Сравнение стандартов мобильных телефонов - Comparison of mobile phone standards

Это сравнение стандартов мобильных телефонов . Новое поколение сотовых стандартов появляется примерно каждые десять лет с момента появления систем 1G в 1979 году и с начала до середины 1980-х годов.

вопросы

Глобальная система мобильной связи (GSM, около 80–85% рынка) и IS-95 (около 10–15% доли рынка) были двумя наиболее распространенными технологиями мобильной связи 2G в 2007 году. В 3G наиболее распространенной технологией была UMTS. с CDMA-2000 в тесном соперничестве.

Все технологии радиодоступа должны решать одни и те же проблемы: максимально эффективно разделить конечный радиочастотный спектр между несколькими пользователями. GSM использует TDMA и FDMA для разделения пользователей и сот. UMTS, IS-95 и CDMA-2000 используют CDMA . WiMAX и LTE используют OFDM .

  • Множественный доступ с временным разделением каналов (TDMA) обеспечивает многопользовательский доступ путем разделения канала на последовательные временные интервалы. Каждый пользователь канала по очереди передает и принимает сигналы. На самом деле, только один человек фактически использует канал в определенный момент. Это аналогично разделению времени на большом компьютере-сервере.
  • Множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA) обеспечивает многопользовательский доступ путем разделения используемых частот. Это используется в GSM для разделения сот, которые затем используют TDMA для разделения пользователей внутри соты.
  • Множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA). В нем используется цифровая модуляция, называемая расширенным спектром, которая расширяет голосовые данные по очень широкому каналу псевдослучайным образом с использованием псевдослучайного кода, специфичного для пользователя или соты. Приемник отменяет рандомизацию, чтобы собрать биты вместе и получить исходные данные. Поскольку коды являются псевдослучайными и выбираются таким образом, чтобы вызывать минимальные помехи друг другу, несколько пользователей могут разговаривать одновременно, и несколько сот могут совместно использовать одну и ту же частоту. Это вызывает дополнительный шум сигнала, вынуждающий всех пользователей использовать больше энергии, что, в свою очередь, уменьшает дальность действия ячеек и срок службы батареи.
  • Множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA) использует группирование нескольких небольших полос частот, которые ортогональны друг другу, чтобы обеспечить разделение пользователей. Пользователи мультиплексируются в частотной области путем выделения отдельных поддиапазонов отдельным пользователям. Это часто улучшается также за счет выполнения TDMA и периодического изменения распределения, так что разные пользователи получают разные поддиапазоны в разное время.

Теоретически CDMA, TDMA и FDMA имеют одинаковую спектральную эффективность, но практически у каждой есть свои проблемы - управление мощностью в случае CDMA, синхронизация в случае TDMA и генерация / фильтрация частоты в случае FDMA.

В качестве классического примера для понимания фундаментального различия TDMA и CDMA представьте себе коктейльную вечеринку, на которой пары разговаривают друг с другом в одной комнате. Комната представляет собой доступную пропускную способность:

TDMA: говорящий по очереди разговаривает со слушателем. Оратор говорит короткое время, а затем останавливается, чтобы дать возможность поговорить другой паре. В комнате никогда не разговаривает более одного говорящего, никому не нужно беспокоиться о смешивании двух разговоров. Недостатком является то, что это ограничивает практическое количество обсуждений в комнате (с точки зрения пропускной способности).
CDMA: любой говорящий может говорить в любое время; однако каждый использует другой язык. Каждый слушатель понимает только язык своего партнера. По мере того, как все больше и больше пар разговаривают, фоновый шум (представляющий минимальный уровень шума ) становится громче, но из-за разницы в языках разговоры не смешиваются. Недостаток в том, что в какой-то момент нельзя говорить громче. После этого, если шум все еще нарастает (к группе / ячейке присоединяется больше людей), слушатель не может разобрать, о чем говорит говорящий, не приближаясь к говорящему. Фактически, покрытие соты CDMA уменьшается по мере увеличения числа активных пользователей. Это называется клеточным дыханием.

Сравнительная таблица

Поколение Технология Характерная черта Кодирование Год первого использования Роуминг Совместимость мобильных телефонов Общие помехи Качество сигнала / зона покрытия Использование частоты / плотность вызовов Руки прочь Голос и данные одновременно
1G FDMA Не более Аналоговый 1981 г. Скандинавские страны и некоторые другие европейские страны Никто Никто Хорошее покрытие за счет низких частот Очень низкая плотность Жесткий Нет
2G TDMA и FDMA GSM Цифровой 1991 г. По всему миру, все страны, кроме Японии и Южной Кореи сим-карта Некоторая электроника, например усилители Хорошее покрытие в помещении на частотах 850/900 МГц. Возможны повторители. Жесткий предел 35 км. Очень низкая плотность Жесткий Да GPRS класса A
2G CDMA ИС-95 (CDMA один) Цифровой 1995 г. Ограничено Никто Никто Неограниченный размер ячейки, низкая мощность передатчика позволяет использовать большие ячейки Очень низкая плотность Мягкий Нет
3G CDMA IS-2000 (CDMA 2000) Цифровой 2000/2002 Ограничено RUIM (используется редко) Никто Неограниченный размер ячейки, низкая мощность передатчика позволяет использовать большие ячейки Очень низкая плотность Мягкий Нет ЭВДО / Да СВДО
3G W-CDMA UMTS (3GSM) Цифровой 2001 г. по всему миру сим-карта Никто Меньшие соты и меньшее покрытие в помещении на 2100 МГц; эквивалентное покрытие в помещении и превосходящий диапазон по сравнению с GSM на 850/900 МГц. Очень низкая плотность Мягкий да
4G OFDMA LTE Цифровой 2009 г. Ограничено сим-карта Никто Меньшие соты и меньшее покрытие в S-диапазоне . Очень низкая плотность Жесткий Нет (только данные)
Голосовая связь возможна через VoLTE или откат на 2G / 3G
5G OFDMA NR Цифровой 2018 г. Ограничено сим-карта Никто Плотные клетки на миллиметровых волнах . Очень низкая плотность Жесткий Нет (только данные)
Голосовой доступ через VoNR


Сетевая совместимость и стандарт
Сетевая совместимость Стандарт или редакция
GSM ( TDMA , 2G ) GSM (1991), GPRS (2000), EDGE (2003)
cdmaOne ( CDMA , 2G ) cdmaOne (1995)
CDMA2000 ( CDMA / TDMA , 3G ) EV-DO (1999), Ред. A (2006), Ред. B (2006), SVDO (2011)
UMTS ( CDMA , 3G ) UMTS (1999 г.), HSDPA (2005 г.), HSUPA (2007 г.), HSPA + (2009 г.)
4G LTE (2009 г.), LTE Advanced (2011 г.), LTE Advanced Pro (2016 г.)
5G NR (2018)

Сильные и слабые стороны IS-95 и GSM

Преимущества GSM

Недостатки GSM

  • Мешает работе некоторой электроники, особенно некоторых усилителей звука.
  • Интеллектуальная собственность сконцентрирована среди нескольких участников отрасли, создавая барьеры для входа на рынок для новых участников и ограничивая конкуренцию между производителями телефонов. Однако ситуация хуже в системах на основе CDMA, таких как IS-95, где Qualcomm является основным держателем IP.
  • GSM имеет фиксированную максимальную дальность действия сотовой связи 120 км, что связано с техническими ограничениями . Это расширено по сравнению со старым пределом в 35 км.

Преимущества ИС-95

  • Емкость - самый большой актив ИС-95; он может вместить больше пользователей в МГц с полосой пропускания , чем любая другая технология.
  • Не имеет встроенного ограничения на количество одновременных пользователей.
  • Использует точные часы, которые не ограничивают расстояние, которое может преодолеть башня.
  • Потребляет меньше энергии и покрывает большие площади, поэтому размер ячейки в IS-95 больше.
  • Способен производить разумный вызов с более низким уровнем сигнала (приема сотового телефона).
  • Использует мягкую передачу обслуживания , снижающую вероятность сброса вызовов.
  • Голосовые кодеры IS-95 с переменной скоростью снижают скорость передачи, когда говорящий не разговаривает, что позволяет более эффективно упаковывать канал.
  • Имеет четко определенный путь к более высоким скоростям передачи данных.

Недостатки ИС-95

  • Большинство технологий запатентованы и должны быть лицензированы Qualcomm .
  • Дыхание базовых станций, где зона покрытия сжимается под нагрузкой. По мере того, как количество подписчиков, использующих определенный сайт, увеличивается, диапазон этого сайта уменьшается.
  • Поскольку башни IS-95 мешают друг другу, они обычно устанавливаются на гораздо более коротких башнях. Из-за этого ИС-95 может плохо работать на холмистой местности.
  • USSD, PTT, объединенные / E-sms не поддерживаются IS-95 / CDMA
  • IS-95 покрывает меньшую часть мира, а телефоны IS-95 обычно не могут осуществлять международный роуминг.
  • Производители часто не решаются выпускать устройства IS-95 из-за меньшего рынка, поэтому функции иногда запаздывают с появлением устройств IS-95.
  • Даже при запрете блокировки субсидий , телефоны CDMA подключаются через ESN к определенной сети, поэтому телефоны, как правило, нельзя переносить между поставщиками.

Развитие рыночной доли мобильных стандартов

На этом графике сравниваются рыночные доли различных мобильных стандартов.

Абоненты мобильных телефонов по технологиям (левая ось Y) и общему количеству абонентов в мире (правая ось Y)

На быстрорастущем рынке GSM / 3GSM (красный) растет быстрее рынка и завоевывает долю рынка, семейство CDMA (синий) растет примерно с той же скоростью, что и рынок, в то время как другие технологии (серый) постепенно прекращаются.

Сравнение стандартов беспроводного Интернета

В качестве справки приводится сравнение стандартов мобильного и немобильного беспроводного Интернета.

Сравнение способов мобильного доступа в Интернет
Общее
имя		 Семья Основное использование Radio Tech Нисходящий поток
(Мбит / с)		 Восходящий поток
(Мбит / с)		 Заметки
HSPA + 3GPP Мобильный интернет CDMA / TDMA / FDD
MIMO 		21
42
84
672		 5,8
11,5
22
168		 HSPA + широко применяется . В редакции 11 3GPP говорится, что пропускная способность протокола HSPA + должна составлять 672 Мбит / с.
LTE 3GPP Мобильный интернет OFDMA / TDMA / MIMO / SC-FDMA / для LTE-FDD / для LTE-TDD 100 Cat3
150 Cat4
300 Cat5
(в FDD 20 МГц)
 50 Cat3 / 4
75 Cat5
(в FDD 20 МГц)		 Ожидается, что обновление LTE-Advanced предложит пиковые скорости до 1 Гбит / с на фиксированной скорости и 100 Мбит / с для мобильных пользователей.
WiMax, отн. 1 802.16 WirelessMAN MIMO - SOFDMA 37 (TDD 10 МГц) 17 (TDD 10 МГц) С 2x2 MIMO.
WiMax, версия 1.5 802.16-2009 WirelessMAN MIMO - SOFDMA 83 (20 МГц TDD)
141 (2x20 МГц FDD)		 46 (20 МГц TDD)
138 (2x20 МГц FDD)		 С 2x2 MIMO. Расширен до каналов 20 МГц в 802.16-2009
WiMAX rel 2.0 802,16 м WirelessMAN MIMO - SOFDMA 2x2 MIMO
110 (20 МГц TDD)
183 (2x20 МГц FDD)
4x4 MIMO
219 (20 МГц TDD)
365 (2x20 МГц FDD)		 2x2 MIMO
70 (20 МГц TDD)
188 (2x20 МГц FDD)
4x4 MIMO
140 (20 МГц TDD)
376 (2x20 МГц FDD)		 Кроме того, пользователи с низкой мобильностью могут объединять несколько каналов для получения скорости загрузки до 1 Гбит / с.
Flash-OFDM Flash-OFDM Мобильность
мобильного Интернета до 200 миль / ч (350 км / ч)		 Flash-OFDM 5,3
10,6
15,9		 1,8
3,6
5,4		 Мобильный диапазон 30 км (18 миль)
Увеличенный диапазон 55 км (34 мили)
Гиперман Гиперман Мобильный интернет OFDM 56,9
Вай-фай 802.11
( 11n )		 Беспроводная сеть OFDM / CSMA / MIMO / полудуплекс 288,8 (при использовании конфигурации 4x4 в полосе пропускания 20 МГц) или 600 (при использовании конфигурации 4x4 в полосе пропускания 40 МГц)

Улучшения антенны , РЧ-интерфейса и незначительные настройки таймера протокола помогли развернуть P2P- сети дальнего действия, компрометируя радиальное покрытие, пропускную способность и / или эффективность использования спектра ( 310 км и 382 км ).
iBurst 802.20 Мобильный интернет HC-SDMA / TDD / MIMO 95 36 Радиус ячейки: 3–12 км
Скорость: 250 км / ч
Спектральная эффективность: 13 бит / с / Гц / ячейка
Коэффициент повторного использования спектра: «1»
EDGE Evolution GSM Мобильный интернет TDMA / FDD 1.6 0,5 3GPP, выпуск 7
UMTS W-CDMA
HSPA ( HSDPA + HSUPA ) 		UMTS / 3GSM Мобильный интернет CDMA / FDD

CDMA / FDD / MIMO 		0,384
14,4		 0,384
5,76		 HSDPA широко распространен . Типичная сегодня скорость нисходящего канала 2 Мбит / с, восходящий канал ~ 200 кбит / с; Нисходящий канал HSPA + до 56 Мбит / с.
UMTS-TDD UMTS / 3GSM Мобильный интернет CDMA / TDD 16 Сообщенные скорости согласно IPWireless с использованием модуляции 16QAM, аналогичной HSDPA + HSUPA
EV-DO  Rel. 0
EV-DO Rev.A
EV-DO Rev.B 		CDMA2000 Мобильный интернет CDMA / FDD 2,45
3,1
4,9xN		 0,15
1,8
1,8xN		 Примечание Rev B: N - количество используемых несущих 1,25 МГц. EV-DO не предназначен для передачи голоса и требует возврата к 1xRTT при размещении или получении голосового вызова.

Примечания: Все скорости являются теоретическими максимумами и будут варьироваться в зависимости от ряда факторов, включая использование внешних антенн, расстояние от вышки и путевую скорость (например, связь в поезде может быть хуже, чем в неподвижном состоянии). Обычно полоса пропускания распределяется между несколькими терминалами. Производительность каждой технологии определяется рядом ограничений, включая спектральную эффективность технологии, используемые размеры сот и количество доступного спектра. Для получения дополнительной информации см. Сравнение стандартов беспроводной передачи данных .

Для более таблиц сравнения см битовых тенденций развития скорости , сравнение стандартов мобильной связи , спектральной таблицы сравнения эффективности и OFDM таблицы сравнения системы .

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Статистика подписчиков на конец первого квартала 2007 г.» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 27 сентября 2007 года . Проверено 22 сентября 2007 года .
  2. ^ «CDMA Development Group объявляет« SVDO »: обрабатывать вызовы и данные одновременно» . Wpcentral.com . 18 августа 2009 . Проверено 30 июля 2018 года .
  3. ^ «Самая большая и надежная сеть нации - AT&T» . Wireless.att.com . Архивировано из оригинального 15 августа 2018 года . Проверено 30 июля 2018 года .
  4. ^ "IS-95 (CDMA) и GSM (TDMA)" . Архивировано из оригинального 26 февраля 2011 года . Проверено 3 февраля 2011 года .
  5. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала 23 января 2011 года . Проверено 18 января 2011 года .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  6. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала 9 мая 2006 года . Проверено 14 июня 2006 года .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  7. ^ «Часто задаваемые вопросы PCS» . Архивировано из оригинала 9 мая 2005 года.
  8. ^ а б «LTE» . Веб-сайт 3GPP . 2009 . Проверено 20 августа 2011 года .
  9. ^ a b c «WiMAX и стандарт радиоинтерфейса IEEE 802.16m» (PDF) . Форум WiMax. 4 апреля 2010 . Проверено 7 февраля 2012 года .