Сотовые сети 2G, 3G, 4G, 5G — как работают и в чем разница
Содержание
Содержание
Сотовая связь является основой современных коммуникаций. Технически это одна из разновидностей радиосвязи, в которой абоненты связываются друг с другом с помощью сети базовых станций, принимающих и ретранслирующих сигнал от приемопередатчиков пользователей. Для того, чтобы связь была доступна везде, в любом месте и любое время, независимо от того, где находитесь вы и ваш собеседник, таких базовых станций должно быть очень много, чтобы покрыть максимум площади и обеспечить одновременную связь сразу множеству абонентов.
Именно из-за карты покрытия сети этот вид связи и назвали «сотовой». Все дело в том, что зоны покрытия от каждой станции немного накладываются на соседние, чтобы обеспечить непрерывность нахождения пользователя в сети. Поэтому, когда вы смотрите на схему размещения и покрытия сверху, то круги, показывающие зону действия каждой базовой станции, пересекаясь друг с другом, образуют контур, напоминающий пчелиные соты.
Сотовая связь стала привычным явлением, поэтому сейчас сложно представить, что относительно недавно ее не было: например, в России мобильная связь начала массово распространяться только в начале XXI века. В силу того, что в России массовая сотовая связь появилась несколько позже, чем в остальном мире, у нас быстро появились сети 2G, а сети первого поколения разворачивались не везде и проработали недолго. Поэтому коротко расскажем об особенностях сотовых сетей, начиная со второго поколения 2G и заканчивая 5G, внедрения которого все ждут.
Сотовые сети 2G, 3G, 4G, 5G: в чем основное отличие
Если говорить коротко, то основным отличием сотовых сетей разных поколений является скорость передачи данных, становившаяся все быстрее по мере развития технологий и быстродействия оборудования. Немного остановимся на особенностях каждого из стандартов.
Сотовые сети 2G
Первоначально стандарт 2G использовался только для мобильной телефонии. В России и Европе сети 2G построили на основе стандарта GSM 900, который затем развился в GSM 1800. Первый стандарт использует для работы частоту 900 МГц, второй — 1800 МГц. Преимущество GSM 1800 заключается в увеличенной емкости сети, хотя соты и покрывают меньшую площадь по сравнению с GSM 900. В сетях 2G на момент запуска можно было передавать короткие текстовые сообщения SMS и данные со скоростью медленного телефонного модема — до 14,4 кБит/с.
Ситуация изменилась в 1997 году, когда разработали и внедрили сервис «General Packet Radio Service» (GPRS) – надстройку над телефонным каналом мобильной связи, предназначенную для передачи данных. Максимальная скорость передачи данных через GPRS теоретически составляла до 171,2 кБит/с, практически — значительно ниже. На сегодня это уже откровенно мало, но на момент запуска было очень хорошо, потому что это было время, когда пользователи начали в массовом порядке осваивать электронную почту.
Сети с использованием GPRS получили индекс 2,5G, потому что до уже утвержденных к тому моменту норм стандарта 3G они не дотягивали. В дальнейшем появилось еще и 2,75G – технология EDGE, отличающаяся от GPRS способом кодирования и увеличенной скоростью передачи данных. Внедрение EDGE позволило повысить скорость передачи данных до 474 кбит/с в теории и до 220 кбит/с на практике. В некоторых случаях EDGE даже относят к технологии 3G, если способ ее реализации позволяет обеспечивать требования к этому стандарту (скорость передачи данных — до 384 кбит/с).
Сотовые сети 3G
Первые коммерческие сети этого стандарта были запущены в 2001-2003 году. Сначала появилась сеть в Японии, потом в Норвегии. В США первую сеть 3G запустили в 2002 году, а в России сети третьего поколения начали работу в тестовом режиме в 2002 году. Массовый запуск в регионах начался с 2008 года.
Основой 3G сети в России является стандарт UMTS (или W-CDMA). Первоначально скорость передачи данных в них достигала 384 кбит/с. В дальнейшем скорости быстро выросли с появлением 3,5G, то есть с внедрением стандартов HSPA и HSPA+, способных, в идеале, развивать скорости до 14,4 Мбит/с и 42 Мбит/с соответственно.
Важная особенность 3G — по мере движения и удаления пользователя от одной базовой станции, его «подхватывает» другая, забирая на себя часть потока данных. При этом «старая» базовая станция постепенно уменьшает поток данных, пока абонент совсем не покинет зону ее действия. Благодаря такой работе и при наличии хорошего покрытия сети вероятность того, что случится обрыв связи, становится меньше, чем в GSM, где используется жесткое переключение пользователя между базовыми станциями.
Сотовые сети 4G
Следующим шагом по повышению скорости передачи данных стало внедрение сотовых сетей четвертого поколения. На сегодня это самые актуальные сети для мобильной связи и высокоскоростного мобильного доступа в Интернет. В России сети 4G работают на частотах 1800 МГц, 2600 МГц и реже на частоте 800 МГц.
Теоретически стандарты связи в сетях четвертого поколения могут выдать скорость загрузки до 1 Гбит/с для стационарного абонента. На практике все очень сильно зависит от качества сигнала и загрузки базовых станций, поэтому реальные скорости намного меньше. В лучшем случае вы получите соединение со скоростью 100 Мбит/с и то, это если говорить о Москве. Например, «Билайн» заявляет максимальную скорость в своих сетях 4G до 73 Мбит/с, в сетях 4G+ – до 110 Мбит/с. Реальная скорость получается ниже.
Особенность 4G заключается в том, что сначала были запущены сети LTE для передачи данных. LTE — это стандарт беспроводной высокоскоростной передачи данных с увеличенной пропускной способностью, разработанный на основе предыдущих стандартов EDGE и HSPA. У LTE есть важная особенность: сети этого стандарта умеют передавать только данные, но не голос, так как LTE поддерживает только коммутацию пакетов данных, а голосовые вызовы в GSM и UMTS осуществляются на основе коммутации каналов.
Поэтому первоначально сети на основе LTE использовались только для передачи данных, а голосовая связь осуществлялась за счет переключения смартфонов в сети 3G или даже 2G. В дальнейшем реализовали технологию VoLTE — передачу голоса в сетях LTE. После этого стало возможно внедрение полноценных 4G-сетей. На момент написания статьи это наиболее актуальный и быстродействующий стандарт, а сотовые операторы постепенно расширяют зону покрытия сетями 4G.
Сотовые сети 5G
Следующий шаг в развитии беспроводных сетей — 5G. Разработчики обещают, что скорости передачи данных в новой сети будут в 10 раз выше, чем в сетях 4G. 5G — это стабильный широкополосный доступ в сеть, позволяющий широко использовать «Интернет вещей» не только в бытовой сфере, но и в промышленности. Кроме того, 5G за счет стабильной и надежной связи позволит реализовать удаленное управление и полный контроль за происходящим в таких критически важных отраслях, как, например, медицина. Подробнее о сетях 5G рассказывается в статье Клуба 5G. Реальность и перспективы.
Выбор сети на смартфоне. Как разные сети отображаются на экране
Нужно ли обычному пользователю знать, в какой сети он в данный момент находится, есть ли от этого польза и требуется ли что-то настраивать вручную?
Понимание того, в какой сети вы в данный момент находитесь, позволит оценить скорость загрузки данных и понять, что сделать реально, а что не стоит даже пробовать. Например, находясь в сети GPRS бессмысленно пытаться посмотреть ролики в YouTube или TikTok. Для этого нужна как минимум сеть 3G, причем в своей быстрой версии —HSPA или HSPA+.
Тип сети на экране смартфона отображается рядом со значком уровня сигнала и передачи данных. Так при включении сети 2G вы можете увидеть значок «2G» или «E», которые сообщают вам о том, что смартфон подключился к сети GPRS или EDGE, соответственно.
При подключении к сети 3G в наше время, скорее всего, вы увидите значок «Н» или «Н+», сообщающий о том, что устройство подключено к сети HSPA или HSPA+. Возможно, где-то вам удастся и поймать сигнал только со значком «3G» — это также сети третьего поколения.
Сети 4G обозначаются значком «4G» или «LTE». Например, вот таким.
Теперь разберемся с тем, как самостоятельно выбирать сети и принудительно назначать, в каком стандарте работать. Автоматическое подключение к новейшему стандарту не всегда хорошо. Если вы находитесь на границе действия сети 4G, но при этом рядом имеется хороший сигнал 3G, лучше переключиться на него, так как скорость будет быстрее.
Делается это так. В настройках надо зайти в раздел «Мобильная сеть». Далее — «Мобильная передача данных», где надо выбрать пункт меню «Предпочтительный режим сети».
У вас могут быть доступны, в зависимости от смартфона, следующие опции: «Авто 4G/3G/2G», «Авто 3G/2G», «Только 4G», «Только 3G», «Только 2G».
«Авто» обозначает, что смартфон сам выбирает сеть из имеющихся в наличии. Если вы указали одну из сетей, например, «Только 3G», то устройство станет соединяться только с сетями этого стандарта. Выбрать в глухой деревне «Только 2G» полезно — и соединение будет стабильнее и заряд аккумулятора сэкономите.
Как правильно выбрать смартфон с LTE
Каждый, кто покупал смартфон за границей, мог столкнуться с тем, что новенький и полностью работоспособный гаджет почему-то отказывается функционировать в российских сетях 4G. Проблема в том, что сети четвёртого поколения строятся в самых разных частотных диапазонах. А девайсы, как правило, выпускают под тот или иной набор этих диапазонов, а не под любые возможные диапазоны и их комбинации. Чтобы не пожалеть о покупке, нужно разбираться в некоторых технологических деталях, и мы попробуем вам в этом помочь.
Говоря о правильном выборе смартфона, в этот раз мы не имеем в виду платформу, на которой он собран, особенности операционной системы или камеру. Сосредоточимся на параметрах, обеспечивающих наилучшую работу вашего аппарата в сетях 4G/LTE. Это особенно важно для всех, кто активно пользуется мобильным Интернетом. Пользовательский опыт в сети LTE обычно заметно отличается от пользовательского опыта в сети 3G, даже в варианте HSPA+. Проще говоря, если вы в зоне уверенного покрытия LTE, а гаджет поддерживает современные режимы передачи данных, у вас, что называется, «всё летает». А вот о том, какие характеристики смартфона важны для достижения максимальной скорости — читайте в статье.
Частоты LTE: что это за бэнды и почему они важны?
Почему вообще нужно чем-то заморачиваться, ведь мы же не выбираем смартфоны по особенностям их работы с 3G? Всё просто. Для технологий 3G/WCDMA в мире закреплена полоса частот в диапазоне 2100 МГц. Поскольку этих частот не хватает, кое-где для 3G применяется также диапазон 900 МГц. В большинстве случаев любой современный аппарат поддерживает работу в 3G в обоих этих диапазонах. «Чистый» 3G сейчас нигде не используется, поэтому смартфон должен также понимать такие «расширения» технологии, как HSPA и HSPA+, ускоряющие работу с мобильным Интернетом. Чаще всего новые девайсы поддерживают и эти технологии.
Иное дело с LTE. Данный стандарт изначально подразумевал возможность построения сетей связи и мобильного Интернета в самых разных частотных диапазонах. В мире их используется больше десятка, причём в разных странах — разные комбинации частот. Ещё и не каждый оператор поддерживает одинаковый набор диапазонов даже в пределах одной страны. В России набор используемых частотных диапазонов LTE не так уж велик. Тем не менее, покупая смартфон за границей (например, в интернет-магазине), можно остаться без 4G из-за несовместимости приобретённого аппарата с той или иной нашей сетью.
Чтобы такого не произошло, желательно выбирать гаджет, исходя из того, какие частоты LTE поддерживает оператор в вашем регионе. Ситуация со временем меняется, операторы обзаводятся всё новыми частотами, поэтому задумываться о совместимости следует каждый раз, когда вы покупаете новый девайс.
Распределение частот в Москве (источник PicoCell)
На сегодня в России операторы «большой четвёрки» располагают сетями LTE в следующих основных диапазонах: 1800 МГц (b3), 2,5-2,7 ГГц (b7), 800 МГц (b20). Буква b c числом, приведённые в скобках — это «бэнд», название диапазона по классификации международной группы 3GPP, занимающейся разработкой стандартов LTE. Перечисленные диапазоны применяются для организации сетей FDD LTE с так называемым частотным разделением каналов, когда входящий и исходящий потоки данных идут на разных частотах. Есть также технология TDD с временным разделением каналов: когда входящий и исходящий потоки данных поочередно гоняются между аппаратом и сетью с использованием одной и той же полосы частот. В России эта технология также используется. Задействованный под неё диапазон — 2,5-2,6 ГГц (b38).
OnePlus 5 — смартфон, поддерживающий диапазоны b1/2/3/4/5/7/8/12/17/18/19/20/25/26/28/29/30/38/39/40/41/66
Резюме: какие частоты нужны в России. В идеале ваш смартфон должен в обязательном порядке поддерживать диапазоны b3 и b7 — это основа хорошего мобильного Интернета. Желателен диапазон b20: есть места, где он — единственная возможность получить доступ к LTE. Что касается b38, то его можно сравнить с вишенкой на торте — жить без неё можно, но как украшение не помешает.
Категории CAT: чем выше, тем быстрее
Куда важнее другой аспект, которому стоит уделить внимание при выборе нового аппарата. Сегодня сети LTE зачастую поддерживают работу смартфонов сразу в нескольких частотных диапазонах одновременно. Принято называть такой режим работы агрегацией частот (LTE-A). Гоняя данные сразу в нескольких частотных диапазонах, можно достичь более высоких скоростей скачивания и передачи информации. Однако для того, чтобы эта схема работала, необходимо выполнение нескольких условий. В той точке, где вы сейчас находитесь, должно наблюдаться покрытие сразу в нескольких частотных диапазонах LTE, оборудование оператора должно быть настроено на работу с устройствами с поддержкой LTE-A, а ваш смартфон — поддерживать LTE-A, причём именно тех комбинаций частот, которые предоставляет оператор. Звучит крайне сложно? На деле задумываться об этом следует только в момент покупки девайса.
А вот ещё на одну особенность стоит обратить внимание. Речь идёт о так называемой категории устройства. Обычно она отмечена однозначным или двузначным числом от 0 до 17. До недавнего времени считалось, что поддержки смартфоном категории Cat.3 вполне достаточно для пользования услугами LTE в России. Сегодня планка «достаточно» поднялась до Cat.4 (теоретически поддерживаются скорости до 150 Мбит/c), а для любителей самого быстрого Интернета следует рекомендовать девайсы с поддержкой режима агрегации частот, что соответствует категории Cat.6. (до 300 Мбит/c). Число в скобках — так называемые пиковые скорости. Скачивать данные с такими скоростями в реальной жизни не получится, но высокие пиковые скорости, как правило, оборачиваются более высокими средними скоростями скачивания информации.
Категории устройств и скорости передачи данных
Категория абонентского устройства
Максимальная скорость скачивания данных, Мбит/c
Поддержка агрегации несущих, МГц
LTE Cat: описание стандарта мобильного интернета четвертого поколения
При выборе смартфона следует обращать внимание на скорость передачи данных. Стандарт связи 4G/LTE – самый быстрый из повсеместно внедренных. Но в рамках этого стандарта существуют несколько субстандартов, которые отличаются скоростью, частотой и другими параметрами связи и маркируются обозначением LTE Cat.
4G связь
На смену 3G связи пришел 4G. LTE – стандарт, который по состоянию на 2021 год больше всего распространен в мире. Максимальная скорость этого стандарта составляет 40 Мбит/с. Но такие показатели наблюдаются в идеальных условиях. Реальная же скорость колеблется в диапазоне 10-20 Мбит/с.
Высокоскоростной беспроводной стандарт LTE используется для сотовой связи. Структура сети с LTE основана на протоколах UMTS/GSM. Но в некоторых случаях данный стандарт превосходит по скоростным возможностям даже проводное соединение.
LTE Cat
Обозначение LTE Cat содержит информацию о категории протокола 4G, поддерживаемой устройством. Категория присваивается на основании максимальной скорости приема и передачи данных. Поэтому перед покупкой нового устройства следует обратить внимание на оборудование и поддержку LTE Cat. Отличие в скорости передачи может существенно отличаться от марки и модели.
К примеру, на Айфоне 6, который поддерживает LTE Cat 4, скорость передачи до 50 Мбит/с, загрузка – не более 150 Мбит/с. Смартфоны Samsung A8 рассчитаны на Cat 11. Это значит, что возможный максимум загрузки – 800 Мбит/с, передачи данных – 75 Мбит/с.
Если вам попадется модель с поддержкой LTE TD SCDMA UMTS, полезно знать, что это за стандарт. Этот протокол передачи данных был разработан China Mobile и по состоянию на 2021 год используется только этим китайским оператором, поэтому никаких преимуществ в других странах его поддержка смартфоном не дает.
Характеристики одного и того же устройства могут отличаться. На возможности влияет регион или страна. Чтобы узнать о том, что может прибор, достаточно изучить руководство по эксплуатации или же позвонить в службу поддержки изготовителя.
Рассмотрим существующие категории стандарта LTE в виде таблицы:
| LTE Cat | Максимальная скорость скачивания, Мбит/с | Максимальная скорость закачивания, Мбит/с |
| 1 | 1 | |
| 1 | 10 | 5 |
| 2 | 50 | 25 |
| 3 | 100 | 50 |
| 4 | 150 | 50 |
| 5 | 300 | 75 |
| 6 (Начиная с LTE Cat6, категории относятся к субстандарту LTE-A) | 300 | 50 |
| 7 | 300 | 100 |
| 8 | 3000 | 1500 |
| 9 | 450 | 50 |
| 10 | 450 | 100 |
| 11 | 600 | 50 |
| 12 | 600 | 100 |
| 13 | 390 | 150 |
| 14 | 3900 | 1500 |
Таким образом, за редкими исключениями чем выше номер категории – тем быстрее будет работать интернет на смартфоне. Немного выделяются только стандарты LTE Cat13, который по скорости занимает промежуточную позицию между 7 и 9 категориями, и LTE Cat8, который уступает по скорости только LTE Cat14.
Разница между LTE TDD и LTE FDD
Рассмотрим LTE FDD – что это и чем отличается от других обозначений стандарта 4G. Данная аббревиатура – название одного из видов стандарта.
Всего таких разновидностей две:
Первый стандарт представляет собой последовательный LTE, второй – параллельный. К примеру, с 20-мегагерцовой шириной канала в FDD, диапазон частично делится на выгрузку (5 МГц) и загрузку (15 МГц). Пересечений каналов не происходит, благодаря чему оба процесса активны одновременно.
В случае с TD LTE все наоборот. 20 МГц полностью расходуются на один процесс, тогда как второй приостанавливается на время выполнения первого. Поэтому FDD считается более эффективным. С ним устройство работает более стабильно и гораздо быстрей. Однако при решении задач, требующих высокой скорости только на загрузку или только на выгрузку TDD может оказаться эффективнее, чем FDD.
Частоты
Оба вида сети работают на разных частотах в зависимости от локации. В некоторых странах используется несколько диапазонов (Band). Следует также учитывать, что не все устройства поддерживают все существующие бенды.
Нумерация FDD – 1-31. Диапазон TDD находится в пределах 33-44. Рассмотрим, что такое бенд 20. Это диапазон, используемый в Европе и России. Для этих локаций также часто подходят бенды 3, 7 и 38.
К примеру, Мегафон работает сразу на таких частотных полосах:
Следует учитывать, что есть и региональные LTE-операторы, и некоторые из них используют совершенно другие бенды.
Скорость LTE
Преимущество данного стандарта – архитектура системы безопасности LTE. Большинство пользователей интересует скорость передачи данных. Некоторые используют смартфон в качестве модема, поэтому вопросы покрытия и насколько быстро передается информация являются самыми важными.
Какой будет скорость, зависит от ширины диапазона поставщика и поддерживаемой разновидности сетевого дуплекса.
Поэтому показатели на разных полосах могут существенно отличаться:
Для LTE-Advanced характерна агрегация, которая позволяет суммировать полосы в различных диапазонах. Благодаря такому эффекту ощутимо увеличивается скорость.
Можно сложить, к примеру, из разного диапазона полосы в 10 МГц и 20 МГц. Результатом станет скорость 225 Мбит/с (полоса 30 МГц). Агрегация в некоторых странах позволяют комбинировать сразу 4 полосы. Благодаря этому можно получить скорость в 600 Мбит/с и даже больше.
Перспективы LTE 4G
Стандарт существует несколько лет. Однако в некоторых регионах по-прежнему нет даже 3G. На смену четвертому поколению пришло пятое, но 4G еще долго просуществует.
Мобильный интернет стандарта LTE позволяет достигнуть скорость в 100 Мбит/с и выше, поэтому уже стал отличной альтернативой кабельному подключению. Такой способ целесообразен экономически. Чтобы провести кабель в отдаленные локации, потребуется много затрат.
Особый интерес представляет использование LTE 4G в сочетании с WiMAX, что позволит создавать локальные беспроводные высокоскоростные сети с доступом в интернет.
LTE-450
Рассмотрим сеть LTE 450 – что это такое и чем отличается от других категорий 4G. Само название говорит о высокой скорости интернета и качестве покрытия. Частота сети – 450 МГц. Она идеально подходит населенным пунктам, в которых нет качественного мобильного интернета. Преимущество этого диапазона – способность сигнала преодолевать стены и проникать в подвальные помещения.
Станция способна покрывать радиус в 20 км. Это приблизительно в 5 раз превышает возможности LTE, который работает на частоте 2600 МГц. Возможность подключения по этому стандарту предоставляет провайдер Теле2.
Чтобы пользоваться высокоскоростным интернетом, рекомендуется приобрести оборудование от Skylink:
Эти устройства работают не только с частотой 450 МГц, но и другими диапазонами. Среди поддерживаемых бендов есть и стандартные 1800, 800 и 2600 МГц. Если прибор обнаружит более высокие частоты, будет происходить автопереключение на них.
