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 sieciowa i standard
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

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.

Rozwój udziału w rynku standardów mobilnych

Ta grafika porównuje udziały rynkowe różnych standardów mobilnych.

Abonenci telefonów komórkowych według technologii (lewa oś Y) i całkowitej liczby abonentów na świecie (prawa oś Y)

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.

Porównanie metod mobilnego dostępu do 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

Bibliografia

  1. ^ „Statystyki subskrybentów koniec I kwartału 2007” (PDF) . Zarchiwizowane z oryginału (PDF) w dniu 27 września 2007 . Źródło 22 września 2007 .
  2. ^ „Grupa rozwoju CDMA ogłasza„ SVDO ”: obsługa połączeń i danych w tym samym czasie” . Wpcentral.com . 18 sierpnia 2009 . Źródło 30 lipca 2018 .
  3. ^ „Największa i najbardziej niezawodna sieć narodu - AT&T” . Bezprzewodowa.att.com . Zarchiwizowane z oryginału w dniu 15 sierpnia 2018 r . Źródło 30 lipca 2018 .
  4. ^ „IS-95 (CDMA) i GSM (TDMA)” . Zarchiwizowane z oryginału w dniu 26 lutego 2011 . Źródło 3 lutego 2011 .
  5. ^ „Zarchiwizowana kopia” . Zarchiwizowane z oryginału w dniu 23 stycznia 2011 . Źródło 18 stycznia 2011 .CS1 maint: zarchiwizowana kopia jako tytuł ( link )
  6. ^ „Zarchiwizowana kopia” . Zarchiwizowane z oryginału w dniu 9 maja 2006 roku . Źródło 14 czerwca 2006 .CS1 maint: zarchiwizowana kopia jako tytuł ( link )
  7. ^ "Często zadawane pytania dotyczące komputerów PC" . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 9 maja 2005 r.
  8. ^ B "LTE" . Strona internetowa 3GPP . 2009 . Źródło 20 sierpnia 2011 .
  9. ^ a b c „WiMAX i IEEE 802.16m Air Interface Standard” (PDF) . Forum WiMax. 4 kwietnia 2010 . Źródło 7 lutego 2012 .