростью движения и пройденным расстоянием. Дополняют этот список высокотехнологичный дисплей Retina, обеспечивающий великолепное изображение, и камера с быстрым автофокусом и оптической стабилизацией. Apple iPhone 6. Встроенный в кнопку «Домой» датчик отпечатка пальца гарантирует высочайший уровень безопасности, а также позволяет совершать покупки в iTunes и AppStore.

YotaPhone 2Особенность этого смартфона заключается в том, что у него два экрана: традиционный - на передней панели, и черно-белый, выполненный по технологии E-Ink - на задней панели. Это привлекает к смартфону внимание, позволяет персонализировать его, дает возможность увеличить время автономной работы. Заднюю панель с экраном на «электронных чернилах» удобно использовать для чтения книг.

RugGear RG970 PartnerО таких смартфонах мечтают экстремалы и любители путешествий, а также люди, работающие в суровых условиях. RugGear RG970 Partner надежно защищен от пыли, грязи, влаги, способен пережить не только случайные удары и толчки, но и падение с большой высоты. При этом высокий уровень защиты - не единственное достоинство этого аппарата, у него неплохие технические характеристики, поэтому девайс можно использовать не только для общения и работы, но и для развлечений.

Lenovo Vibe Z2 Proособенно он понравится тем, кто увлекается фото- и видеосъемкой. Если у вас есть Lenovo Vibe Z2 Pro, ты можешь смело отказаться от цифрового фотоаппарата, потому что камера смартфона снимает заметно лучше. Качество фотографий приближается к профессиональному, даже если ты будешь пользоваться камерой при плохом освещении.

Nokia Lumia 930Емкий аккумулятор гарантирует достойное время работы без подзарядки (поддерживается функция беспроводной зарядки).

3. Ведущие технологии. Главные новинки 2015 г.

С 1 по 5 марта в Барселоне прошла крупнейшая выставка мобильных технологий. Ежегодно ведущие мировые технологические компании представляют свои идеи. Во многом именно Mobile World Congress (MWC) показывает то, каким будет год с точки зрения мобильных технологий. На выставке были представлены не только новинки в рядах смартфонов, но и более инновационные разработки.

Шлем виртуальной реальности HTC Vive. Его созданием HTC занимается совместно с Valve, компанией -- создателем самого крупного в мире сервиса цифровой дистрибуции компьютерных игр Steam. Vive с помощью специальных сенсоров и лазеров фиксирует все движения человека. Можно ходить по комнате, прыгать, приседать, наклонять корпус -- в виртуальном пространстве все ваши действия будут скопированы в точности и практически без задержек.

Предложив одновременно со смартфонами серии Galaxy S6 второе поколение гарнитуры Gear VR, компания Samsung не стала обозначать сроков появления этого устройства виртуальной реальности на розничном рынке, сразу подчеркнув, что имеющиеся прототипы будут пока распространяться только среди разработчиков. Gear VR второго поколения не только удобнее сидит на голове, но и имеет меньшие размеры и улучшенную систему вентиляции, а для подзарядки аккумулятора подключаемого смартфона предусмотрен разъём USB. Напомним, что Gear VR работает в связке с Galaxy S6 и Galaxy S6 Edge.

Компании Huawei удалось создать самые красивые умные часы на Android Wear. Диагональ -- 1,4 дюйма, а разрешение -- 400 на 400 пикселей. Матрица -- AMOLED, которая известна высокой контрастностью и энергоэффективностью. Циферблат сделан из сапфирового стекла и защищен от царапин, рамка металлическая -- нержавеющая сталь. Функционально Android Wear позволяет: просмотр уведомлений, отправка СМС, голосовой поиск и т. д.

Еще одной интересной умной новинкой MWC 2015 стали LG Watch Urbane LTE. Внешне они представляют собой усовершенствованную версию прошлогодних G Watch R, но на самом деле существенно от них отличаются. Urbane LTE работают на webOS, собственной операционной системе LG (она же используется в Smart TV от этой компании), а не на Android Wear. У такого решения две стороны: с одной -- часы теряют «родную» поддержку сервисов Google, но с другой -- разработчики могут наделить устройство функциями, недоступными часам на Wear. Например, поддержкой LTE.

Компания Sony, занимает определённую часть перспективного рынка умных часов, показав публике уже третье поколение SmartWatch. Характеристики: большой и качественный экран, компактные размеры, наличие шагомера и встроенного GPS.

Также компания Sony продемонстрировала смарт-очки Smart Eyeglass, которые могут стать очередным достойным конкурентом Google Glass. Смарт-очки Sony содержат два миниатюрных светодиодных проктора, которые воспроизводят изображение на голографических полосах обеих линз. Второе поколение Smart Eyeglass уже готово к тестированию. Эта версия уже содержит встроенную камеру. Также при помощи смарт-очков Sony можно будет при просмотре спортивных соревнований параллельно отслеживать информацию об игроках.

Touch ID, сканер отпечатков пальцев от Apple, сделал процесс разблокировки iPhone и iPad очень простым. Китайская компания ZTE придумала, как сделать его еще проще. Их новый смартфон Grand S3 можно разблокировать глазами. Эта функция называется Sky Eye. Для её настройки пользователю нужно неотрывно смотреть в течение восьми секунд на движущуюся по экрану вверх-вниз зеленую полоску. В это время биометрический сенсор Eyeprint ID, встроенный во фронтальную камеру, сканирует и запоминает «рисунок» сетки кровеносных сосудов в белках глаз человека.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Преимущества цифрового поколения мобильной связи: защита от прослушивания, совершение голосовых звонков, обмен текстовыми и мультимедийными сообщениям, доступ к сети Интернет. Стандарты операторов CDMA, GSM и UMTS. Перспективы развития 4G технологий.

реферат , добавлен 14.01.2011


История появления и развитие операционных систем для обеспечения надежной и оптимальной работы мобильных устройств. 10 самых известных мобильных ОС. Windows Phone, Android. iOS - версии и их характеристики. ОS Symbian, Maemo, базирующаяся на Debian Linux.

контрольная работа , добавлен 15.12.2015


Классификация поколений мобильных устройств. Аналоговые системы сотовой связи, применение частотной модуляции для передачи речи. Переход к цифровым технологиям: двухрежимная аналого-цифровая система. Технология GPRS, мобильный доступ к сети Интернет.

курсовая работа , добавлен 16.01.2014


Принципы обеспечения безопасности частной информации на мобильных устройствах. Анализ существующих программных средств, предназначенных для обмена частной информацией. Разработка программного средства, построенного на отечественных алгоритмах шифрования.

курсовая работа , добавлен 22.09.2016


Смартфоны и мобильные телефоны: история происхождения. Simon Personal Communicator. Операционные системы. Смартфоны и вредоносные программы. Программное обеспечение. Выход в Интернет. Клавиатура QWERTY. Обмен сообщениями. Обзор производителей смартфонов.

реферат , добавлен 31.01.2017


Анализ проектирования системы инерциальной навигации. Обзор аналогичных конструкций. Гонка "Крепкий орешек". Принцип построения навигационных систем. Анализ ошибок датчиковой системы. Расчет статических и динамических параметров гироскопа, демпферов.

дипломная работа , добавлен 21.04.2015


Анализ уязвимостей технологии радиочастотной идентификации и мобильной операционной системы. Разработка рекомендаций при использовании протоколов, технологий, операционных систем и программного обеспечения для передачи данных с мобильного телефона.

курсовая работа , добавлен 23.09.2013


Основные характеристики встроенных антенн, используемых для беспроводной передачи информации в мобильных средствах связи; типы, конструктивные особенности. Исследование параметров направленных свойств антенн, степени их согласованности с фидером.

дипломная работа , добавлен 03.04.2011


Назначение и принцип работы логарифмической периодической антенны для приема и передачи мобильных радиосигналов. Разработка конструкции и технологии изготовления антенны, расчет на прочность, диаграммы направленности. Анализ технологичности конструкции.

дипломная работа , добавлен 02.05.2016


Особенности распространения радиоволн в системах мобильной связи. Разработка и моделирование программного обеспечения для изучения моделей распространения радиоволн в радиотелефонных сетях для городских условий. Потери передачи в удаленных линиях.