Четвёртое поколение сотовой связи: Интернет в мобильнике со скоростью 2,5 Гбит/с – реальность или миф?

Бурное развитие мобильности и Всемирной Паутины привело к тому, что сегодня новейшие коммуникационные сервисы, предлагаемые операторами сотовой связи, касаются именно Интернета, возможностей передачи более высококачественного звука, а в недалеком будущем и видео. Однако всё это требует широких каналов связи. Наиболее распространённый стандарт на территории Европы – это сотовая сеть второго поколения, носящая название GSM (сокращенно от Global System for Mobile telecommunications). Скорость передачи данных внутри неё не превышает 9,6 кбит/с, что очень мало даже по меркам десятилетней давности.

Решить проблему узкого канала сетей GSM был призван стандарт GPRS (General Packet Radio Service), известный как 2.5G или поколение «два с половиной». Такое название он получил по той причине, что стал промежуточным между вторым (2G) и третьим (3G) поколением. По сути, это надстройка над GSM, чтобы сделать доступным (то есть более быстрым и дешёвым) пользование сетью Интернет.

Сотовая связь третьего поколения сегодня предлагает такие сервисы, как видеозвонок и высокоскоростной мобильный доступ в Интернет. Тем не менее, это далеко не предел развития современных технологий. Уже сейчас разрабатывается и тестируется четвёртое поколение мобильных сетей. Из главных его преимуществ можно выделить следующие: высокие скорости передачи данных, сравнимые с наземными сетями; возможность передачи высококачественного звука и видео; объединение существующих стандартов связи (2G, 3G, Wi-Fi, WiMAX и др.) в единый совместимый стандарт.

Путь от 1G до 4G: 30 лет эволюции

Прежде чем перейти к подробному описанию перспектив четвёртого поколения сотовой связи, давайте проследим эволюцию мобильных коммуникаций, которая берёт свое начало во второй половине прошлого века.

*PSTN – Public Switched Telephone Network

Несмотря на то, что самое первое поколение сотовой связи было реализовано лишь к середине 80-х годов прошлого века, попытка построить мобильную сеть относится ещё к 1946 году, когда её попытались сделать в городе Сент-Луисе. Тем не менее, тогда эксперимент не получил достаточного признания, чтобы развиться в нечто большее.

1G

Спустя полтора десятилетия к идее беспроводной общедоступной сотовой связи вернулись ещё раз. Самым известным из первого поколения стандартов является NMT (Nordic Mobile Telephone system). Его окончательные спецификации были приняты в 1978 году пятью скандинавскими странами (Данией, Финляндией, Исландией, Норвегией и Швецией).

Для современного человека, привыкшего к слову «цифра», выражение «аналоговая сотовая связь» будет звучать как-то дико. Тем не менее, всё первое поколение было аналоговым. Впрочем, если разобраться, тогда понятие «мобильный Интернет» отсутствовало в принципе, поэтому точность и скорость цифровых каналов не требовались.

Стандарт NMT работает в диапазоне частот 453,0-457,5 МГц, используя до 180 каналов связи по 25 кГц каждый. Радиус действия одной базовой станции достигает 5-25 км в зависимости от нагрузки на каждую из них.

В 1983 году была разработана модернизированная версия NMT-900 (первая условно называлась NMT-450), работавшая на частоте 900 МГц. Выход обновлённого стандарта позволил уменьшить размеры телефонных аппаратов, а также добавить несколько новых сервисов.

Тем не менее, спустя некоторое время NMT отошёл на второй план, уступив дорогу более прогрессивным цифровым стандартам. Вполне естественно, что первое поколение сотовой связи не смогло с ними конкурировать. Даже несмотря на то, что качество аналоговой беспроводной связи в целом было удовлетворительным, разговор можно было легко перехватить и расшифровать.

2G

Принципиально новым подходом к передаче информации (в частности, голоса) отличалось второе поколение мобильных коммуникаций. На этот раз в его основу легли цифровые стандарты, которых насчитывается четыре. Наибольшее распространение получили GSM и CDMA (Code Division Multiple Access). Первый из них пришёл на смену NMT и применяется по сей день преимущественно в Европе, а также в США.

Что касается CDMA, то он был разработан компанией QUALCOMM, а его коммерческое применение началось в 1995 году (GSM – в 1991 году). Несмотря на то, что CDMA был представлен на несколько лет позже своего основного конкурента, GSM, он имеет ряд преимуществ. В первую очередь это относится к скорости передачи данных. Если у GSM предел не превышает 9,6 кбит/с, то у CDMA вызов начинается с 9,6 кбит/с, а потом распространяется до 1,23 Мбит/с.

Ещё одним важным отличием является использование распределённого спектра. Для оборудования такой сигнал будет выглядеть небольшим возвышением над обычным уровнем шума. В связи с этим его крайне сложно обнаружить и идентифицировать. Подобный метод также используется в военных целях, так что во время разговора по CDMA-телефону вы можете быть уверены в надёжной защите от случайного подслушивания.

2.5G

Несмотря на то, что разработки третьего поколения сотовой связи стали вестись практически сразу после начала использования на коммерческой основе GSM, даже по сей день оно имеет крайне ограниченное распространение. Вместо него почти повсеместно доступно промежуточное поколение 2.5G, реализованное в виде стандарта GPRS.

Стандарт GPRS использует базовые станции GSM для передачи данных, что делает его внедрение достаточно простым. Кроме того, он настроен на пакетный обмен информацией, что подходит в первую очередь для доступа в Интернет, а также позволяет находиться все время подключенным к Сети и при этом принимать звонки по обычным каналам (при звонке соединение по GPRS временно приостанавливается, но не обрывается).

В целом, GPRS и был создан с целью реализовать понятие «мобильный Интернет». Необходимость доступа из сотовых сетей во Всемирную Паутину и различные корпоративные сети присутствовала уже достаточно давно. Так, к примеру, служащий какой-либо компании в случае возникновения потребности может срочно подключиться к сети своего предприятия при помощи ноутбука и мобильного телефона с поддержкой сервиса GPRS (которым сегодня оснащаются большинство аппаратов).

Тем не менее, скорость передачи данных при использовании GPRS оставляет желать лучшего. Официально максимальный его предел равен 115 кбит/с. Тем не менее, в реальности обмен информацией производится не быстрее, чем на скорости 40-50 кбит/с, что в два раза меньше теоретического максимума. По сегодняшним меркам такой пропускной способности не хватит для комфортного серфинга по Интернету. Как раз эту проблему и должны будут решить стандарты третьего поколения, чьи пропускные каналы будут куда как шире.

3G

Всего существует три основных стандарта 3G: UMTS (Universal Mobile Telecommunications Service), CDMA2000 и WCDMA (Wide CDMA). Все они настроены на пакетную передачу данных и, соответственно, на работу с цифровыми компьютерными сетями, включая Интернет. Скорость передачи данных в новом поколении стандартов может достигать 2,4 Мбит/с. Это позволит поднять качество звука, а также добавить такой сервис, как видеозвонок, о котором, вероятно, слышали уже многие. Мобильный Интернет теперь станет доступнее и значительно быстрее.

Кроме того, при необходимости сеть 3G может быть наложена на уже ранее развёрнутую GSM или другой стандарт второго поколения. Это возможно по причине использования разных радиосетей этими стандартами. В результате оператор мобильной связи может добавлять новые сервисы по мере появления необходимости в них. А по причине того, что на сегодняшний день все телефоны пока являются двухстандартными (то есть могут работать как в 2G, так и в 3G), у пользователей не возникнет проблемы выбора.

3.5G

Учитывая то, что некоторые страны уже практически полностью перешли на 3G (в частности, Япония, где абонентов такой сотовой сети уже 98%), а до внедрения 4G пока ещё достаточно далеко, ожидается появление так называемого поколения 3.5G, которое получит официальное название HSDPA (High Speed Downlink Packet Access). Причём ожидается оно не только в Японии, но и в Европе. Что интересно, некоторые операторы уже работают с ней в тестовом режиме больше года.

По сути, HSDPA – это просто модернизированный 3G. Если в «оригинальном» третьем поколении средняя скорость обмена данными составляет 384 кбит/с, а максимальная – 2 Мбит/с, то внедрение 3.5G увеличит эти значения до 3 и 14 Мбит/с соответственно.

4G

Что касается четвёртого поколения мобильных коммуникаций, то это будет эволюционное развитие 3G. Инфраструктура стандарта 4G будет базироваться на IP-протоколе (Internet Protocol), что позволит обеспечивать простой и очень быстрый доступ к Интернету. Ещё одним важным свойством 4G является то, что он должен стать единым стандартом. То есть не будет деления на разные GSM, CDMA, UMTS, WCDMA и так далее. Задача потенциального абонента будет заключаться в выборе оператора и сотового телефона, тогда как сегодня ещё нужно выбирать и стандарт.

Высокие скорости передачи данных должны будут позволить принимать не только качественный звук, но и видео. Что касается непосредственно самих цифр, то ранее говорилось о 100-200 Мбит/с, а теперь, по самым последним сведениям, различные компании, работающие над 4G (например, японские NTT DoCoMo и NEC), заявляют о скоростях от 1,0 до 2,5 Гбит/с! И это всё не в идеальных лабораторных условиях, а в городе при скорости передвижения до 20-25 км/ч. Согласитесь, перспективы здесь просто огромны.

Такие высокие скорости объясняются тем, что в четвёртом поколении используется только пакетная передача данных, тогда как голосовой трафик полностью отсутствует. То есть звук теперь будет передаваться только через протокол IP (получится своеобразная мобильная VoIP-телефония). Подобное решение сравнимо с технологией ADSL. Она, так же как и обычный Dial-up модем, работает через телефонные сети, однако по проводам передаются цифровые, а не аналоговые данные. За счёт этого и достигаются куда как большие числа, чем 56K.

Помимо этого, в число главных достоинств 4G войдут глобальный роуминг (наконец-то!), а также связь корпоративных сетей, что будет весьма кстати для больших предприятий. Кроме видеозвонков станет доступным также и мобильное телевидение высокой чёткости. Конечно, даже для сотовых телефонов будущего поколения (например, тех, что будут выпускаться через 5 лет) разрешение 1920х1080 будет избыточным, тем не менее, никто не мешает посмотреть всё это на мобильном компьютере, которые также получат к тому времени ещё более широкое распространение.

Далее: перспективы 4G, цена вопроса, вердикт Ferra.ru…