Как работает 4G

Вы потерялись в городе с 6-миллионным населением. Уже полночь, а вы в жутком районе и отчаянно пытаетесь найти дорогу к своему отелю. Не волнуйтесь. Просто достаньте свой смартфон, который выручит в этой неприятной ситуации с помощью детализированных интерактивных карт.

Вот только проблема - скорость соединения вашего телефона с интернетом невероятно низкая. Она настолько низка, что в конце концов, вы оставляете свой проклятый телефон в покое, и решаете купить карту на заправке.

Без скоростного интернет-соединения ваш смартфон кажется довольно бесполезной вещью. Не имеет значения, насколько он дорогой или красивый, при передаче груза - данных, которые являются источником жизненной силы всех цифровых приборов - вы всё ещё зависите от беспроводной сети. А текущее поколение 3G (третье поколение) сетей, хоть и является быстрым, часто не может предоставить стабильную связь с интернетом.

Что действительно нужно вашему страдающему смартфону - это широкополосный (высокоскоростной) интернет, который вы используете на своём домашнем компьютере. Вам нужна широкополосная сеть мобильной связи. Вам нужно 4G. Как и всем остальным.

В 2009-м году, впервые за время своего существования интернет-трафик мобильного интернета превысил трафик для голосовых звонков. А запросы данных к 2020-ому году будут в 33 раза выше. Так как всё больше и больше людей покупают мобильные устройства, требующие большого количества информации, телефонные сети не должны от них отставать.

С этой целью поставщики услуг (их ещё называют провайдерами или операторами, в зависимости от вашего местоположения) вкладывают большие суммы в свою инфраструктуру, а именно, в аппаратное и программное обеспечение, благодаря которому сотовая связь возможна. По некоторым подсчётам, только в США будут потрачены $53 миллиарда, по большей части для того, чтобы поддержать развитие более быстрых сетей, которые часто называют 4G (четвёртое поколение).

Но что именно представляют собой 4G сети? И почему их так часто рекламируют? Что отличает их от старых добрых 2G-сетей, которые, главным образом, поддерживали голосовые звонки? И как отличить 4G-сеть от 3G?

Ответы не всегда такие чёткие, как хотелось бы. В каком-то смысле в мире 4G так же легко потеряться, как и в мегаполисе, если у тебя нет онлайн карты.

Однако не бойтесь. Мы ознакомим вас со всеми акронимами и проведём по всем рыночным извилинам и небоскрёбам технической несуразицы. По дороге мы покажем вам, каким образом сверхскоростной 4G может вывести мобильный интернет на новый этап.


Бесконечная эволюция беспроводных сетей

Беспроводные сети - это смесь разнообразных и переплетающихся технологий. Насколько бы запутанными эти слова ни были, всё сводится к одному: беспроводные сети - это радиосистемы.

Не имеет значения, какой вид беспроводной связи может преобладать в вашей части земного шара, у вас есть кое-что общее с остальной планетой - вы являетесь частью беспроводного взрыва. В мире насчитывается приблизительно 6 миллиардов абонентов сотовой связи, и мобильные телефоны становятся только более и более популярными.

Чтобы соответствовать требованиям миллиардов пользователей беспроводных телефонов, поставщики услуг должны изменяться и приспосабливаться для работы с большим количеством пользователей и большим объёмом информации. Каждый скачок в работе сети либо её производительности обозначается (и часто очень смутно) как так называемое новое поколение.

Устаревшие сети 1G (первого поколения), созданные в 1980-х годах, были аналоговыми и поддерживали только голосовые звонки. В начале 1990-х начали своё восхождение цифровые сети 2G (второго поколения), в которых были возможны такие основные сервисы передачи данных, как отправка текстовых сообщений и электронной почты.

В начале 2000-х годов начали распространяться 3G сети, а с ними и само понятие мобильного интернета. Благодаря высокой скорости соединения Вы могли посещать различные сайты, прослушивать потоковые аудио. Однако скорость временами была до неприличия низкой.

Потом пользователи начали требовать более невероятных, интернет-ориентированных возможностей. Мобильные устройства с продвинутыми и требующими загрузки данных приложениями просто взорвали рынок. В то же время, сетевые инфраструктуры начали "скрипеть" под тяжестью огромных информационных запросов.

3G нужно было набрать больше силы. Для беспроводных сетей пришло время снова эволюционировать, в этот раз с целью обеспечения более быстрых услуг широкополосной мобильной связи. И это время сейчас.

В наши дни линии сетевых поколений немного запутанны. Какого-то общепринятого стандарта 4G не существует.

Таким образом, системы, скорость в которых быстрее, чем скорость 3G, чаще всего называют 3.5G либо 3.9G, либо просто 3G+. Как бы там ни было, маркетинговые кампании от главных операторов, которые всегда ищут конкурентное преимущество, считают эти сети 4G. Короче говоря, 4G - это всего-навсего маркетинговый термин, которым обозначается сеть, скорость в которой выше, чем в сети 3G. Вот и всё.

Однако существуют различные виды 4G, или широкополосной мобильной связи.


4G IS ALL-IP

4G - это просто усовершенствованная радиосистема. Задачей для инженеров и программистов является вместить как можно больше цифровой информации в каждый радиосигнал, тем самым максимально увеличивая скорость и производительность всей сети в целом.

Как и 3G, 4G сети базируются на IP-адресах (интернет-протокол IP), т.е. для отправки и получения пакетных данных в них используется стандартный протокол связи. Однако в отличие от 3G, 4G использует IP даже для голосовой информации. Это all-IP стандарт.

Используя такого рода стандартизированные пакеты, ваши данные могут пересекать любые сети без зашифровки и искажения. Для отправки и получения пакетов, ваш телефон, в первую очередь, должен соединиться с базовой станцией. Базовая станция - это просто промышленный термин для тех высоких телефонных столбов с различными антеннами; базовая станция осуществляет обмен данными между вашим мобильным устройством и интернетом.

Существует большое количество различных способов (которые называются радиоинтерфейсами) для установления соединения между базовой станцией и телефоном.

Не хотим вас запутывать определениями к каждому акрониму, но к основным 3G интерфейсам относятся CDMA2000, HSPA, 3G LTE, EV-DO Revision B, DO Advanced и Mobile WiMAX, если перечислить только некоторые из них. В каждом из этих интерфейсов данные передаются разным способом по радиоволнам в заданном диапазоне.

Сейчас же, системы 4G являются не совсем all-IP просто потому, что всё ещё существует большое количество схожих черт между 3G и даже 2G сетями в различных странах мира. Но с развитием 4G инфраструктуры, система отправки all-IP данных будет реализовываться в большей степени.

Концепция беспроводной сети, основанной на IP-протоколе - только один из факторов, определяющих 4G.


Полный рецепт 4G

4G не является революционно новым изобретением. Это просто ступень эволюции, которая значительно превосходит по качеству работу в интернете через 3G. По сравнению с 3G сетями, у 4G есть определённые преимущества.

Возможно, больше всего вас интересует увеличение скорости. В 3G-сетях скорость скачки в смартфонах достигала до 2Мб/с. По сравнению с этим, 4G смог переключиться на высшую передачу, предоставив скорость от 3 до 5 Мб/с, что приблизительно равно скорости соединения через кабельный модем либо DSL.

Скорости в 4G могут предположительно быть и быстрее, однако на данный момент вы можете не обращать внимания на те 100 Мб/с, о которых говорят на Intertubes. Это теоретическая скорость передачи данных, которая в любом случае ещё не скоро будет доступна.

Марк Мёрфи (Mark Murphy), главный по внедрению инноваций в Ericsson, утверждает, что кроме скорости, 4G обладает некоторыми другими характеристиками, которые выделяют его из ряда предыдущих технологий.

4G имеет более высокую пропускную способность, т.е. он может одновременно обеспечивать связью большее количество пользователей. Он способен предоставлять более высокую скорость передачи данных, так что такие мультимедийные приложения, как видеозвонок либо же просмотр клипа на YouTube, будут функционировать более плавно. 3G-вышка могла обеспечивать сигналом примерно 60-100 абонентов и предоставлять им быструю, надёжную связь, однако вышка 4G LTE (Long Term Evolution) способна обслуживать от 300 до 400 пользователей.

Также в список характеристик 4G входит уменьшенное время ожидания. Чем меньше время ожидания, либо задержка, тем быстрее вы получаете отклик на введённые команды, что особенно имеет значение при игре в онлайн-игры, требующих быстрых действий, либо при удалённом управлении машиной или роботом. Сеть, предоставляющая скорость, которая описывается как "скорость реального времени", имеет время ожидания до 50 мс (миллисекунд); в сети 4G LTE этот значение равно приблизительно 20-40 мс. Меньшее время ожидания также означает, что при голосовых звонках не будет наблюдаться никакого запаздывания либо эха, эха, эха.

4G является более спектрально рациональной, чем 3G. Представьте себе радиоспектр как трубу заданного диаметра, через которую за один раз может пройти лишь определённое количество данных. Но в 4G используются умные схемы кодирования для того, чтобы значительно увеличить количество данных, проходящих через этот спектр. Следовательно, он передаёт больше бит за 1 герц, чем 3G.

Но что такого в 4G, что приводит к такого рода улучшениям?


Пространство для радиоинтерфейса

Наверное, вы даже и не задумывались, на каком языке разговаривает ваш телефон. Этот так называемый язык - радиоинтерфейс, стандартизированный протокол связи, который используется в вашем мобильном устройстве для соединения с базовой станцией.

Если вы хоть раз видели рекламу смартфона (можете смеяться), то вы заметили акронимы для различных радиоинтерфейсов, такие как 4G LTE, WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access/Всемирное взаимодействие сетей для беспроводного доступа в микроволновом диапазоне), HSPA+ (High Speed Packet Access/Высокоскоростная пакетная передача данных) и другие. У всех радиоинтерфейсов есть один общий элемент - они согласовывают сетевой трафик, сообщая устройствам, когда отсылать и принимать данные. Однако в том, как они это делают, существуют различия.

Система WiMAX похожа на протокол Wi-Fi у Вас дома либо в офисе. Она почти полностью отошла на второй план, так как операторы используют другие интерфейсы, например, LTE и HSPA+.

При LTE устройства могут передавать и получать информацию одновременно, так как для этих задач используются разные частоты. В LTE используется OFDM (orthogonal frequency division multiplexing/ мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов), при котором сигнал разделяется на параллельные потоки данных, передающихся по радио подканалам, в конце которых процессоры их вновь соединяют.

В LTE (и HSPA+) также используется другой метод, который называется MIMO (multiple input multiple output/система со многими входами-выходами). MIMO основывается на использовании многочисленных антенн и передатчиков как в телефоне, так и на базовой станции, и делает возможным одновременную отправку и получение данных.

В отличие от LTE, HSPA+ поддерживается более старыми 3G-системами. Но HSPA+ не является технологией будущего. Это скорее способ выжать больше возможностей из существующей инфраструктуры.

Как бы то ни было, LTE ещё какое-то время просуществует. Сети LTE так называются (long-term evolution), потому что операторы хотят использовать данную технологию на протяжении длительного времени, а не тратить деньги на усовершенствование производственно-технической базы каждые несколько лет. Считается, что LTE является хорошей долгосрочной альтернативой, так как его легче улучшить для получения более высокой производительности.

На данный момент Вы не найдёте большого количества чисто 4G LTE сетей. Телефонные сети повсюду всё ещё являются смесью 3G и 4G, и даже 2G технологий и радиоинтерфейсов. Во многих районах покрытия 2G, 3G и 4G сетей пересекаются. Общую картину радиопокрытия вы можете получить на OpenSignalMaps. В итоге, даже так называемые 4G телефоны на самом деле выпускаются с 3G чипами, чтобы они могли работать в 3G и 3G+ сетях.


Сеть, которая дышит

4G LTE восполняет многие недостатки 3G и привносит целый ряд нервотрепещущих возможностей. Предупреждаем - если фильмы "Терминатор" и "Матрица" кажутся для Вас страшными, лучше перелистните страницу.

С технологической точки зрения, устаревшие 1G и 2G сети глупы, в то время как 4G сети в каком-то смысле являются разумными машинами. Например, они лучше оснащены для работы в непредсказуемых заторах, возникших в связи с различными мировыми событиями, такими, как пробки на дорогах. Когда тысячи людей неожиданно застревают на шоссе, они начинают пользоваться своими телефонами, что вызывает резкий скачок в количестве запросов к информационным службам в данном районе.

В такого рода ситуации, 3G системы начинают тормозить и выдавать ошибки, тем самым разочаровывая пользователей. Однако более продвинутые, самообучающиеся и автоматически конфигурирующиеся 4G системы могут оперативно сбалансировать нагрузку и обеспечить более быстрый доступ к услугам для большего количества людей. Перебои питания и повреждения оборудования также выводят из строя 3G системы. Но благодаря сенсорам и современному программному обеспечению 4G система способна самовосстанавливаться, что позволяет ей использовать другие вышки для передачи трафика до окончания ремонтных работ.

Поразительным является то, что 4G сети могут совершать такого рода обходные маневры без участия человека. "В каком-то смысле, - говорит Войтек Фелендзер (Wojtek Feledzer), менеджер по маркетингу технических решений в Nokia Siemens Networks, - эти системы являются самыми крупными машинами, когда-либо созданными человеком, простирающимися от берега к берегу и по всему миру. И впервые за всю историю они стали достаточно умны, чтобы чинить самих себя".

Несмотря на всё это, 4G не является принципиально новой технологией. Фактически, "Люди в этой сфере иногда утверждают, что за последние 100 лет ничего нового изобретено не было", - говорит Фелендзер. Это всего лишь новый способ сочетания уже установленных знаний с более мощным технологическим оборудованием. Ваш смартфон этому пример. В настоящее время во многих таких телефонах используются двухъядерные процессоры, о вычислительной мощности которых не слышали ещё пару лет назад.

Так что если вы всегда боялись технического переворота, возможно, скоро вам придётся прятаться в бункере.


Поле битвы мобильных широкополосных сетей

Куда бы вы ни пошли, везде можно увидеть эти дерзкие рекламные объявления как смартфонов, так и беспроводных широкополосных сетей. В такого рода кровожадной, беспощадной индустрии, операторы предпринимают отчаянные попытки завлечь абонентов. И для этого они пытаются создать самые быстрые сети на большей площади с наибольшим количеством людей.

Для создания таких сетей им требуется спектр. Именно спектр, а не денежные средства для строительства инфраструктуры, является единственным, самым важным ресурсом для операторов. Именно он, если выражаться коммерческим языком, является сдерживающим ресурсом.

Спектр - это диапазон радиочастот, которые правительственные учреждения продают операторам. В каждом районе имеется свой определённый спектр, за который операторы ведут войну. Доступ к спектру обеспечивает лучшую связь для пользователей и, таким образом, способствует привлечению большего количества абонентов и получению большего дохода.

Спектр - чрезвычайно дорогая вещь. К примеру, в ставке на расширение своей 4G сети AT&T заплатил примерно $2 млрд. за участок спектра в 700 МГц, который обслуживает приблизительно 300 миллионов людей в США.

Со старыми технологиями, для предоставления своих услуг операторам требовался смежный участок спектра. В современных радиоинтерфейсах, таких как LTE, возможно использование большого количества различных частот, например 700 МГц, 900 МГц, 1,7 ГГц, 2,1 ГГц и десятки других. Хотя не все частоты одинаковы.

Более низкие частоты, к примеру, 700 МГц, являются наиболее предпочтительными, так как они оседают, наподобие густого тумана, и способны преодолевать такого рода препятствия, как здания. Более высокие частоты, в свою очередь, работают в пределах прямой видимости и легко рассеиваются при столкновении с различными объектами либо при другом виде вмешательства. Таким образом, операторам, которые стремятся предоставить более надёжные и быстрые услуги, просто не терпится заполучить спектр в низких частотах.

Как только оператор получил спектр, он может начинать постепенное обновление участков своей сети. Заменяется обычно не то оборудование, которым оснащены телефонные башни, стоящие на обочинах магистралей либо на крышах домов. Вместо этого инженеры в первую очередь меняют существующие маршрутизаторы и серверы на более новые, которые в будущем можно будет без проблем улучшать по мере увеличения нагрузки.

А эксперты по беспроводным сетям всегда, всегда думают о будущем. Продолжайте читать, чтобы заглянуть в новую эру телефонных коммуникаций, даже дальше нынешнего безумно быстрого 4G.


Влияние на нашу жизнь и будущее 4G

"Повсеместное использование 4G изменит нашу жизнь", - говорит Ричард Карпински (Richard Karpinski), главный аналитик мобильности в Yankee Group. "Он повлияет на бизнес, образование, продажи и другие сферы общественной жизни". Однако операторы и их абоненты должны смотреть на скорости, которые обещает 4G, глазами реалиста. "Как только пользователи начинают "заполнять" какую бы то ни было сеть, она начинает работать медленнее". "Вот почему, - говорит он, - если большое количество пользователей мобильных устройств смогут наблюдать скорость скачки в пределах от 10 до 20 Мб/с в следующие пару лет, это будет значительным достижением".

И хотя вряд ли Вы сможете просматривать HD-видео в ближайшем будущем, 4G гарантирует беспроблемное совершение видеозвонков, просмотр видео на YouTube и многое другое. Конечно, если Вы готовы за это заплатить. Тарифные планы в 4G сетях будут дороже, чем в 3G, а ограничения по тарифу могут испортить всю малину.

Вот почему операторы будут по мере надобности предлагать больше улучшений по качеству обслуживания. Например, представьте, что вы ждёте, когда ваши дети выйдут из торгового центра, и хотите посмотреть футбольный матч на своём телефоне. Вы уже истратили весь свой трафик; более того, в торговом центре так много людей, что система медленно работает. Но вы можете внести единичный платёж, получить временное улучшение сервиса и скорости и смотреть игру в режиме реального времени.

Конечно, это всё возможно при условии, что у вас достаточно заряда аккумулятора. Так как сигналы 4G более рассеянные, чем 3G, чтобы их уловить, телефонам требуется больше энергии. А это значит, что заряда аккумулятора вашего телефона может и не хватить на целый день. Более того, в настоящее время телефоны оснащены различными энергоёмкими функциями, которые также быстро "убивают" батарейку. Такого рода устройствам требуется увеличение объёма аккумулятора, чтобы идти в ногу с их собственными возможностями.

Интернет продолжает завоёвывать наш мир, как виртуально, так и в отношении программного и технического обеспечения, благодаря которому он может работать. Не имеет значения, где вы живёте, можете быть уверены, что более быстрые, более мощные 4G сети в конце концов появятся и в вашем районе, предвещая наступление новой эры мобильного доступа в интернет. Если вы интересуетесь технологиями и гаджетами, Вас обрадует расширяющийся радиус действия этих беспроводных технологий - интернета, и весь мир скоро будет у вас под рукой, как никогда раньше.


Как работает 4G: от автора

Будучи ужасно антисоциальным человеком, телефон я купил себе позже всех остальных друзей. Мысль об аппарате, звонящем у меня в кармане, пока я ловлю рыбу либо отдыхаю на кемпинге, была определённо шокирующей. Я думал, что никто не должен иметь возможности позвонить мне, даже когда им этого хочется, даже мои настойчивые друзья.

В конце концов, я сдался. Я купил модель размером с кирпич и носил его даже после того, как изобрели телефоны-раскладушки, из-за чего мои "друзья" опять начали высмеивать мою технологическую отсталость. Я игнорировал все освистывания и пользовался телефоном на протяжении шести долгих лет; он ещё стабильно работал, когда один мой друг силой затянул меня в магазин и заставил купить блестящую синюю раскладушку с фантастической функцией передачи текстовых сообщений. Это стало началом конца моего упрямого сопротивления мобильной культуре.

Однако меня зацепили не возможности совершения звонков либо иных способов коммуникации, а то, что эти устройства сейчас являются невероятно мощными карманными компьютерами, которые могут предоставить важную (или не совсем) информацию по любому вопросу, где бы Вы ни находились. В 3G сетях такого рода общераспространённая информация часто является неоднородной и её невозможно использовать. А 4G претворит мечту о мобильном интернете в жизнь. Отдыхаете на природе вдали от цивилизации и забыли купить билет на концерт Тома Петти? Не вопрос. Если с 3G Вы и могли бы почувствовать себя неудачником, то 4G поможет Вам достать билеты на первый ряд.

4G не изменит ничего глобально. Вы всё ещё не застанете меня отвечающим на телефонные звонки во время ловли большеротого окуня. Но вы можете быть уверены в том, что я буду пользоваться 4G для слежения за погодой, проверки карт со спутников, чтобы найти спрятанные лунки и определить местонахождение удалённых мест для кемпинга, дабы на какое-то время оказаться вне зоны действия и просто насладиться уединением с природой. Даже с 4G технологией, у моего смартфона всё ещё есть кнопка Off.

Nathan CHANDLER,
howstuffworks.com

Версия для печатиВерсия для печати

Рубрики: 

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Всего голосов: 0
Заметили ошибку? Выделите ее мышкой и нажмите Ctrl+Enter!

Читайте также

Комментарии

Страницы

Аватар пользователя Al

А кто-нибудь пробовал работать с 4G во время пиковых нагрузок? Например, в первые минуты Нового года? Обычно в это время сеть практически падает, сам проверял. Хотя с каждым годом всё легче это преодолевается. Или, как я сам же проверял, во время землетрясений. Как только тряхнёт, все тут же начинают звонить, и всё, это уже на несколько часов, это круче Нового года. )))

Просто нигде в статье не написано прямо то, что разговорная часть и интернетная разнесены аппаратно, и они никак не связаны по нагрузке друг с другом. Кстати, это действительно так? Т.е. может ли быть так, что инет забит до нуля, а звонить можно без проблем, и наоборот?

 

Аватар пользователя mental

И кому в Беларуси это надо? Нам до 4G, как, до Луны.

Аватар пользователя mike

в статье не написано прямо то, что разговорная часть и интернетная разнесены аппаратно, и они никак не связаны по нагрузке друг с другом. Кстати, это действительно так?

Насколько мне известно, даже в чистом 4G в пределах соты аппаратно разнесены окончания, а между ними аппаратура общая.  Значит, повышение разговорной нагрузки будет замедлять Интернет и наоборот. Но, думаю, не до нуля. Когда всё  перейдёт на воип, то, наверное, да, до нуля.

Аватар пользователя Jin

даже при полном сигнале 3G при голосовой связи бывает эхо

Аватар пользователя Jin

с 2013 года сразу несколько операторов объявили о введении 4G

так что если вы за пару месяцев доберетесь до луны - то ваше утверждение верно ;)

Аватар пользователя Jin

Мне не понравилась подача автора мол 3Г - таксебе, а вот 4Г - кончик света!

Я и с 3Г себя прекрасно чуствую. Ю-туб смотрю, интернета хватает и при выборе телефона на 4Г даже не смотрел. Не вижу необходимости.

С телефона (андроид) самые боьшие приложения закачиваются через комп, а всё остальное не боле 20 мб.

3Г модем-флешка даёт до 7 мб/с. Это выше чем обчычное ДСЛ соединение. Так что ИМХО - 4Г это пока только маркетинг причем только для "новаторов".

Аватар пользователя Al

"даёт до 7 мб/с" - Это реально наблюдаемый показатель??? Кто же так отдаёт файлы, с такой скоростью?

Аватар пользователя mike

Это макс. скорость, если сота не загружена.

Аватар пользователя Al

Сегодня качал через Steam 2-3 мега в секунду. По кабелю, конечно. Как-то нет желания и повода юзать LTE.

Аватар пользователя Dmitry

даёт до 7 мб/с

в реале - делите минимум надвое.

Страницы