Що таке мобільні мережі 1G, 2G, 3G…?

Щоденно ми бачимо та чуємо рекламу мобільних операторів про 3G. А що це таке і що означає ця цифра та буква, знають не всі. Сьогодні 3G в основному асоціюється з мобільним Інтернетом. Проте насправді все не так просто.

Що таке мобільна мережа?

Мобільна мережа – це мережа стаціонарних радіостанцій, які забезпечують двосторонній радіозв'язок з абонентом в зоні своєї дії. Кожна базова станція обслуговує невелику площу. Створена таким чином мережа має вигляд шестикутних зон (бджолиних стільників). Звідси й походить назва «стільниковий зв’язок». Загалом декілька таких станцій охоплюють доволі велику територію, що дозволяє абонентові залишатися на зв’язку, навіть коли він пересувається.

Що означає «G»?

G – це англійська велика літера G, яка означає Generation, що перекладається як «покоління». Відповідно всі технології мобільного зв'язку поділяються на різні покоління. Сьогодні ми пропонуємо ближче познайомитися з історією розвитку мобільних мереж.

1G

Прийнято вважати, що історія першого покоління бере свій початок приблизно у 80-х роках. Хоча офіційною датою можна назвати 3 квітня 1973 року. В цей день Мартін Купер – голова підрозділу мобільного зв’язку компанії Motorola – зателефонував керівнику дослідницького відділу AT&T Bell Labs Джоелю Енгєлю. Перший дзвінок відбувся просто посеред вулиці в Нью-Йорку, серед жвавого руху людей та автомобілів, що проїжджали повз. Відповідно піонерами мобільної індустрії стали компанії Motorola та AT&T Bell Labs.

В той час основними стандартами зв'язку були:

• AMPS (Advanced Mobile Phone Service) в США, Канаді, Центральній та Південній Америці, Австралії.
• TACS (Total Access Communications System – тотальна система доступу до зв'язку) в Англії, Італії, Іспанії, Австрії, Ірландії, Японії.
• NMT (Nordic Mobile Telephone – нордичний мобільний телефон) – це так званий «скандинавський стандарт», який використовувався не тільки в країнах Скандинавії, а й в інших країнах.
• С-450 для Німеччини та Португалії.
• RTMS (Radio Telephone Mobile System – радіотелефонна мобільна система) в Італії.
• Radiocom 2000 у Франції.

В той час назвати зв'язок мобільним було б неправильно. Перші стандарти мобільного зв'язку були аналоговими. Вищеперелічені стандарти використовувалися лише для голосової передачі даних. Вже тоді існували модеми, але на безпровідний зв’язок сильно впливали шуми та спотворювали його, а швидкість передачі даних була повільною, й така послуга була доволі дорогою.

Тогочасний аналоговий зв'язок також не можна було назвати якісним. У нього було багато недоліків, проте основний мінус – це прослуховування розмов абонентів. Напевно, вам не раз під час розмови по стаціонарному телефону доводилося чути, як паралельно з вами говорить ще хтось. Також часто зникав сигнал. Що вже й казати про те, як важко було додзвонитися в інші країни.

Фактично в кожній країні була власна система, незалежна від систем та обладнання інших країн. Так виникла потреба створити спільну систему з високою пропускною можливістю та широкою зоною покриття. Завдання стояло так: вхідний виклик повинен адресуватися на конкретний телефон, незалежно від місця перебування абонента.

2G та 2,5 G

В 1982 році європейська конференція поштових та телекомунікаційних відомств (CEPT – від англ. Conference of European Post and Telecommunications) сформувала спеціальну групу для вивчення та розробки наземної системи бездротового зв’язку загального користування GSM (франц. Groupe Spécial Mobile). Так на світ з’явилося друге покоління – 2G. В 1989 році обов’язки CEPT перейняв на себе Європейський інститут телекомунікаційних стандартів (ETSI – від англ. European Telecommunications Standards Institute). Спочатку система GSM працювала лише в країнах, які входили до ETSI. Проте з часом її реалізували й інші регіони, наприклад, Східна Європа, Азія, Африка, Близький Схід. З того часу поняття GSM вже розшифровувалося як Global Special Mobile.

Вже в 1991році з’явилися перші мережі 2G. Це був так званий цифровий бум. Основною відмінністю між 1G та 2G став цифровий спосіб передачі даних. Всі телефонні розмови були зашифровані з допомогою цифрового коду. Також на світ з’явилася всіма улюблена послуга SMS (англ. Short Message Service).

В цей же час США та Європа вирішили піти різними шляхами. В Європі створили єдиний стандарт – GSM, а в США практично всі мережі було збудовано на стандарті D-AMPS (Digital AMPS – цифровий AMPS). Проте через якийсь час в США також з’явилася американська версія GSM – стандарт GSM1900.

З появою та розвитком Інтернету спеціально для мобільних мереж було створено протокол WAP (англ. Wireless Application Protocol – протокол бездротової передачі даних). WAP-технологія дозволяла здійснювати безпровідний доступ в Інтернет з мобільних пристроїв.

На той час головною перевагою 2G вважалася безпека зв’язку. Всі дзвінки вже були зашифровані. Прослухати чужий дзвінок або ж вклинитися в розмову фактично було неможливо.

З кожним роком зростала потреба в доступі до Інтернету через телефон. Це стало імпульсом для створення нового покоління. 2,5G – це місток між 2G та 3G. З появою 2,5G до стандартів мобільного зв’язку додалася можливість пакетної передачі даних – GPRS (англ. General Packet Radio Service – загальний сервіс пакетної радіопередачі). Для мереж GSM використовувалася технологія EDGE (англ. Enhanced Data-rates for GSM Evolution – підвищена швидкість передачі даних для розвитку GSM).

Пакетна передача даних дозволила збільшити швидкість передачі інформації під час роботи мобільного пристрою з Інтернетом з 9,6 кбіт/с до 384 кбіт/с. Технології GPRS та EDGE вже неможливо було назвати 2G, оскільки вони були набагато швидші, ніж друге покоління, але в той же час не дотягували до третього. Доволі часто GPRS називали поколінням 2,5G, а EDGE – 2,75G.

3G

Нарешті ми дійшли до всім добре відомого та розрекламованого 3G. Основна відмінність між 2G та 3G полягає в тому, що кількість частот в 3G дозволяє одночасно використовувати пакетну передачу цифрових даних та канальне підключення. Зрештою, 3G – це не є щось супернове. Про цю технологію відомо вже давно, але до середини 80-х років вона була засекреченою, і використовували її лише військові та спецслужби.

3G поєднує в собі три стандарти цифрового зв’язку – FOMA, UMTS та CDMA2000.

FOMA використовується в Японії, CDMA2000 – в США. А UMTS – це стандарт, який створили для переходу з GSM.

Для 3G існують чітко прописані вимоги до швидкості обміну інформацією:

• 2048 кбіт/с – для абонентів, які не рухаються;
• 384 кбіт/с – для абонентів, які рухаються зі швидкістю не більше 3 км/год;
• 144 кбіт/с – для абонентів, які рухаються зі швидкістю не більше 120 км/год.

Список цих вимог був затверджений Міжнародним союзом електрозв’язку.

UMTS дозволяє передавати дані зі швидкістю 42 Мбіт/с завдяки протоколу HSDPA+. Такий канал допомагає скоротити час очікування під час відкривання сторінки чи скачування файлів. Розміру цього каналу вистачає для того, щоб здійснювати голосові та відеодзвінки через Інтернет, а також переглядати відеозаписи та користуватися іншими мультимедійними сервісами при цьому рухаючись із швидкістю літака. Здавалося б, що таку швидкість можна було б віднести до 4G, але Міжнародний союз електрозв’язку сертифікував зовсім інші вимоги до 4G.

4G

Першою та основною вимогою до четвертого покоління стала швидкість передачі даних.

Ще в 2008 році для 4G було встановлено такі вимоги до швидкості передачі даних:

• 100 Мбіт/с – для абонентів, які рухаються швидко (потяг чи автомобіль);
• 1 Гбіт/с – для абонентів, які пересуваються повільно (пішохід).

На відміну від попередників, мережі четвертого покоління не використовують канал для передачі голосу, а працюють лише з цифровими даними. Це означає, що дзвінки перейдуть у формат VoIP, що в майбутньому може спричинити відмирання класичного стільникового зв’язку на користь інтернет-телефонії.

Зараз 4G складається з двох стандартів – WiMAX та LTE. WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access – всесвітня сумісність для мікрохвильового доступу) – це еволюціонуючий Wi-Fi з великою площею покриття. LTE (англ. Long Term Evolution – довгостроковий розвиток) – це черговий виток в розвитку GSM.

Спочатку вищезгадані мережі не можна було назвати такими, що відповідають стандартам 4G, оскільки їхня швидкість була значно меншою за 1 Гбіт/с. Проте з часом їх вдосконалили, і в 2010 році Міжнародний союз електрозв'язку офіційно визнав відповідність двох технологій до вимог IMT-Advanced:

• LTE-Advanced
• WirelessMAN-Advanced

Цілком можливо, що вже зовсім скоро 4G замінить провідний Інтернет. Адже встановити одну базову станцію LTE значно простіше, ніж прокладати павутину кабелів.

5G

Зараз 5G перебуває в процесі розробки. Проте вже є перші досягнення. Наприкінці жовтня 2015 року південнокорейська компанія SK Telecom заявила про свій намір стати першим провайдером 5G. SK Telecom вдалося передати дані із швидкістю 19,1 Гбіт/с, що в кілька разів швидше за існуючий 4G.

Першою випробувати 5G та представити його комерційний варіант збирається американська компанія Verizon. Оператор розраховує досягнути швидкості в 30-50 разів вищої, ніж у LTE, яка зараз доступна в США.

Австралійська компанія Telstra також має намір вийти на ринок п'ятого покоління в 2020 році.

Використовувати мережі п'ятого покоління планують в мегаполісах та на спеціальних виробництвах. Існує думка, що з часом телебачення також перейде на мобільні мережі. Наприклад, користувач зможе дивитися онлайн 3D-фільми у високій якості.

Зараз в Україні триває ера 3G. Цілком ймовірно, що незабаром ми перейдемо на нове покоління мобільного зв'язку, але для цього ще доведеться наполегливо працювати як мінімум декілька років. Перехід на нове покоління вимагає чималих витрат, встановлення нових станцій, а також заміни наших улюблених мобільних пристроїв на ті, які зможуть підтримувати 4G. Тому поки що користуймося та насолоджуймося мережами третього покоління.