Technologie 3G i 4G są powiązane ze standardami komunikacji mobilnej. Komunikacja mobilna to jedna z ciągle rozwijających się dziedzin, które zapewniają szybszą i lepszą mobilną łączność szerokopasmową. Każda nowa technologia oferuje znaczny postęp w zakresie wydajności i możliwości w porównaniu do swojego poprzednika. Zapewnia dostęp do Internetu na różnych urządzeniach, takich jak tablet, laptop, komputer stacjonarny i telefony komórkowe.
Wykres porównania
| Podstawa do porównania | Technologia 3G | Technologia 4G |
|---|---|---|
| Przepustowość danych | 2 Mb / s - 21 Mb / s | 2 Mb / s - 1 Gb / s |
| Maksymalna szybkość przesyłania | 5 Mbps | 500 Mb / s |
| Maksymalny współczynnik pobierania | 21 Mbps | 1 Gb / s |
| Technika przełączania | Przełączanie pakietów | Przełączanie pakietów, Przełączanie wiadomości |
| Standardy | IMT 2000 3.5G HSDPA 3, 75 G HSUPA | Jednolity Unified standard Wimax i LTE |
| Technologia Stos | Cyfrowe pakiety danych szerokopasmowych CDMA 2000, UMTS, EDGE itp. | Cyfrowe pakiety danych szerokopasmowych Wimax2 i LTE Advances. |
| Pasmo częstotliwości | 1, 8 - 2, 5 GHz | 2 - 8 GHz |
| Architektura sieci | Wide Area Cell Based | Integracja bezprzewodowej sieci LAN i szerokiego obszaru |
| Forward Error Correction | 3G wykorzystuje kody turbo do korekcji błędów. | Połączone kody służą do korekcji błędów w 4G. |
| Handoff | Poziomy | Poziomy i pionowy |
Definicja technologii 3G
3G to generacja standardów dla usług telekomunikacji mobilnej spełniających wymagania Międzynarodowej Telekomunikacji Mobilnej -2000 (IMT-2000) umożliwiającej przesyłanie głosu i danych (pobieranie muzyki, wiadomości e-mail i wiadomości błyskawiczne) w tej samej sieci jednocześnie.
Zapewnia przepustowość łączy szerokopasmowych, obsługuje większą liczbę klientów głosowych i danych o niższych kosztach niż jej poprzednik 2G. 3G wykorzystuje przełączanie obwodów do komunikacji głosowej i przełączanie pakietów dla transmisji danych.
Maksymalne prędkości przesyłu danych obsługiwane przez 3G:
- 2, 05 Mb / s dla urządzeń stacjonarnych.
- 384 Kb / s dla urządzeń poruszających się w wolnym tempie.
- 128 Kb / s dla urządzeń poruszających się z dużą prędkością.
FORMACJA 3GPP
Projekt 3GPP (3rd Generation Partnership Project) powstał podczas tworzenia organów zarządzających, które obejmowały współpracę zarówno GSM, jak i UMTS. 3GPP działało pod obserwacją ITU-R (Międzynarodowa Unia Telekomunikacyjna - sektor radiokomunikacyjny) jednego z sektorów ITU.
Odpowiada za zarządzanie międzynarodowym spektrum częstotliwości radiowych, aby zapewnić efektywne wykorzystanie widma i definiuje rodziny technologii, łączy określone części spektrum z rodzinami.
ITU ostatecznie ratyfikowało rodzinę pięciu standardów 3G, które są częścią struktury 3G znanej jako IMT-2000, po próbie zbudowania jednego standardu 3G:
- Trzy standardy oparte na CDMA (Code Division Multiple Access), a mianowicie:
- CDMA2000
- WCDMA (szerokopasmowy dostęp wielokrotny z podziałem kodowym) / HSPA + (szybki dostęp do pakietów)
- TDSCDMA.
- Dwa standardy oparte na TDMA (Time Division Multiple Access), a mianowicie:
- FDMA / TDMA
- TDMA-SC (EDGE).
Definicja technologii 4G
4G oznacza technologię czwartej generacji i jest przedsięwzięciem polegającym na opracowaniu, włączeniu obecnych systemów 2G (drugiej generacji), 3G (trzecia generacja), WLAN (bezprzewodowa sieć lokalna), krótkiego zasięgu, stałych systemów przewodowych i transmisji, w pełni funkcjonalna, spójna i spójna.
Jest to rozszerzenie technologii 3G, która zapewnia możliwości zdefiniowane przez ITU (Międzynarodowa Unia Telekomunikacyjna) w IMT (International Mobile Telecommunications) obejmuje funkcje takie jak skalowalność, elastyczność, wydajność, samorządność, bezpieczeństwo w celu wsparcia współpracy z różnymi rodzajami sieci i mnogością nowych i istniejących usług.
Oferuje całkowicie konwergentne zindywidualizowane usługi (głosowe, dane i multimedia) z szybkością transmisji danych do 100 Mb / s i wszechobecnym dostępem mobilnym dla:
- Telewizja mobilna o wysokiej rozdzielczości
- Telefonia IP
- Usługi gier
- Wideokonferencje
- Telewizja 3D
Rozszerzone wersje obecnych technologii obejmują GSM, GPRS, CDMA, IMT-2000, W-CDMA, CDMAone, bezprzewodowe sieci LAN i Bluetooth są zintegrowane z 4G. Oczekuje się wysokiej jakości przesyłania strumieniowego audio / wideo przez Internet.
Wersje Mobile LTE (Long Term Evolution) i WiMAX (ogólnoświatowa interoperacyjność w dostępie do mikrofal) w połączeniu obsługują znacznie mniej niż 1 Gbit / s szczytowej przepływności, są znakowane 4G przez dostawców usług, ale nie ma pełnej zgodności IMT-Advanced.
Głównym celem 4G LTE było osiągnięcie wysokiej mobilności i globalnej łączności.
Sieć IP Core została opracowana w celu zapewnienia wydajniejszej przepustowości danych, zaawansowanych usług aplikacji oraz bardziej wydajnego zarządzania siecią IP i radiową i spełnia znacznie bardziej rygorystyczne wymagania.
Technologię radiową o widmie rozproszonym używaną w 3G zastępuje się:
- OFDMA (wielodostęp z ortogonalnym podziałem częstotliwości) Transmisja z wieloma nośnikami.
- Podtypy FDE (Frequency-Domain Equalization).
W rezultacie przesyła on bardzo wysokie prędkości transmisji bez wpływu ogromnej propagacji fal wielościeżkowych.
W przypadku komunikacji MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) szczytowa przepływność jest dodatkowo zwiększana za pomocą inteligentnych macierzy antenowych. Zastosowano modulację wyższego rzędu do 64 QAM i MBMS (usługi Multimedia Broadcast Multicast) do nadawania.
Kluczowe różnice między technologią 3G i 4G
Poniższe punkty przedstawiają różnicę między technologią 3G i 4G:
- Jeśli chodzi o przepustowość danych 3G zapewnia 21 Mbps, a 4G oferuje maksymalną przepustowość 1 Gbps.
- Maksymalna szybkość przesyłania danych w sieci 3G wynosi 5 Mb / s, natomiast 500 Mb / s to najwyższa szybkość przesyłania danych w sieci 4G.
- Najwyższy współczynnik pobierania 3G wynosi 21 Mb / s. W przeciwieństwie do 4G oferuje najwyższą prędkość pobierania 1Gbps.
- 3G wykorzystuje przełączanie pakietów do transmisji danych. Z drugiej strony, przełączanie pakietów i wiadomości są używane w 4G.
- W trybie 4G używana jest architektura sieci hybrydowej. Odwrotnie, sieć 3G wykorzystuje sieć komórkową o dużym zasięgu.
- CDMA jest zatrudniony w 3G. W przeciwieństwie do tego, 4G wykorzystuje OFDMA (Ortogonalny Podział Częstotliwości Wielokrotnego Dostępu).
- Zarządzanie handoffem odbywa się pionowo w 3G, ale w 4G odbywa się zarówno w pionie, jak i w poziomie.
- Sieć oparta na pełnym IP jest obsługiwana w 4G. Jednak w przypadku 3G jest oparty na obwodzie i pakiecie.
Architektura 3G / UMTS
Części składowe sieci 3G UMTS to
• Stacja mobilna: Może to być dowolny telefon komórkowy, karta lub telefon z danymi i dźwiękiem, który może być używany jako użytkownik końcowy.
• RAN (Radio Access Network) : składa się ze stacji bazowych i kontrolera dostępu radiowego, które wypełnia lukę między stacją mobilną a siecią rdzeniową. Kontroluje i zarządza interfejsem radiowym dla całej sieci.
• CN (Sieć podstawowa) : zapewnia główne przetwarzanie i zarządzanie podsystemami. Architektura sieci 3G UMTS jest migrowana z sieci GSM z pewnymi rozszerzeniami w podstawowych elementach sieci.
- Circuit Switched Domain : Wykorzystuje Circuit Switched Network, w której dedykowane łącze lub kanał jest dostarczane dla określonego przedziału czasowego dla zestawu użytkowników. Dwa bloki pokazane w Circuit Switched Domain to:
- MSC - Mobile Switching Center zarządza połączeniami z komutacją łączy.
- GMSC - Gateway MSC działa jako pośrednik między sieciami zewnętrznymi i wewnętrznymi.
- Domena przełączana na pakiety : wykorzystuje sieć IP, w której adresy IP są odpowiedzialne za przesyłanie i odbieranie danych między dwoma lub więcej urządzeniami. Dwa bloki pokazane w domenie z przełączaniem pakietów to:
- SGSN (obsługujący węzeł obsługi GPRS) : różne funkcje oferowane przez SGSN to zarządzanie mobilnością, zarządzanie sesją, fakturowanie, komunikacja z innymi obszarami sieci.
- GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Można go uznać za bardzo złożony router i obsługuje operacje wewnętrzne między zewnętrznymi sieciami z komutacją pakietów a siecią z komutacją pakietów UMTS.
- IMS (IP Multimedia Subsystem) : Jest to framework architektoniczny, który dostarcza usługi multimedialne IP.
Architektura 4G LTE
Części składowe sieci 4G LTE to
- Sprzęt użytkownika (UE) : Może to być dowolne urządzenie zdolne do ustanowienia funkcji komunikacyjnych, takich jak telefony komórkowe, karty, komputery itd.
- Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN): Kontroluje komunikację radiową między urządzeniami użytkownika a EPC. LTE mobile może łączyć się tylko z jedną komórką i jedną stacją bazową jednocześnie. Główne operacje wykonywane przez EBS (Evolved Base Station)
- Analogowe i cyfrowe funkcje przetwarzania interfejsu powietrznego LTE są wykorzystywane do przesyłania i odbierania transmisji radiowej do wszystkich urządzeń obsługujących LTE.
- Obsługuje operacje na niskim poziomie, wysyłając komunikaty i polecenia sygnalizacyjne.
- Evolved Packet Core (EPC) : Komunikuje się z wewnętrznymi i zewnętrznymi sieciami danych pakietowych i podsystemem multimediów IP. Składa się z następujących bloków:
- HSS: Home Subscriber Server przechowuje wszystkie informacje o wszystkich abonentach operatora sieci w centralnej bazie danych.
- MME: Mobility Management Entity obsługuje operacje wysokiego poziomu za pomocą komunikatów sygnalizacyjnych i HSS.
- S-GW: Signaling Gateway wykonuje zakotwiczenie mobilności i przesyła dane między bramką PDN a stacją bazową.
- P-GW: Packet Data Network Gateway komunikuje się z PDN za pomocą interfejsów. Wykonuje operacje takie jak przydzielanie adresu IP i filtrowanie pakietów.
- PCRF: Funkcja zasady i funkcja pobierania opłat jest odpowiedzialna za kontrolowanie operacji pobierania opłat opartych na przepływie w funkcji kontroli polisy kontroli (Policy Control Enforcement Function - PCEF) i podejmowaniu decyzji dotyczących kontroli polityki.
Zalety 3G
- Wykorzystuje pasma częstotliwości 2G, a przepustowość do 230 MHz służy do osiągnięcia globalnego roamingu i wielu usług.
- Szerokopasmowy kanał radiowy do obsługi szybkich usług - kanał nośnika radiowego wykorzystuje przepustowość do 20M, co implikuje szybkość chipów i zanikanie wielu ścieżek.
- W kanale szerokopasmowym jakość biznesu może być kontrolowana poprzez zastosowanie multipleksowania czasowego i ponownego użycia kodu. Różne współczynniki rozprzestrzeniania, różne stawki wymagają różnych QOS można odwzorować na kanał szerokopasmowy są wybierane do realizacji wielousługowej i wielopasmowej transmisji .
- W celu poprawy wydajności kanału transmisyjnego łącza w dół stosowana jest technologia szybkiego sterowania mocą w pętli zamkniętej.
- Aby dostosować adaptację mocy, obniżyć samozakłócenie systemu i zwiększyć czułość odbiornika oraz zwiększyć pojemność systemu, adaptacyjne macierze antenowe są implementowane w stacji bazowej 3G.
WCDMA, składający się głównie z następujących dwóch aspektów, tj. Kodowania kanałów i sterowania mocą. - Technologia przełączania jest wymagana do komunikacji terminala i sieci ruchomej, gdy terminale nie są stabilne i przełączania swojej pozycji z zasięgu jednej stacji bazowej do jednej innej stacji bazowej.
Zalety 4G
- Zredukowane opóźnienia w ustanawianiu połączenia i opóźnieniu transmisji .
- Zwiększona przepustowość danych użytkownika.
- Zwiększona przepływność krawędzi komórki .
- Zminimalizowany koszt na bit z zastosowaniem zwiększonej wydajności widmowej .
- Uproszczona architektura sieci .
- Bezproblemowa mobilność, w tym między różnymi technologiami dostępu radiowego .
- Rozsądne zużycie energii dla urządzenia mobilnego.
- Minimalizuje koszty sprzętu, ponieważ eliminuje potrzebę kosztownego korektora częstotliwości w odbiorniku.
- Zapewnia zintegrowane usługi bezpieczeństwa .
Ograniczenia 3G
- Koszt infrastruktury komórkowej, modernizacja stacji bazowych jest bardzo wysoka.
- Roaming i łączność danych / głosu nie zostały jeszcze wdrożone.
- Wykorzystanie mocy jest wysokie.
- Potrzebuje krótkich stacji bazowych i są drogie.
Ograniczenia 4G
- Koordynacja lokalizacji i koordynacja zasobów w celu dodania nowych urządzeń nie jest wystarczająca.
- Ograniczone połączenia głosowe i usługi mogą być obsługiwane na raz.
- Jako skoncentrowana usługa danych wymaga szerokiej przepustowości.
- Nie zapewnia dobrych usług na obszarach wiejskich ze względu na wymóg sieci bezprzewodowej, a sieć 4G nie jest dobrze rozbudowywana w tych obszarach.
Wniosek
Technologie 4G zapewniają lepsze usługi w porównaniu z technologiami 3G; pod względem przepustowości danych, szybkości transmisji bitów komórki, kosztów, mobilności, zużycia energii dla urządzeń mobilnych. Istnieją jednak pewne problemy ze zgodnością w 4G.
