Compararea standardelor de telefonie mobilă - Comparison of mobile phone standards

Aceasta este o comparație a standardelor de telefoane mobile . O nouă generație de standarde celulare a apărut aproximativ la fiecare al zecelea an de când sistemele 1G au fost introduse în 1979 și la începutul până la mijlocul anilor 1980.

Probleme

Sistemul global pentru comunicații mobile (GSM, cota de piață de aproximativ 80-85%) și IS-95 (cota de piață de aproximativ 10-15%) au fost cele două tehnologii de comunicații mobile 2G cele mai răspândite în 2007. În 3G, cea mai răspândită tehnologie a fost UMTS cu CDMA-2000 în strânsă dispută.

Toate tehnologiile de acces radio trebuie să rezolve aceleași probleme: să împartă spectrul RF finit între mai mulți utilizatori cât mai eficient posibil. GSM utilizează TDMA și FDMA pentru separarea utilizatorilor și a celulelor. UMTS, IS-95 și CDMA-2000 utilizează CDMA . WiMAX și LTE folosesc OFDM .

  • Accesul multiplu de divizare în timp (TDMA) oferă acces multiuser prin tăierea canalului în felii de timp secvențiale. Fiecare utilizator al canalului se transformă pe rând pentru a transmite și primi semnale. În realitate, o singură persoană folosește canalul într-un anumit moment. Acest lucru este similar cu partajarea timpului pe un server de computer mare.
  • Accesul multiplu prin diviziune de frecvență (FDMA) oferă acces multi- utilizator prin separarea frecvențelor utilizate. Acesta este utilizat în GSM pentru a separa celulele, care apoi utilizează TDMA pentru a separa utilizatorii din celulă.
  • Acces multiplu prin diviziune de cod (CDMA) Aceasta utilizează o modulație digitală numită spectru răspândit care răspândește datele vocale pe un canal foarte larg în mod pseudorandom folosind un cod pseudorandom specific utilizatorului sau celulei. Receptorul anulează randomizarea pentru a colecta biții împreună și pentru a produce datele originale. Deoarece codurile sunt pseudorandom și selectate în așa fel încât să provoace interferențe minime unul cu altul, mai mulți utilizatori pot vorbi în același timp și mai multe celule pot partaja aceeași frecvență. Acest lucru determină un zgomot de semnal adăugat care îi obligă pe toți utilizatorii să utilizeze mai multă energie, ceea ce, în schimb, reduce autonomia celulei și durata de viață a bateriei.
  • Accesul multiplu de diviziune a frecvenței ortogonale (OFDMA) utilizează gruparea mai multor benzi de frecvență mici, care sunt ortogonale între ele, pentru a asigura separarea utilizatorilor. Utilizatorii sunt multiplexați în domeniul frecvenței prin alocarea unor sub-benzi specifice utilizatorilor individuali. Acest lucru este adesea îmbunătățit prin efectuarea TDMA și schimbarea alocării periodic, astfel încât utilizatorii diferiți să obțină sub-benzi diferite în momente diferite.

În teorie, CDMA, TDMA și FDMA au exact aceeași eficiență spectrală, dar practic, fiecare are propriile provocări - controlul puterii în cazul CDMA, sincronizarea în cazul TDMA și generarea / filtrarea frecvenței în cazul FDMA.

Pentru un exemplu clasic de înțelegere a diferenței fundamentale dintre TDMA și CDMA, imaginați-vă un cocktail în care cuplurile vorbesc între ele într-o singură cameră. Camera reprezintă lățimea de bandă disponibilă:

TDMA: Un difuzor vorbește pe rând cu un ascultător. Vorbitorul vorbește pentru scurt timp și apoi se oprește pentru a lăsa un alt cuplu să vorbească. Niciodată nu vorbește mai mult de un vorbitor în cameră, nimeni nu trebuie să-și facă griji că două conversații se amestecă. Dezavantajul este că limitează numărul practic de discuții din sală (în funcție de lățime de bandă).
CDMA: orice vorbitor poate vorbi oricând; cu toate acestea, fiecare folosește un limbaj diferit. Fiecare ascultător nu poate înțelege decât limba partenerului său. Pe măsură ce tot mai multe cupluri vorbesc, zgomotul de fond (reprezentând podeaua zgomotului ) devine mai puternic, dar din cauza diferenței de limbi, conversațiile nu se amestecă. Dezavantajul este că, la un moment dat, nu se poate vorbi mai tare. După aceasta, dacă zgomotul crește (mai mulți oameni se alătură petrecerii / celulei), ascultătorul nu poate afla despre ce vorbește vorbitorul fără a se apropia de vorbitor. De fapt, acoperirea celulei CDMA scade odată cu creșterea numărului de utilizatori activi. Aceasta se numește respirație celulară.

Tabel comparativ

Generaţie Tehnologie Caracteristică Codificare Anul primei utilizări Roaming Interoperabilitatea receptorului Interferență comună Calitatea semnalului / zona de acoperire Utilizarea frecvenței / densitatea apelurilor Ia mâna Voce și date în același timp
1G FDMA NMT Analogic 1981 Nordici și alte câteva țări europene Nici unul Nici unul Acoperire bună datorită frecvențelor joase Densitate foarte mică Greu Nu
2G TDMA și FDMA GSM Digital 1991 La nivel mondial, toate țările, cu excepția Japoniei și Coreei de Sud card SIM Unele electronice, de exemplu amplificatoare Acoperire bună în interior pe 850/900 MHz. Repetatoare posibile. Limită dură de 35 km. Densitate foarte mică Greu Da GPRS Clasa A
2G CDMA IS-95 (CDMA one) Digital 1995 Limitat Nici unul Nici unul Dimensiunea nelimitată a celulei, puterea redusă a emițătorului permite celulele mari Densitate foarte mică Moale Nu
3G CDMA IS-2000 (CDMA 2000) Digital 2000/2002 Limitat RUIM (rar folosit) Nici unul Dimensiunea nelimitată a celulei, puterea redusă a emițătorului permite celulele mari Densitate foarte mică Moale Nu EVDO / Da SVDO
3G W-CDMA UMTS (3GSM) Digital 2001 La nivel mondial card SIM Nici unul Celule mai mici și acoperire mai mică în interior la 2100 MHz; acoperire echivalentă în interior și autonomie superioară GSM pe 850/900 MHz. Densitate foarte mică Moale da
4G OFDMA LTE Digital 2009 Limitat card SIM Nici unul Celulele mai mici și o acoperire mai mici de pe banda de S . Densitate foarte mică Greu Nu (numai date)
Voce posibilă prin VoLTE sau alternativă la 2G / 3G
5G OFDMA NR Digital 2018 Limitat card SIM Nici unul Celule dense pe unde milimetrice . Densitate foarte mică Greu Nu (numai date)
Voce posibilă prin VoNR


Compatibilitate rețea și standard
Compatibilitatea rețelei Standard sau Revizuire
GSM ( TDMA , 2G ) GSM (1991), GPRS (2000), EDGE (2003)
cdmaOne ( CDMA , 2G ) cdmaOne (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 Advanced (2011), LTE Advanced Pro (2016)
5G NR (2018)

Puncte tari și puncte slabe ale IS-95 și GSM

Avantajele GSM

Dezavantaje ale GSM

  • Interferă cu unele electronice, în special cu anumite amplificatoare audio.
  • Proprietatea intelectuală este concentrată printre câțiva participanți din industrie, creând bariere la intrarea noilor intrați și limitând concurența în rândul producătorilor de telefoane. Cu toate acestea, situația este mai gravă în sistemele bazate pe CDMA, cum ar fi IS-95, unde Qualcomm este principalul deținător de IP.
  • GSM are o rază maximă fixă ​​de celule de 120 km, care este impusă de limitări tehnice . Aceasta este extinsă de la vechea limită de 35 km.

Avantajele IS-95

  • Capacitatea este cel mai mare atu al IS-95; poate găzdui mai mulți utilizatori pe MHz de lățime de bandă decât orice altă tehnologie.
  • Nu are nicio limită încorporată la numărul de utilizatori concurenți.
  • Folosește ceasuri precise care nu limitează distanța pe care o poate parcurge un turn.
  • Consumă mai puțină energie și acoperă suprafețe mari, astfel încât dimensiunea celulei din IS-95 este mai mare.
  • Capabil să producă un apel rezonabil cu niveluri mai mici de semnal (recepție telefon mobil).
  • Folosește transfer manual , reducând probabilitatea de a renunța la apeluri.
  • Codificatoarele de voce cu rată variabilă ale IS-95 reduc rata transmisă atunci când difuzorul nu vorbește, ceea ce permite canalului să fie ambalat mai eficient.
  • Are o cale bine definită către rate de date mai mari.

Dezavantaje ale IS-95

  • Majoritatea tehnologiilor sunt brevetate și trebuie să fie licențiate de la Qualcomm .
  • Respirația stațiilor de bază, unde zona de acoperire se micșorează sub sarcină. Pe măsură ce numărul de abonați care utilizează un anumit site crește, gama site-ului respectiv scade.
  • Deoarece turnurile IS-95 interferează între ele, acestea sunt instalate în mod normal pe turnuri mult mai scurte. Din această cauză, IS-95 poate să nu aibă performanțe bune pe terenul deluros.
  • USSD, PTT, concatenate / E-sms nu sunt acceptate de IS-95 / CDMA
  • IS-95 acoperă o porțiune mai mică a lumii, iar telefoanele IS-95 sunt în general incapabile să circule la nivel internațional.
  • Producătorii ezită adesea să lanseze dispozitive IS-95 din cauza pieței mai mici, astfel încât caracteristicile întârzie uneori să ajungă la dispozitivele IS-95.
  • Chiar și cu excepția blocării subvențiilor , telefoanele CDMA sunt conectate de ESN la o anumită rețea, astfel telefoanele nu sunt de obicei portabile de la furnizori.

Dezvoltarea cotei de piață a standardelor mobile

Această grafică compară cotele de piață ale diferitelor standarde mobile.

Abonați la telefoane mobile în funcție de tehnologie (axa Y stângă) și numărul total de abonați la nivel global (axa Y dreapta)

Pe o piață în creștere rapidă, GSM / 3GSM (roșu) crește mai repede decât piața și câștigă cote de piață, familia CDMA (albastru) crește cam la aceeași viteză ca piața, în timp ce alte tehnologii (gri) sunt eliminate treptat

Compararea standardelor de internet wireless

Ca referință, urmează o comparație a standardelor de internet wireless și non-mobil.

Compararea metodelor de acces la internet mobil

Nume comun
Familie Utilizare primară Radio Tech Aval
(Mbit / s)
Amonte
(Mbit / s)
Note
HSPA + 3GPP Internet mobil CDMA / TDMA / FDD
MIMO
21
42
84
672
5,8
11,5
22
168
HSPA + este implementat pe scară largă . Revizuirea 11 a 3GPP prevede că HSPA + are o capacitate de transfer de 672 Mbit / s.
LTE 3GPP Internet mobil OFDMA / TDMA / MIMO / SC-FDMA / pentru LTE-FDD / pentru LTE-TDD 100 Cat3
150 Cat4
300 Cat5
(în FDD de 20 MHz)
50 Cat3 / 4
75 Cat5
(în FDD de 20 MHz)
Actualizarea LTE-Advanced se așteaptă să ofere rate maxime de până la 1 Gbit / s viteze fixe și 100 Mb / s utilizatorilor de telefonie mobilă.
WiMax rel 1 802.16 WirelessMAN MIMO - SOFDMA 37 (TDD 10 MHz) 17 (TDD de 10 MHz) Cu 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)
Cu MIMO 2x2. Îmbunătățit cu canale de 20 MHz în 802.16-2009
WiMAX rel 2.0 802,16m 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)
De asemenea, utilizatorii cu mobilitate redusă pot agrega mai multe canale pentru a obține o viteză de descărcare de până la 1 Gbit / s
Flash-OFDM Flash-OFDM Mobilitate Internet mobil
până la 350 km / h
Flash-OFDM 5,3
10,6
15,9
1,8
3,6
5,4
Autonomie mobilă 30 km (18 mile)
Autonomie extinsă 55 km (34 mile)
HIPERMAN HIPERMAN Internet mobil OFDM 56,9
Wifi 802.11
( 11n )
Wireless LAN OFDM / CSMA / MIMO / Half Duplex 288.8 (folosind configurația 4x4 în lățimea de bandă de 20 MHz) sau 600 (folosind configurația 4x4 în lățimea de bandă de 40 MHz)

Antena , îmbunătățirile frontale RF și modificările minore ale temporizatorului de protocol au ajutat la implementarea rețelelor P2P cu rază lungă de acțiune care compromit acoperirea radială, randamentul și / sau eficiența spectrelor ( 310 km și 382 km )

iBurst 802,20 Internet mobil HC-SDMA / TDD / MIMO 95 36 Raza celulei: 3-12 km
Viteza: 250 km / h
Eficiența spectrală: 13 biți / s / Hz / celulă
Factorul de reutilizare a spectrului: "1"
EDGE Evolution GSM Internet mobil TDMA / FDD 1.6 0,5 3GPP lansarea 7
UMTS W-CDMA
HSPA ( HSDPA + HSUPA )
UMTS / 3GSM Internet mobil CDMA / FDD

CDMA / FDD / MIMO
0,384
14,4
0,384
5,76
HSDPA este implementat pe scară largă . Ratele tipice de legătură descendentă astăzi 2 Mbit / s, ~ 200 kbit / s legătură în sus; HSPA + downlink până la 56 Mbit / s.
UMTS-TDD UMTS / 3GSM Internet mobil CDMA / TDD 16 Viteze raportate în funcție de IPWireless folosind o modulație 16QAM similară cu HSDPA + HSUPA
EV-DO  Rel. 0
EV-DO Rev.A
EV-DO Rev.B
CDMA2000 Internet mobil CDMA / FDD 2,45
3,1
4,9xN
0,15
1,8
1,8xN
Nota Rev B: N este numărul de purtători de 1,25 MHz utilizați. EV-DO nu este conceput pentru voce și necesită o rezervă la 1xRTT atunci când este plasat sau primit un apel vocal.

Note: Toate vitezele sunt maxime teoretice și vor varia în funcție de o serie de factori, inclusiv utilizarea antenelor externe, distanța față de turn și viteza la sol (de exemplu, comunicațiile pe un tren pot fi mai slabe decât atunci când stați pe loc). De obicei, lățimea de bandă este partajată între mai multe terminale. Performanța fiecărei tehnologii este determinată de o serie de constrângeri, inclusiv eficiența spectrală a tehnologiei, dimensiunile celulei utilizate și cantitatea de spectru disponibilă. Pentru mai multe informații, consultați Compararea standardelor de date fără fir .

Pentru mai multe tabele de comparație, consultați tendințele de progres ale ratei de biți , comparația standardelor telefoanelor mobile , tabelul de comparație a eficienței spectrale și tabelul de comparație al sistemului OFDM .

Vezi si

Referințe

  1. ^ "Statisticile abonaților la sfârșitul primului trimestru 2007" (PDF) . Arhivat din original (PDF) la 27 septembrie 2007 . Accesat la 22 septembrie 2007 .
  2. ^ „CDMA Development Group anunță„ SVDO ”: gestionează apelurile și datele în același timp” . Wpcentral.com . 18 august 2009 . Accesat la 30 iulie 2018 .
  3. ^ "Cea mai mare și mai fiabilă rețea a națiunii - AT&T" . Wireless.att.com . Arhivat din original la 15 august 2018 . Accesat la 30 iulie 2018 .
  4. ^ "IS-95 (CDMA) și GSM (TDMA)" . Arhivat din original la 26 februarie 2011 . Accesat la 3 februarie 2011 .
  5. ^ "Copie arhivată" . Arhivat din original la 23 ianuarie 2011 . Adus la 18 ianuarie 2011 .CS1 maint: copie arhivată ca titlu ( link )
  6. ^ "Copie arhivată" . Arhivat din original la 9 mai 2006 . Accesat la 14 iunie 2006 .CS1 maint: copie arhivată ca titlu ( link )
  7. ^ "Întrebări frecvente despre PCS" . Arhivat din original la 9 mai 2005.
  8. ^ a b "LTE" . Site-ul web 3GPP . 2009 . Accesat la 20 august 2011 .
  9. ^ a b c "WiMAX și standardul de interfață aeriană IEEE 802.16m" (PDF) . Forumul WiMax. 4 aprilie 2010 . Accesat la 7 februarie 2012 .