GSM, GPRS, UMTS, WCDMA 3G, LTE 4G, WIMAX.

Сегодня же ситуация изменилась кардинально. Так, по статистике, в странах Евросоюза на каждые 100 человек приходится в среднем 95 мобильных телефонов, а в целом по планете почти половина землян — 3,3 миллиарда абонентов — пользуется сотовой связью. Мало того, что мобильный телефон есть фактически у каждого (а у многих и несколько), люди уже настолько привыкли к повсеместной «мобилизации», что отсутствие сети здесь и сейчас вызывает удивление и почти физический дискомфорт.

На сегодняшний день можно констатировать практически повсеместный охват обжитой части планеты сетями сотовой связи. В первую очередь это касается сетей стандартов GSM (от английского Global System for Mobile Communications — глобальная система мобильной связи). Это наиболее распространенная система мобильной связи второго поколения (или как принято сейчас обозначать — 2G). Ко второму поколению она относится, поскольку сменила более ранние аналоговые системы связи.

Поскольку, как уже было сказано, развитие систем второго поколения фактически завершено: мир поделен довольно тщательно, все лакомые участки суши покрыты сетью, а то что не покрыто, чаще всего и не стоит потраченных средств. Встает вопрос: что дальше?

Естественно, развитие техники и аппетиты бизнеса не остановить. И мобильная связь получила толчок к дальнейшему развитию через внедрение услуг широкополосной связи (передачи произвольных, а не только голосовых, данных на высоких скоростях). Сей резкий поворот не вписался в архитектуру стандарта GSM. Поэтому поставщики услуг мобильной связи начали развертывание сетей нового поколения (естественно, 3G).

Не смотря на то, что история развития сетей третьего поколения еще очень коротка (первые коммерческие сети 3G заработали в Японии и Южной Корее в 2002–м году), развертывание сетей в Европе, Юго–Восточной Азии и Северной Америке еще далека от завершения, уже сформированы принципы построения сетей следующего, четвертого, поколения. Скорость внедрения новых технологий просто поражает!

Осталось только разобраться, что скрывается за этой чехардой всевозможных G. Что это сулит конечным потребителям и стоит ли гнаться за этими новшествами?

Чтобы ответить на эти вопросы, стоит для начала понять как вообще работает сотовая связь? Что меняется от поколения к поколению?

В начале было…

Нет, не слово. В начале была система связи, это самое слово передающая. И, естественно, эта система связи была аналоговой (а чего вы хотите, ведь на дворе был самый разгар XX века). Общественные сети радиотелефонной связи существовали в различном виде давно. В США первая подобная сеть была создана в Детройте в 1921 году для нужд полиции города. В СССР с 1963 года существовала система «Алтай».

Все эти сети имели ряд общих проблем, связанных с самим характером связи: анало-говая радиосвязь чувствительна к шумам (которых всегда предостаточно в эфире), кроме того она неэффективно использует доступный спектральный диапазон. А это снижает ее емкость.
Простой и изящный выход был в переходе на сотовую систему связи, которая позво-ляла повторно использовать свободные радиочастоты: если пользователь «сидит на какой-то частоте» и общается с 1-й базовой станцией, то у 2-й станции (находящейся достаточно далеко от абонента) эта частота свободна, ее можно временно отдать другому абоненту. Это позволяет существенно увеличить емкость сети.

Впервые частоты для сотовой связи были выделены в городе Чикаго (США) в 1974 году (полоса частот в 40 МГц в диапазоне 800 МГц). В 1978 году в этом диапазоне начала работать опытная сеть общественной радиотелефонной сотовой связи на 2 тысячи абонентов. С этого момента принято отсчитывать начало практического применения сотовой связи.

Базовые принципы сотовой связи (GSM)

Но для того, чтобы сотовая связь действительно «вышла в народ» и приняла тот облик, в котором мы ее привыкли воспринимать, потребовалось не много не мало «цифровая революция». Как уже было сказано, аналоговая связь весьма чувствительна к помехам и плохо утилизирует доступный диапазон частот. Обе проблемы решаются «одним махом»» при переходе от аналоговой связи к цифровой. Итак, наш следующий герой — стандарт GSM.

Зарождение GSM

По современным меркам это очень древний стандарт. Страшно подумать: работать над ним начали аж в начале восьмидесятых годов XX века. В 1982 году Европейская конференция администраций почт и электросвязи (СЕРТ), организация, объединяющая администрации связи 26 стран, создала специальную группу Groupe Special Mobile (именно так изначально расшифровывалась аббревиатура GSM). А первая коммерческая GSM–сеть заработала в Германии в мае 1992 года.

Радиоинтерфейс GSM

Для начала радиочастотная составляющая: всего в мире используется 4 рабочих диа-пазона: 900 МГц/1800 МГц (Европа и Азия) и 950 МГц/1900 МГц (обе Америки и часть Афри-ки). Вся полоса частот доступная для мобильной связи (890 — 960 МГц для GSM900 и 1710 — 1880 МГц для GSM1800) разделена на два диапазона передачи и приема. Каждая из этик двух полос, в свою очередь, делится на каналы по 200 кГц шириной, таких каналов оказывается 124 шт. в стандарте GSM900 и 374 — в GSM1800 (именно это делает сети GSM1800 и GSM1900 более «вместительными»). Таким образом, каждый сеанс связи огра-ничен узкой полосой спектра, а значит и пропускной способностью.

Сеть сотовой связи состоит из большого числа приемопередатчиков разбросанных по карте, зоны обслуживания соседних приемопередатчиков частично перекрываются. Принцип повторного использования частот в сети позволяет добиться высокой плотности трафика на больших территориях. Поскольку мощность передатчика телефона ограничена, качество покрытия сети зависит от плотности размещения базовых станций, каждая из которых обслуживает небольшую территорию. Несколько базовых станций объединяются в ячейку, часто представляемую в виде правильного шестиугольника. Совокупность таких ячеек на карте похожа на пчелиные соты. Отсюда и это вид связи получил свое название — сотовая связь. Размер каждой соты варьируется в зависимости от характера местности, характеристик используемого оборудования и прочих факторов и может быть от 400 м до 50 км.

Структура сети GSM

Основными частями системы GSM являются

· подсистема базовых станций (BSS — Base Station Subsystem),

· подсистема коммутации (NSS — Network Switching Subsystem),

· мобильная станция, она же «сотовый телефон» (MS — Mobile Station).

Подсистема базовой станции обеспечивает непосредственное соединение с мобильной станцией, а коммутационная подсистема обеспечивает коммутацию соединений между абонентами мобильных станций и абонентов мобильных станций с абонентами телефонных сетей общего пользования и наоборот.

В принципе, изначально сети GSM разрабатывались в расчете на то, что мобильные станции будут передавать принимать весьма небольшой трафик (голосовая связь, SMS, факсы). Потребность в передачи больших потоков данных вынудило разработчиков вне-дрить в первоначальный стандарт новую подсистему — GPRS (General Packet Radio Service — пакетная радиосвязь общего пользования) — и добавить к первоначальной архитектуре еще один структурный элемент — GPRS Core Network.

Это позволило «малой кровью» модернизировать существующие сети и предложить клиентам новые сервисы, связанные с передачей больших потоков цифровых данных: начиная с чтения e-mail мобильного доступа к социальным сетям и заканчивая различными онлайн-сервисами вроде информации о пробках на дорогах в реальном времени.

GSM+ = GPRS

Сам по себе принцип работы GPRS прост: информация собирается в пакеты и передаётся через неиспользуемые в данный момент голосовые каналы, что позволяет более эффективно использовать ресурсы сети GSM. Но, красота и гармоничность внедрения принципов GPRS в сети GSM сразу же накладывает свои ограничения: скорость передачи/приема данных ограничена возможностями сети GSM (ведь, по сути не было добавлено ничего нового, просто более эффективно используется то, что есть). А возможности GSM по передаче данных более чем ограничены: в системе GSM используется принцип временного разделения каналов с множественным доступом (TDMA — Time Division Multiple Access). Это значит, что на одном канале одновременно «сидит» несколько участников связи, информация (что голос, что SMS) передается короткими пакетами и в едином потоке могут идти «вперемешку» пакеты разных участников сеанса связи, разделенные по времени, и разделяются они уже на принимающей стороне. Так вот, теоретический максимум (при условии, что весь канал занят передачей данных) составляет 171,2 кбит/c (как следствие тех самых 200 кГц/канал). Не много. Повторюсь: это фундаментальное ограничение, связанное с принципами работы сетей GSM и улучшить их без потери совместимости с существующими сетями и службами не представляется возможным. Проще построить сеть заново, уже с учетом современных требований.

Дальнейшее развитие сетей сотовой связи (3G — UMTS)

Исходя именно из этого принципа, в районе 2001 года начались работы над сетями третьего поколения. И уже в 2002 году первые сети 3G начали работать в Японии и Южной Корее, а с конца 2003 года — и в США. Так что отличает сети 3G от старого доброго GSM?

Прежде чем искать ответ на этот вопрос, стоит определиться, что такое 3G. Начать с того, что это скорее маркетинговый, нежели технический термин, а потому несколько расплывчатый. Стандартов сетей третьего поколения существует как минимум два: это приня-тый в США и ряде странах Юго-Восточной Азии стандарт CDMA2000 и, обосновавшийся в Европе UMTS/WCDMA. Общие принципы обоих форматов сходны и базируются на использовании технологии CDMA (Code Division Multiple Access — множественный доступ с кодо-вым разделением).