СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ. ОСОБЕННОСТИ СТАНДАРТОВ 4G

АННОТАЦИЯ

В статье автор пытается проанализировать актуальность и востребованность мобильной связи четвёртого поколения (4G).

Ключевые слова: стандарт, 4G, LTE, WiMAX.

4G (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 (с высокой мобильностью) и 1 Гбит/с — стационарным абонентам (с низкой мобильностью). Спецификации любого поколения связи, как правило, относятся к изменению фундаментального характера обслуживания, несовместимым технологиям передачи, более высоким пиковым битрейтом, новыми полосами частот, более широким каналом полосы пропускания, выражаемой в единицах частоты — герцах, а также большей ёмкостью для множественной одновременной передачи данных (более высокой системой спектральной эффективности, измеряемой в бит/с/Гц/сектор).

Так как первые версии мобильного WiMAX и LTE поддерживают скорости значительно меньше 1 Гбит/с, их нельзя назвать технологиями, соответствующими IMT-Advanced, хотя они часто упоминаются поставщиками услуг как технологии 4G. В свою очередь, после запуска мобильными операторами сетей LTE-Advanced, в маркетинговых целях их стали называть 4G+. 6 декабря 2010 года МСЭ-Р признал, что наиболее продвинутые технологии рассматривают как «4G», хотя этот термин не определён.  Системы связи 4G основаны на пакетных протоколах передачи данных. Для пересылки данных используется протокол IPv4; в будущем планируется поддержка IPv6.

С технической точки зрения, основное отличие сетей четвёртого поколения от третьего заключается в том, что технология 4G полностью основана на протоколах пакетной передачи данных, в то время как 3G соединяет в себе как пакетную коммутацию, так и коммутацию каналов. Для передачи голоса в 4G предусмотрены технологии VoLTE (англ. Voice over LTE). Основные исследования при создании систем связи четвёртого поколения ведутся в направлении использования технологии ортогонального частотного уплотнения OFDM. Кроме того, для максимальной скорости передачи используется технология передачи данных с помощью N антенн и их приёма М антеннами — MIMO. При данной технологии передающие и приёмные антенны разнесены так, чтобы достичь слабой корреляции (син. – соотношение, взаимосвязь) между соседними антеннами.

Технологии LTE и WiMAX были официально признаны беспроводными стандартами связи четвёртого поколения международным союзом электросвязи на конференции в Женеве в 2012 году.

LTE (Long Term Evolution) - название мобильного протокола передачи данных. LTE это продолжение развития технологии CDMA,UMTS, основанной на использовании OFDM (к клиенту), SC-FDMA (от клиента) и MIMO. Особенностью этой технологии является возможность работать с частотным (парным, FDD) и временным (непарным, TDD) разделением каналов, что позволяет применять различные технологии оборудования, находящегося у операторов. Применение антенных технологий MIMO позволяет базовой станции обслуживать в 10 раз больше клиентов, чем позволяла прежняя технология WCDMA. Система LTE обеспечивает работу в полосе частот различной ширины, начиная от значений заметно ниже 5 МГц (1.5 МГц) и до полосы 20 МГц. LTE также может быть реализована на основе различных принципов разделения сигналов, частотного (FDD - Frequency Division Duplex) и временного (TDD - Time Division Duplex).  Сеть доступа LTE - это просто сеть базовых станций, развитая NodeB (eNB), генерирующая плоскую архитектуру. Не существует централизованного интеллектуального контроллера, и узлы eNB, как правило, связаны между собой через интерфейс X2 и по направлению к базовой сети через интерфейс S1. Причина для того, чтобы распространять информацию между базовыми станциями в LTE, состоит в том, чтобы ускорить установление соединения и сократить время, требуемое для передачи обслуживания. Для конечного пользователя время установления соединения для сеанса передачи данных в реальном времени во многих случаях имеет решающее значение, особенно в онлайн-играх. Время для передачи обслуживания важно для служб реального времени, где конечные пользователи стремятся завершить вызовы, если передача обслуживания занимает слишком много времени.

Под аббревиатурой WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) понимается технология операторского класса, которая основана на семействе стандартов IEEE 802.16, разработанных международным институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE). В стандартах IEEE 802.16 определяются физический уровень и уровень управления доступом для систем фиксированного беспроводного широкополосного доступа масштаба города. На физическом уровне в стандарте IEEE 802.16-2004 определены три метода передачи данных: метод модуляции одной несущей (SC), метод ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM) и метод множественного доступа на основе такого мультиплексирования (OFDMA). Спецификация физического уровня WirelessMAN-OFDM является наиболее интересной с точки зрения практической реализации. Она базируется на технологии OFDM, что значительно расширяет возможности оборудования, в частности, позволяет работать на относительно высоких частотах в условиях отсутствия прямой видимости. Кроме того, в нее включена поддержка топологии «каждый с каждым» (mesh), при которой абонентские устройства могут одновременно функционировать и как базовые станции, что сильно упрощает развертывание сети и помогает преодолеть проблемы прямой видимости.

В статье были рассмотрены актуальность и востребованность мобильной связи четвёртого поколения (4G), стандарты 4G и принципы их работы. Подытожив, 4G отвечает требованиям к сетям мобильной связи следуюшего поколения как для существующих операторов 3GPP/3GPP2, так и для новых операторов. Данная технология позволяет предоставлять более производительные услуги мобильного ШПД для очень большой аудитории, применяя комбинацию максимальных скоростей и большой пропускной мощности системы в любом направлении, причем с очень низким уровнем задержки. Инфраструктура 4G разработана так, что развертывание и эксплуатация будет более простой, с этой целью разработана более гибкая технология, способная работать в широком классе частотных диапазонов. В LTE-сети можно находиться не только с помощью мобильного телефона, но также с помощью компьютера, нетбука, ноутбука, камеры, камкордера, и др. устройств, сориентированных на мобильный ШПД.

Список литературы:

1. В. Вишневский, С. Портной, И. Шахнович. Энциклопедия WiMax. Путь 4G. — М.: Техносфера, 2009. — 472 с. — ISBN 978-5-94836-223-6. Устройство СВЧ и антенны. Филонов А.В, 2014
2. Bob Wheeler. How to choose the best SoC for your WiMAX design // Wireless Net DesignLine. Oct 17, 2005.
3. IEEE Std 802.16™-2004 IEEE Standard for Local and metropolitan area networks. Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems