ТЕХНОЛОГИЯ 4G

Совсем недавно мобильные телефоны были предназначены лишь для простой, на сегодняшний день, функции звонка. Но сейчас, во времена развитых технологий, мы требуем от нашего телефона широкий спектр услуг. Одной из таких услуг является доступ к сети Интернет. И не просто доступ, а доступ на высоких скоростях, которые позволяют за малое время получать большое количество информации.

Как и все в мире, сети доступа начинались с малого. Первым поколением беспроводной связи 1G считают сочетание трех технологий: NMT [1], TACS [2] и AMPS [3]. Его появления относят к 80-м годам прошлого столетия.

Эти системы являлись аналоговыми, и их сочетание было направлено на осуществление голосовых вызовов.

Следующий этап развития сети происходил в начале 1990-х годов, когда происходил подъем первых цифровых сотовых сетей. В это время произошло значительное улучшения качества звука и большая производительность сетей. Началась эра GSM. Второе поколение беспроводной сети 2G помимо голосовых вызовов теперь имело еще и поддержку текстовых сообщений (SMS), а так же технологию передачи данных (CSD ^[4]), которая позволяла передавать данные в цифровом виде со скоростью до 14,4 кбит/с.

Важно отметить момент появления сервиса GPRS [5] в 1997 г. Этот сервис позволял имеющейся GSM-сети поддерживать непрерывную передачу данных с максимальной скорость до 171,2 кбит/с. Эта технология быстро стала лидером на массовом рынке, что подтолкнула ITU [6] на публикацию нового стандарта – IMT-2000 [7], который утвердил спецификацию современного 3G. Теперь скорость передачи данных могла достигать 3,6 Мбит/с для беспроводных сетей, что было не под силу прежнему GPRS.

Спустя некоторое время, ITU занялся разработкой сети 4-го поколения, причем условия его создания были в том, что бы создать сеть с высокой скоростью передачи данных, гораздо выше, чем в 3G. Подобно стандарту 3G, 4G был привязан к спецификации IMT-Advanced [8],которая устанавливает скорость входящих данных до 100 Мбит/с для мобильных аппаратов. Но на практике LTE (4G) терпит некоторые неудачи в скорости, и ее реальная скорость обычно достигает 30 Мбит/с. Данный факт не удовлетворяет требованиям IMT-Advanced, но обновление стандарта LTE (4G) обещает поддержку этой скорости, однако, работа все еще не завершена. [2]

В России сеть 4G начала свое становление с 2011 г. 3 марта было подписано соглашение между группой сотовых операторов, которые получали возможность предоставлять сеть 4-го поколения на всей территории России. [3]

Рис.1 – план создания сети 4G на территории России

На сегодняшний день в России активны все операторы сотовой связи, и каждый из них готов предоставить сеть 4G для своих абонентов. Развитие сети идет и на данный момент, планируется покрыть сетью всю территорию России, но пока это доступно не для всей территории нашей страны. [3]

В целом, стандарт 4G предназначен для прогрессивного общества с высокими запросами. В связи с этим, LTE был разработан таким образом, чтобы обеспечить поддержку передачи пакетных данных с минимальными задержками и высоким качеством обслуживания. Сети LTE должны поддерживать процедуры роуминга и хэндовера для качественной работы на всей территории предоставления, соответственно для абонентов должно обеспечиваться повсеместное покрытие услуг беспроводного доступа.

К основным услугам LTE помимо речи можно отнести:

• Передача Интернет-файлов (web-browsing);
• Мультимедийные сообщения (MMS);
• Доставка электронной почты;
• Потоковое видео (streaming);
• Игры в реальном времени.

Для примера приведем структурную схему сети LTE с поддержкой мультимедийных сообщений.

Рис.2 – структурная схема сети LTE с поддержкой мультимедийных сообщений

Все элементы, изображенные на рис. 2 в совокупности носят название окружения мультимедийной услуги. Они отвечают за доставку MMS-сообщений и находятся под управлением единого узла.

Но самой популярной услугой является передача Интернет-файлов. Она представляет собой один или несколько доступов к Интернет-страницам. Наиболее широкое распространение по передаче файлов между мобильными абонентами занимает технология, которая основана на WAP-протоколе [9]. Данная технология, которая схожа с технологией WWW (Wireless Application Protocol) всемирной паутины, является открытой, что позволяет производителям беспроводной аппаратуры разрабатывать и использовать механизмы внутрисетевого взаимодействия.

Основными WAP-объектами являются микробраузеры, WAP-шлюзы и WTA-приложения (Wireless Telephone Application) для мобильных устройств. Микробраузер – это то же самое, что и браузер, но, который учитывает конструктивные особенности мобильных устройств.

Рис.3 – Подключение мобильного абонента к услуге через WAP-протокол

На рис. 3 представлен сценарий подключения мобильного абонента к Интернет - серверу через протокол WAP. Стек этого протокола содержит беспроводной транспортный протокол WTP (Wireless Transport Layer Security) обеспечения безопасности на транспортном уровне, протокол WSP (Wireless Session  Protocol) поддержки беспроводных сеансов связи и протокол WDP (Wireless Datagram Protocol) беспроводной дейтаграммной передачи данных, действующего таким образом, что пакеты данных протокола WDP упаковываются в пакеты данных стандартного сетевого протокола UDP (User Datagram Protocol). [1]

Заметим, что технология 4G является прогрессивной технологией, которая будет оставаться актуальной еще долгие годы, т.к. современный пользователь всегда желает получать доступ к необходимой информации в короткие сроки на высоких скоростях и с высоким качеством. Все эти желания LTE готов предоставлять на высшем уровне.

Используемые обозначения

1. NMT (Nordic Mobile Telephone) – стандарт на аналоговые сотовые системы подвижной радиосвязи. Совместно разработан группой стран (Дания, Финляндия, Норвегия и Швеция) для организации автоматической системы подвижной радиотелефонной связи общего пользования в Скандинавских странах.

2. TACS (Total Access Communications System) – аналоговая сотовая система связи общего доступа первого поколения.

3. AMPS (Advanced Mobile Phone Service) – аналоговый стандарт мобильной связи в диапазоне частот от 825 до 890 МГц, разработанный для Северной Америки, затем распространившийся и в других странах.

4. CSD (Circuit Switched Data) – технология передачи данных, разработана для мобильных телефонов стандарта GSM.

5. GPRS (General Packet Radio Service) – технология пакетной передачи данных посредством сотовой связи.

6. ITU (International Telecommunication Union – Международный Союз Электросвязи) – международная организация, определяющая рекомендации в области телекоммуникаций и радио, а также регулирующая вопросы международного использования радиочастот.

7. IMT-2000 – глобальный стандарт для 3G сетей, открывший путь к инновационному развитию приложений и услуг.

8. IMT-Advanced – глобальная платформа, на основе которой будут созданы последующие поколения услуг беспроводной связи, которые превосходят возможности систем IMT-2000.

9. WAP-протокол – протокол, созданный специально для сети GSM, в которой требуется устанавливать соединение мобильных устройств с сетью Интернет.

Список литературы:
1.    Гельгор А.Л. Технология LTE мобильной передачи данных: учеб. пособие / Гельгор А.Л., Попов Е.А. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011.
2.    Гейер Д. Беспроводные сети. Первый шаг. / Изд-во Вильямс, 2005.
3.    Статья с сайта http://www.tadviser.ru/ LTE (Long-Term Evolution, 4G)/ обновление сайта 03.02.2016/ дата обращения 13.02.2016