Porównanie standardów telefonii komórkowej - Comparison of mobile phone standards
To jest porównanie standardów telefonów komórkowych . Nowa generacja standardów komórkowych pojawiała się mniej więcej co dziesięć lat od wprowadzenia systemów 1G w 1979 roku i od początku do połowy lat 80-tych.
Problemy
Global System for Mobile Communications (GSM, około 80-85% udziału w rynku) i IS-95 (około 10-15% udziału w rynku) były dwiema najbardziej rozpowszechnionymi technologiami komunikacji mobilnej 2G w 2007 roku. W 3G najbardziej rozpowszechnioną technologią był UMTS z CDMA-2000 w ścisłej rywalizacji.
Wszystkie technologie dostępu radiowego muszą rozwiązywać te same problemy: jak najefektywniej podzielić skończone widmo RF pomiędzy wielu użytkowników. GSM wykorzystuje TDMA i FDMA do separacji użytkowników i komórek. UMTS, IS-95 i CDMA-2000 używają CDMA . WiMAX i LTE korzystają z OFDM .
- Wielodostęp z podziałem czasu (TDMA) zapewnia dostęp dla wielu użytkowników poprzez podzielenie kanału na sekwencyjne przedziały czasu. Każdy użytkownik kanału na zmianę wysyła i odbiera sygnały. W rzeczywistości tylko jedna osoba w danym momencie korzysta z kanału. Jest to analogiczne do podziału czasu na dużym serwerze komputerowym.
- Wielodostęp z podziałem częstotliwości (FDMA) zapewnia dostęp dla wielu użytkowników poprzez oddzielenie wykorzystywanych częstotliwości. Jest to używane w GSM do oddzielania komórek, które następnie wykorzystują TDMA do oddzielania użytkowników w komórce.
- Wielodostęp z podziałem kodu (CDMA) Wykorzystuje modulację cyfrową zwaną widmem rozproszonym, która rozprowadza dane głosowe na bardzo szerokim kanale w sposób pseudolosowy przy użyciu kodu pseudolosowego specyficznego dla użytkownika lub komórki. Odbiornik cofa randomizację, aby zebrać razem bity i wytworzyć oryginalne dane. Ponieważ kody są pseudolosowe i dobierane w taki sposób, aby powodować minimalne zakłócenia między sobą, wielu użytkowników może rozmawiać w tym samym czasie, a wiele komórek może dzielić tę samą częstotliwość. Powoduje to dodatkowy szum sygnału, zmuszając wszystkich użytkowników do zużywania większej mocy, co w zamian zmniejsza zasięg ogniwa i żywotność baterii.
- Wielodostęp z ortogonalnym podziałem częstotliwości (OFDMA) wykorzystuje łączenie wielu małych pasm częstotliwości, które są ortogonalne względem siebie, aby zapewnić separację użytkowników. Użytkownicy są multipleksowani w dziedzinie częstotliwości przez przydzielanie poszczególnych podpasm poszczególnym użytkownikom. Jest to często wzmacniane przez również wykonywanie TDMA i okresową zmianę alokacji, tak aby różni użytkownicy otrzymywali różne podpasma w różnym czasie.
Teoretycznie CDMA, TDMA i FDMA mają dokładnie taką samą wydajność widmową, ale praktycznie każdy ma swoje własne wyzwania – sterowanie mocą w przypadku CDMA, taktowanie w przypadku TDMA i generowanie/filtrowanie częstotliwości w przypadku FDMA.
Aby uzyskać klasyczny przykład zrozumienia fundamentalnej różnicy między TDMA i CDMA, wyobraź sobie przyjęcie koktajlowe, na którym pary rozmawiają ze sobą w jednym pokoju. Pokój reprezentuje dostępną przepustowość:
- TDMA: Mówca na zmianę rozmawia ze słuchaczem. Mówca mówi przez chwilę, po czym zatrzymuje się, aby pozwolić porozmawiać innej parze. W pokoju nigdy nie rozmawia więcej niż jeden mówca, nikt nie musi się martwić o mieszanie się dwóch rozmów. Wadą jest to, że ogranicza praktyczną liczbę dyskusji w pokoju (pod względem przepustowości).
- CDMA: każdy mówca może mówić w dowolnym momencie; jednak każdy używa innego języka. Każdy słuchacz może zrozumieć tylko język swojego partnera. W miarę jak coraz więcej par rozmawia, hałas w tle (reprezentujący poziom hałasu ) staje się głośniejszy, ale ze względu na różnicę języków, rozmowy nie mieszają się. Wadą jest to, że w pewnym momencie nie można mówić głośniej. Po tym, jeśli hałas nadal rośnie (więcej osób dołącza do partii/celi), słuchacz nie może zrozumieć, o czym mówi rozmówca, bez zbliżania się do rozmówcy. W efekcie zasięg komórki CDMA zmniejsza się wraz ze wzrostem liczby aktywnych użytkowników. Nazywa się to oddychaniem komórkowym.
Tabela porównawcza
Pokolenie | Technologia | Funkcja | Kodowanie | Rok pierwszego użycia | Roaming | Współpraca ze słuchawkami | Wspólne zakłócenia | Jakość sygnału/obszar pokrycia | Wykorzystanie częstotliwości/gęstość połączeń | Przekazanie | Głos i dane w tym samym czasie |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1G | FDMA | NMT | Analog | 1981 | Skandynawia i kilka innych krajów europejskich | Żaden | Żaden | Dobre pokrycie dzięki niskim częstotliwościom | Bardzo niska gęstość | Ciężko | Nie |
2G | TDMA i FDMA | GSM | Cyfrowy | 1991 | Na całym świecie, wszystkie kraje z wyjątkiem Japonii i Korei Południowej | Karta SIM | Niektóre urządzenia elektroniczne, np. wzmacniacze | Dobre pokrycie w pomieszczeniach na 850/900 MHz. Możliwe repeatery. 35 km twardy limit. | Bardzo niska gęstość | Ciężko | Tak GPRS klasa A |
2G | CDMA | IS-95 (jeden CDMA) | Cyfrowy | 1995 | Ograniczony | Żaden | Żaden | Nieograniczony rozmiar komórki, niska moc nadajnika pozwala na duże komórki | Bardzo niska gęstość | Miękki | Nie |
3G | CDMA | IS-2000 (CDMA 2000) | Cyfrowy | 2000/2002 | Ograniczony | RUIM (rzadko używany) | Żaden | Nieograniczony rozmiar komórki, niska moc nadajnika pozwala na duże komórki | Bardzo niska gęstość | Miękki | Nie EVDO / Tak SVDO |
3G | W-CDMA | UMTS (3GSM) | Cyfrowy | 2001 | Na całym świecie | Karta SIM | Żaden | Mniejsze komórki i mniejszy zasięg w pomieszczeniach przy 2100 MHz; równoważny zasięg w pomieszczeniach i lepszy zasięg do GSM na 850/900 MHz. | Bardzo niska gęstość | Miękki | tak |
4G | OFDMA | LTE | Cyfrowy | 2009 | Ograniczony | Karta SIM | Żaden | Mniejsze komórki i dolny zakres od zespołu S . | Bardzo niska gęstość | Ciężko | Nie (tylko dane) Głos możliwy przez VoLTE lub powrót do 2G/3G |
5G | OFDMA | NR | Cyfrowy | 2018 | Ograniczony | Karta SIM | Żaden | Gęste komórki na falach milimetrowych . | Bardzo niska gęstość | Ciężko | Nie (tylko dane) Głos możliwy przez VoNR |
Kompatybilność sieci | Standardowy lub Rewizja |
---|---|
GSM ( TDMA , 2G ) | GSM (1991), GPRS (2000), EDGE (2003) |
cdmaOne ( CDMA , 2G ) | cdmajeden (1995) |
CDMA2000 ( CDMA / TDMA , 3G ) | EV-DO (1999), Rev. A (2006), Rev. B (2006), SVDO (2011) |
UMTS ( CDMA , 3G ) | UMTS (1999), HSDPA (2005), HSUPA (2007), HSPA+ (2009) |
4G | LTE (2009), LTE Zaawansowane (2011), LTE Zaawansowane Pro (2016) |
5G | NR (2018) |
Mocne i słabe strony IS-95 i GSM
Zalety GSM
- Mniejsze pogorszenie sygnału wewnątrz budynków.
- Możliwość korzystania z repeaterów .
- Czas rozmów jest zazwyczaj dłuższy w telefonach GSM ze względu na impulsowy charakter transmisji.
- Dostępność modułów identyfikacji abonenta pozwala użytkownikom na dowolne przełączanie sieci i telefonów, poza blokadą subsydiowaną .
- GSM obejmuje praktycznie wszystkie części świata, więc roaming międzynarodowy nie stanowi problemu.
- Znacznie większa liczba abonentów na świecie stwarza lepszy efekt sieciowy dla producentów telefonów GSM, operatorów i użytkowników końcowych.
Wady GSM
- Koliduje z niektórymi urządzeniami elektronicznymi, zwłaszcza niektórymi wzmacniaczami audio.
- Własność intelektualna jest skoncentrowana wśród kilku uczestników branży, tworząc bariery wejścia dla nowych podmiotów i ograniczając konkurencję między producentami telefonów. Sytuacja jest jednak gorsza w systemach opartych na CDMA, takich jak IS-95, gdzie Qualcomm jest głównym posiadaczem własności intelektualnej.
- GSM ma ustalony maksymalny zasięg sieci komórkowej wynoszący 120 km, co narzucają ograniczenia techniczne . Jest on rozszerzony ze starej granicy 35 km.
Zalety IS-95
- Pojemność jest największym atutem IS-95; może pomieścić więcej użytkowników za MHz z pasma niż jakakolwiek inna technologia.
- Nie ma wbudowanego limitu liczby jednoczesnych użytkowników.
- Wykorzystuje precyzyjne zegary, które nie ograniczają odległości, jaką może pokonać wieża.
- Zużywa mniej energii i pokrywa duże obszary, dzięki czemu rozmiar komórki w IS-95 jest większy.
- Potrafi wykonać rozsądne połączenie przy niższych poziomach sygnału (odbiór telefonu komórkowego).
- Używa miękkiego przełączania , zmniejszając prawdopodobieństwo przerwania połączeń.
- Kodery mowy o zmiennej szybkości IS-95 zmniejszają szybkość transmisji, gdy mówca nie mówi, co pozwala na bardziej efektywne wypełnianie kanału.
- Ma dobrze zdefiniowaną ścieżkę do wyższych szybkości transmisji danych.
Wady IS-95
- Większość technologii jest opatentowana i musi być licencjonowana przez Qualcomm .
- Oddychanie stacji bazowych, gdzie obszar zasięgu kurczy się pod obciążeniem. Wraz ze wzrostem liczby subskrybentów korzystających z danej witryny, zmniejsza się jej zasięg.
- Ponieważ wieże IS-95 kolidują ze sobą, są zwykle instalowane na znacznie krótszych wieżach. Z tego powodu IS-95 może nie radzić sobie dobrze w pagórkowatym terenie.
- USSD, PTT, połączone/e-sms nie są obsługiwane przez IS-95/CDMA
- IS-95 obejmuje mniejszą część świata, a telefony IS-95 generalnie nie są w stanie poruszać się po świecie.
- Producenci często wahają się przed wypuszczeniem urządzeń IS-95 ze względu na mniejszy rynek, więc funkcje pojawiają się czasami późno w urządzeniach IS-95.
- Nawet z wyjątkiem blokad subsydiów telefony CDMA są połączone przez ESN z określoną siecią, dlatego telefony zazwyczaj nie są przenośne między różnymi dostawcami.
Ta grafika porównuje udziały rynkowe różnych standardów mobilnych.
Na szybko rozwijającym się rynku GSM/3GSM (czerwony) rośnie szybciej niż rynek i zyskuje udział w rynku, rodzina CDMA (niebieska) rośnie mniej więcej w tym samym tempie co rynek, podczas gdy inne technologie (szary) są wycofywane
Porównanie standardów bezprzewodowego Internetu
Jako odniesienie następuje porównanie standardów mobilnego i niemobilnego bezprzewodowego Internetu.
Nazwa zwyczajowa |
Rodzina | Pierwsze użycie | Technologia radiowa |
Pobieranie (Mb/s) |
Upstream (Mbit/s) |
Uwagi |
---|---|---|---|---|---|---|
HSPA+ | 3GPP | Internet mobilny |
CDMA / TDMA / FDD MIMO |
21 42 84 672 |
5,8 11,5 22 168 |
HSPA+ jest szeroko stosowany . Wersja 11 3GPP stwierdza, że oczekuje się , że HSPA+ będzie miał przepustowość 672 Mbit/s. |
LTE | 3GPP | Internet mobilny | OFDMA / TDMA / MIMO / SC-FDMA / dla LTE-FDD / dla LTE-TDD | 100 Cat3 150 Cat4 300 Cat5 (w 20 MHz FDD) |
50 Cat3/4 75 Cat5 (w 20 MHz FDD) |
Aktualizacja LTE-Advanced ma oferować szczytowe stawki do 1 Gbit/s stałych prędkości i 100 Mb/s dla użytkowników mobilnych. |
WiMax rel 1 | 802.16 | WirelessMAN | MIMO - SOFDMA | 37 (10 MHz TDD) | 17 (10 MHz TDD) | Z 2x2 MIMO. |
WiMax rel 1,5 | 802.16-2009 | WirelessMAN | MIMO - SOFDMA | 83 (20 MHz TDD) 141 (2x20 MHz FDD) |
46 (20 MHz TDD) 138 (2x20 MHz FDD) |
Z 2x2 MIMO. Wzmocnione z kanałami 20 MHz w 802.16-2009 |
WiMAX rel 2.0 | 802,16m² | WirelessMAN | MIMO - SOFDMA |
2x2 MIMO 110 (20 MHz TDD) 183 (2x20 MHz FDD) 4x4 MIMO 219 (20 MHz TDD) 365 (2x20 MHz FDD) |
2x2 MIMO 70 (20 MHz TDD) 188 (2x20 MHz FDD) 4x4 MIMO 140 (20 MHz TDD) 376 (2x20 MHz FDD) |
Ponadto użytkownicy o niskiej mobilności mogą agregować wiele kanałów, aby uzyskać przepustowość pobierania do 1 Gbit/s |
Flash-OFDM | Flash-OFDM | Mobilność w Internecie do 200 mph (350 km/h) |
Flash-OFDM | 5,3 10,6 15,9 |
1,8 3,6 5,4 |
Zasięg w ruchu mobilnym 30 km (18 mil) Zwiększony zasięg 55 km (34 mile) |
HIPERMAN | HIPERMAN | Internet mobilny | OFDM | 56,9 | ||
Wi-Fi | 802.11 ( 11n ) |
Bezprzewodowa sieć LAN | OFDM / CSMA / MIMO / półdupleks | 288,8 (przy użyciu konfiguracji 4x4 w paśmie 20 MHz) lub 600 (przy użyciu konfiguracji 4x4 w paśmie 40 MHz) |
Antena , ulepszenia front-endu RF i drobne poprawki zegara protokołu pomogły wdrożyć dalekosiężne sieci P2P , narażając zasięg promieniowy, przepustowość i/lub wydajność widma ( 310 km i 382 km ) |
|
Wybuchnęłam | 802.20 | Internet mobilny | HC-SDMA / TDD / MIMO | 95 | 36 | Promień ogniwa: 3–12 km Prędkość: 250 km/h Wydajność widmowa: 13 bitów/s/Hz/ogniwo Współczynnik ponownego wykorzystania widma: „1” |
Ewolucja KRAWĘDZI | GSM | Internet mobilny | TDMA / FDD | 1,6 | 0,5 | Wydanie 3GPP 7 |
UMTS W-CDMA HSPA ( HSDPA + HSUPA ) |
UMTS/3GSM | Internet mobilny |
CDMA / FDD CDMA/FDD/ MIMO |
0,384 14,4 |
0,384 5,76 |
HSDPA jest szeroko stosowany . Typowe obecnie szybkości pobierania 2 Mbit/s, ~200 kbit/s łącza uplink; HSPA+ downlink do 56 Mbit/s. |
UMTS-TDD | UMTS/3GSM | Internet mobilny | CDMA / TDD | 16 | Zgłaszane prędkości zgodnie z IPWireless przy użyciu modulacji 16QAM podobnej do HSDPA + HSUPA | |
EV-DO Wzgl. 0 EV-DO Rev.A EV-DO Rev.B |
CDMA2000 | Internet mobilny | CDMA / FDD | 2,45 3,1 4,9xN |
0,15 1,8 1,8xN |
Uwaga Rev B: N to liczba używanych nośnych 1,25 MHz. EV-DO nie jest przeznaczony do obsługi głosu i wymaga powrotu do 1xRTT, gdy połączenie głosowe zostanie nawiązane lub odebrane. |
Uwagi: Wszystkie prędkości są teoretycznymi maksymalnymi wartościami i będą się różnić w zależności od wielu czynników, w tym użycia anten zewnętrznych, odległości od wieży i prędkości względem ziemi (np. komunikacja w pociągu może być gorsza niż podczas postoju). Zwykle przepustowość jest dzielona między kilka terminali. Wydajność każdej technologii jest określona przez szereg ograniczeń, w tym wydajność widmową technologii, rozmiary używanych komórek i ilość dostępnego widma. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Porównanie standardów danych bezprzewodowych .
Aby uzyskać więcej tabel porównawczych, zobacz trendy postępu szybkości transmisji , porównanie standardów telefonii komórkowej , tabelę porównawczą wydajności widmowej i tabelę porównawczą systemu OFDM .
Zobacz też
- Porównanie standardów danych bezprzewodowych
- Tabela porównawcza wydajności spektralnej
- SMS – zawierają treść jego standaryzacji
Bibliografia
- ^ „Statystyki subskrybentów koniec I kwartału 2007” (PDF) . Zarchiwizowane z oryginału (PDF) w dniu 27 września 2007 . Źródło 22 września 2007 .
- ^ „Grupa rozwoju CDMA ogłasza„ SVDO ”: obsługa połączeń i danych w tym samym czasie” . Wpcentral.com . 18 sierpnia 2009 . Źródło 30 lipca 2018 .
- ^ „Największa i najbardziej niezawodna sieć narodu - AT&T” . Bezprzewodowa.att.com . Zarchiwizowane z oryginału w dniu 15 sierpnia 2018 r . Źródło 30 lipca 2018 .
- ^ „IS-95 (CDMA) i GSM (TDMA)” . Zarchiwizowane z oryginału w dniu 26 lutego 2011 . Źródło 3 lutego 2011 .
- ^ „Zarchiwizowana kopia” . Zarchiwizowane z oryginału w dniu 23 stycznia 2011 . Źródło 18 stycznia 2011 .CS1 maint: zarchiwizowana kopia jako tytuł ( link )
- ^ „Zarchiwizowana kopia” . Zarchiwizowane z oryginału w dniu 9 maja 2006 roku . Źródło 14 czerwca 2006 .CS1 maint: zarchiwizowana kopia jako tytuł ( link )
- ^ "Często zadawane pytania dotyczące komputerów PC" . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 9 maja 2005 r.
- ^ B "LTE" . Strona internetowa 3GPP . 2009 . Źródło 20 sierpnia 2011 .
- ^ a b c „WiMAX i IEEE 802.16m Air Interface Standard” (PDF) . Forum WiMax. 4 kwietnia 2010 . Źródło 7 lutego 2012 .