Η τεχνολογία 3G και 4G συνδέεται με πρότυπα κινητής επικοινωνίας. Οι κινητές επικοινωνίες αποτελούν έναν από τους συνεχώς αναπτυσσόμενους τομείς που προσφέρουν γρήγορες και καλύτερες εμπειρίες κινητής ευρυζωνικότητας. Κάθε νέα τεχνολογία προσφέρει τη σημαντική πρόοδο στις επιδόσεις και τις δυνατότητες σε σύγκριση με τον προκάτοχό της. Παρέχει τη δυνατότητα πρόσβασης στο διαδίκτυο μέσω διαφορετικών συσκευών, όπως καρτέλες, φορητοί υπολογιστές, επιτραπέζια και κινητά τηλέφωνα.
Συγκριτικό διάγραμμα
| Βάση σύγκρισης | 3G τεχνολογία | Τεχνολογία 4G |
|---|---|---|
| Εύρος ζώνης δεδομένων | 2 Mbps - 21 Mbps | 2 Mbps - 1 Gbps |
| Μέγιστη ταχύτητα αποστολής | 5 Mbps | 500 Mbps |
| Μέγιστη Τιμή Λήψης | 21 Mbps | 1 Gbps |
| Τεχνική εναλλαγής | Αλλαγή πακέτων | Αλλαγή πακέτων, Μετατροπή μηνυμάτων |
| Πρότυπα | IMT 2000 3.5G HSDPA 3.75G HSUPA | Ενιαίο ενιαίο πρότυπο Wimax και LTE |
| Τεχνολογία Σωρός | Ψηφιακά ευρυζωνικά δεδομένα πακέτων CDMA 2000, UMTS, EDGE κλπ. | Ψηφιακά ευρυζωνικά δεδομένα πακέτων Wimax2 και LTE Advances. |
| Ζώνη συχνοτήτων | 1.8 - 2.5 GHz | 2 - 8 GHz |
| Αρχιτεκτονική δικτύου | Ευρεία περιοχή κυττάρων με βάση | Ενσωμάτωση ασύρματου LAN και ευρείας περιοχής |
| Προκαθορισμένη διόρθωση σφαλμάτων | Το 3G χρησιμοποιεί κωδικούς turbo για διόρθωση σφαλμάτων. | Συνδυασμένοι κώδικες χρησιμοποιούνται για τη διόρθωση σφαλμάτων σε 4G. |
| Μην αγγίζετε | Οριζόντιος | Οριζόντια και κάθετη |
Ορισμός της τεχνολογίας 3G
Το 3G είναι μια γενιά προτύπων για υπηρεσίες κινητής τηλεφωνίας που ικανοποιεί τη διεθνή κινητή τηλεφωνία -2000 (IMT-2000) παρέχει τη δυνατότητα μεταφοράς ταυτόχρονα φωνής και δεδομένων (λήψεις μουσικής, μηνύματα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου και άμεσων μηνυμάτων) στο ίδιο δίκτυο.
Παρέχει ευρυζωνική χωρητικότητα, υποστηρίζει μεγαλύτερο αριθμό πελατών φωνής και δεδομένων με χαμηλότερο πρόσθετο κόστος από τον προηγούμενο 2G. Το 3G χρησιμοποιεί την εναλλαγή κυκλωμάτων για φωνητική επικοινωνία και την εναλλαγή πακέτων για επικοινωνία δεδομένων.
Μέγιστες ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων που υποστηρίζονται από 3G:
- 2, 05 Mbits / δευτερόλεπτο για σταθερές συσκευές.
- 384 Kbits / δευτερόλεπτο για συσκευές που κινούνται με αργούς ρυθμούς.
- 128 Kbits / δευτερόλεπτο για συσκευές που κινούνται με μεγάλη ταχύτητα.
ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ 3GPP
Το 3GPP (Σχέδιο Σύμπραξης 3ης Γενιάς) εξελίχθηκε κατά τη διάρκεια διαμόρφωσης διοικητικών οργάνων που περιελάμβαναν τη συνεργασία τόσο του GSM όσο και του UMTS. Το 3GPP εργαζόταν υπό την παρατήρηση της ITU-R (Διεθνής Τηλεπικοινωνιακή Ένωση-ραδιοεπικοινωνιών), ένας από τους τομείς της ITU.
Είναι υπεύθυνη για τη διαχείριση του διεθνούς φάσματος ραδιοσυχνοτήτων, για να διασφαλίσει την αποτελεσματική χρήση του φάσματος και καθορίζει τις οικογένειες τεχνολογίας, συνδέει συγκεκριμένα τμήματα του φάσματος με τις οικογένειες.
Η ITU επικύρωσε τελικά μια οικογένεια πέντε προτύπων 3G που αποτελούν μέρος του πλαισίου 3G γνωστού ως IMT-2000, αφού προσπάθησε να κατασκευάσει ένα ενιαίο πρότυπο 3G:
- Τρία πρότυπα που βασίζονται στο CDMA (Πολλαπλή Πρόσβαση Κώδικα), συγκεκριμένα:
- CDMA2000
- WCDMA (Πολλαπλή πρόσβαση διαίρεσης κώδικα ευρείας ζώνης) / HSPA + (Πρόσβαση πακέτων υψηλής ταχύτητας)
- TDSCDMA.
- Δύο πρότυπα με βάση το TDMA (Time Division Multiple Access), και συγκεκριμένα:
- FDMA / TDMA
- TDMA-SC (EDGE).
Ορισμός της τεχνολογίας 4G
Το 4G αντιπροσωπεύει την Τεχνολογία 4ης Γενιάς και είναι ένα εγχείρημα ανάπτυξης, το οποίο ενσωματώνει τα υπάρχοντα συστήματα καλωδίων 2G (δεύτερη γενιά), 3G (3η γενιά), WLAN (ασύρματα τοπικά δίκτυα), μικρής εμβέλειας, , πλήρως λειτουργικό, σταθερό και συνεκτικό δίκτυο.
Πρόκειται για μια επέκταση της τεχνολογίας 3G, η οποία παρέχει δυνατότητες που ορίζονται από την ITU (Διεθνής Τηλεπικοινωνιακή Ένωση) στην IMT (Διεθνείς Κινητές Τηλεπικοινωνίες) περιλαμβάνει χαρακτηριστικά όπως επεκτασιμότητα, ευελιξία, αποτελεσματικότητα, αυτοδιοίκηση, ασφάλεια για τη διασύνδεση με διαφορετικά δίκτυα και πλήθος νέων και υφιστάμενων υπηρεσιών.
Προσφέρει πλήρως συγκλίνουσες προσαρμοσμένες υπηρεσίες (φωνή, δεδομένα και πολυμέσα) με ρυθμούς δεδομένων μέχρι 100 Mbps και διαδεδομένη κινητή πρόσβαση για:
- Κινητή τηλεόραση υψηλής ανάλυσης
- IP τηλεφωνία
- Υπηρεσίες τυχερών παιχνιδιών
- Τηλεδιάσκεψη
- 3D τηλεόραση
Οι βελτιωμένες εκδόσεις των σημερινών τεχνολογιών καλύπτουν τα GSM, GPRS, CDMA, IMT-2000, W-CDMA, CDMAone, Ασύρματα LAN και Bluetooth ενσωματώνονται σε 4G. Προβλέπεται η υψηλής ποιότητας μετάδοση ήχου / βίντεο από το Internet Protocol.
Οι εκδόσεις του Mobile LTE (Long Term Evolution) και της WiMAX (Παγκόσμια Διαλειτουργικότητα για Πρόσβαση στα Μικροκύματα) υποστηρίζουν συνολικά πολύ λιγότερο από το μέγιστο bit bit 1 Gbit / s, έχουν 4G από τους παρόχους υπηρεσιών, αλλά δεν υπάρχει πλήρης συμβατότητα με την IMT Advanced.
Ο κύριος στόχος της 4G LTE ήταν να επιτύχει υψηλή κινητικότητα και παγκόσμια συνδεσιμότητα.
Το δίκτυο πρωτοκόλλου IP αναπτύχθηκε περαιτέρω για να υποστηρίξει υψηλούς ρυθμούς δεδομένων, προηγμένες υπηρεσίες εφαρμογών και διαχείριση δικτύου IP και ραδιοσυχνοτήτων πιο αποτελεσματικά και έχει πολύ πιο απαιτητικές απαιτήσεις.
Η ραδιοφωνική τεχνολογία διασκορπισμένου φάσματος που χρησιμοποιήθηκε στην 3G αντικαθίσταται από:
- OFDMA (πολλαπλή πρόσβαση με ορθογώνια διαίρεση συχνότητας), πολλαπλών μεταδόσεων.
- FDE (Εξισορρόπηση Συχνότητας-Περιοχής).
Ως αποτέλεσμα, μεταφέρει πολύ υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης bit χωρίς να επηρεάζεται από την εκτεταμένη πολλαπλή μετάδοση ραδιοφώνου.
Για τις επικοινωνίες πολλαπλών εισόδων MIMO (Multiple-Input Multiple-Output), ο μέγιστος ρυθμός δυαδικών ψηφίων ενισχύεται περαιτέρω με τη χρήση έξυπνων συστοιχιών κεραίας. Διαμόρφωση υψηλότερης παραγγελίας μέχρι 64 QAM και MBMS (Multimedia Broadcast Broadcast Broadcast Broadcast Multicast services) για τη μετάδοση.
Βασικές διαφορές μεταξύ τεχνολογίας 3G και 4G
Τα σημεία που ακολουθούν παρουσιάζουν τη διαφορά μεταξύ τεχνολογίας 3G και 4G:
- Όσον αφορά το εύρος ζώνης δεδομένων 3G παρέχει 21 Mbps και 4G προσφέρει μέγιστο εύρος ζώνης δεδομένων 1 Gbps.
- Η μέγιστη ταχύτητα φόρτωσης του 3G είναι 5 Mbps ενώ το 500 Mbps είναι η υψηλότερη ταχύτητα φόρτωσης 4G.
- Το υψηλότερο ποσοστό λήψης 3G είναι 21 Mbps. Σε σύγκριση με το 4G προσφέρει 1Gbps μέγιστο ποσοστό λήψης.
- Το 3G χρησιμοποιεί μεταγωγή πακέτων για τη μετάδοση δεδομένων. Από την άλλη πλευρά, η μεταγωγή πακέτων και μηνυμάτων χρησιμοποιείται στο 4G.
- Στο 4G, χρησιμοποιείται η αρχιτεκτονική του υβριδικού δικτύου. Αντίθετα, το 3G χρησιμοποιεί δίκτυο βασισμένο σε κυψελίδες.
- Το CDMA χρησιμοποιείται στο 3G. Αντιθέτως, το 4G χρησιμοποιεί OFDMA (Ορθογώνια Πολλαπλή Πρόσβαση Τμήματος Συχνότητας).
- Η διαχείριση του Handoff γίνεται κατακόρυφα σε 3G, αλλά στο 4G γίνεται κάθετα και οριζόντια.
- Πλήρες δίκτυο με βάση IP υποστηρίζεται στο 4G. Ωστόσο, στην περίπτωση του 3G, είναι κύκλωμα και πακέτο.
Αρχιτεκτονική 3G / UMTS
Τα συστατικά μέρη του δικτύου 3G UMTS είναι
• Κινητός σταθμός: Θα μπορούσε να είναι οτιδήποτε όπως κινητά τηλέφωνα με δεδομένα και φωνή, καρτέλες ή υπολογιστές που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως τελικοί χρήστες.
• RAN (Radio Access Network) : Αποτελείται από σταθμούς βάσης και ελεγκτή πρόσβασης ραδιοφώνου, ο οποίος γεφυρώνει το χάσμα μεταξύ του Mobile Station και του Core Network. Επίσης ελέγχει και διαχειρίζεται τη διεπαφή αέρα για ολόκληρο το δίκτυο.
• CN (Core Network) : Παρέχει την κύρια επεξεργασία και διαχείριση των υποσυστημάτων. Το δίκτυο 3G UMTS Architecture μεταναστεύει από το GSM με ορισμένες βελτιώσεις στα στοιχεία του κεντρικού δικτύου.
- Τομέας μεταγωγής κυκλώματος : Χρησιμοποιεί δίκτυο κυκλωμάτων διανομής, στο οποίο παρέχεται αποκλειστικός σύνδεσμος ή κανάλι για συγκεκριμένη χρονική θέση σε σύνολο χρηστών. Τα δύο μπλοκ που εμφανίζονται στην περιοχή κυκλωμάτων μεταγωγής είναι:
- Το MSC - Mobile Switching Center διαχειρίζεται κλήσεις με κυκλώματα μεταγωγής.
- GMSC - Gateway Το MSC λειτουργεί ως ενδιάμεσος μεταξύ εξωτερικών και εσωτερικών δικτύων.
- Τομέας μεταγωγής πακέτων : Χρησιμοποιεί το δίκτυο IP όπου τα IP είναι υπεύθυνα για τη μετάδοση και τη λήψη δεδομένων μεταξύ δύο ή περισσοτέρων συσκευών. Τα δύο μπλοκ που εμφανίζονται στην περιοχή πακετομεταγωγής είναι:
- SGSN (Serving GPRS Support Node) : Οι διάφορες λειτουργίες που παρέχει η SGSN είναι η διαχείριση της κινητικότητας, η διαχείριση των συνεδριών, η χρέωση, η επικοινωνία με άλλους τομείς του δικτύου.
- GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Μπορεί να θεωρηθεί ως ένας πολύπλοκος δρομολογητής και να χειρίζεται τις εσωτερικές λειτουργίες μεταξύ των εξωτερικών δικτύων μεταγωγής πακέτων και του δικτύου μεταγωγής πακέτων UMTS.
- IMS (Υποσύστημα πολυμέσων IP) : Πρόκειται για ένα αρχιτεκτονικό πλαίσιο που παρέχει υπηρεσίες πολυμέσων IP.
4G LTE Αρχιτεκτονική
Τα συστατικά μέρη του δικτύου 4G LTE είναι
- Εξοπλισμός χρήστη (UE) : Θα μπορούσε να είναι οποιαδήποτε συσκευή ικανή να δημιουργήσει λειτουργίες επικοινωνίας όπως κινητά τηλέφωνα, καρτέλες, υπολογιστές κλπ.
- Το εξελιγμένο δίκτυο ραδιοεπικοινωνιών UMTS επίγειας ραδιοεπικοινωνίας (E-UTRAN): Ελέγχει την ραδιοεπικοινωνία μεταξύ εξοπλισμού χρήστη και EPC. Το LTE mobile μπορεί να συνδεθεί με ένα μόνο κελί και ένα σταθμό βάσης τη φορά. Κύριες λειτουργίες που εκτελούνται από το EBS (εξελιγμένος σταθμός βάσης)
- Οι λειτουργίες αναλογικής και ψηφιακής επεξεργασίας της διεπαφής αέρα LTE χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση και λήψη ραδιομετάδοσης σε όλες τις συσκευές με δυνατότητα LTE.
- Χειρίζεται τη λειτουργία χαμηλού επιπέδου αποστέλλοντας τα μηνύματα και τις εντολές σηματοδότησης.
- Evolved Core Packet (EPC) : Επικοινωνεί με εσωτερικά και εξωτερικά δίκτυα πακέτων δεδομένων και υποσύστημα πολυμέσων IP. Αποτελείται από τα ακόλουθα μπλοκ:
- HSS: Ο κεντρικός υπολογιστής συνδρομητών περιέχει όλες τις πληροφορίες σχετικά με όλους τους συνδρομητές του δικτύου του δικτύου σε μια κεντρική βάση δεδομένων.
- MME: Ο φορέας διαχείρισης κινητικότητας χειρίζεται τη λειτουργία υψηλού επιπέδου από τα μηνύματα σηματοδοσίας και το HSS.
- S-GW: Η πύλη σηματοδότησης εκτελεί δεδομένα αγκύρωσης και προώθησης κινητικότητας μεταξύ της πύλης PDN και του σταθμού βάσης.
- P-GW: Η πύλη δικτύου πακέτων δεδομένων επικοινωνεί με τις διεπαφές που χρησιμοποιεί το PDN. Εκτελεί λειτουργίες όπως η κατανομή διευθύνσεων IP και το φιλτράρισμα πακέτων.
- PCRF: Κανόνας πολιτικής και χρέωσης Η λειτουργία είναι υπεύθυνη για τον έλεγχο των διαδικασιών χρέωσης που βασίζονται στη ροή στη Λειτουργία Επιβολής Ελέγχου Πολιτικής (PCEF) και στη λήψη αποφάσεων ελέγχου πολιτικής.
Πλεονεκτήματα του 3G
- Χρησιμοποιεί ζώνες συχνοτήτων 2G με εύρος ζώνης μέχρι 230MHz που χρησιμοποιούνται για την επίτευξη παγκόσμιας περιαγωγής και πολλαπλών υπηρεσιών.
- Ευρυζωνικό ραδιοφωνικό κανάλι που υποστηρίζει υπηρεσίες υψηλής ταχύτητας - Το κανάλι ραδιοφωνικών μεταδόσεων χρησιμοποιεί εύρος ζώνης έως 20M, το οποίο βελτιώνει την εξασθένιση του ρυθμού ανάγνωσης και την αποδιαμόρφωση πολλαπλών διαδρομών.
- Στο ευρυζωνικό κανάλι, η ποιότητα της επιχείρησης μπορεί να ελεγχθεί εφαρμόζοντας πολυπλεξία χρόνου και επαναχρησιμοποίηση κώδικα. Διαφορετικοί παράγοντες διάδοσης, οι διάφοροι ρυθμοί που χρειάζονται διαφορετικά QOS μπορούν να χαρτογραφήσουν στο ευρυζωνικό κανάλι επιλέγονται για να υλοποιήσουν τη μετάδοση πολλαπλών υπηρεσιών και πολλαπλών ρυθμών .
- Προκειμένου να βελτιωθεί η απόδοση του καναλιού μετάδοσης κατερχόμενης ζεύξης, εφαρμόζεται τεχνολογία ελέγχου ταχύτητας κλειστού βρόχου.
- Για να ρυθμίσετε προσαρμοστικά την ισχύ, να μειώσετε την αυτοδιάθεση του συστήματος και να αυξήσετε την ευαισθησία του δέκτη και να αυξήσετε την χωρητικότητα του συστήματος, οι ασύρματες συστοιχίες κεραίας ενσωματώνονται στον σταθμό βάσης 3G.
WCDMA, που αποτελείται κυρίως από τις ακόλουθες δύο πτυχές, όπως η κωδικοποίηση καναλιών και ο έλεγχος ισχύος. - Απαιτείται τεχνολογία μεταγωγής για την επικοινωνία τερματικών και κινητών δικτύων όταν οι ακροδέκτες δεν είναι σταθεροί και η αλλαγή της θέσης τους από την κάλυψη ενός σταθμού βάσης σε έναν άλλο σταθμό βάσης.
Πλεονεκτήματα του 4G
- Μειωμένες καθυστερήσεις τόσο για την καθιέρωση σύνδεσης όσο και για την καθυστέρηση μετάδοσης .
- Αυξημένη δυναμικότητα δεδομένων χρήστη.
- Αυξημένη ταχύτητα bit δεδομένων κυψελών .
- Ελαχιστοποιημένο κόστος ανά bit που χρησιμοποιεί ενισχυμένη φασματική απόδοση .
- Απλοποιημένη αρχιτεκτονική δικτύου .
- Ασύρματη κινητικότητα μεταξύ των διαφόρων τεχνολογιών πρόσβασης ραδιοφώνου .
- Εύλογη κατανάλωση ενέργειας για την κινητή συσκευή.
- Ελαχιστοποιεί το κόστος εξοπλισμού καθώς καταργεί την ανάγκη για δαπανηρό ισοσταθμιστή συχνότητας στον δέκτη.
- Παρέχει ολοκληρωμένες υπηρεσίες ασφαλείας .
Περιορισμοί του 3G
- Το κόστος της κυψελοειδούς υποδομής, η αναβάθμιση των σταθμών βάσης είναι πολύ υψηλό.
- Η περιαγωγή και η επεξεργασία δεδομένων / φωνής δεν έχουν ακόμη ολοκληρωθεί.
- Η χρήση ισχύος είναι υψηλή.
- Χρειάζονται σταθμούς βάσης μικρής απόστασης και είναι ακριβοί.
Περιορισμοί του 4G
- Ο συντονισμός των θέσεων και ο συντονισμός των πόρων για την προσθήκη νέων συσκευών δεν είναι επαρκής.
- Οι περιορισμένες φωνητικές κλήσεις και οι υπηρεσίες μπορούν να αντιμετωπιστούν μια φορά.
- Όντας μια συγκεντρωμένη υπηρεσία δεδομένων, απαιτεί ευρύ εύρος ζώνης.
- Δεν παρέχει καλές υπηρεσίες σε αγροτικές περιοχές λόγω της απαίτησης του ασύρματου δικτύου και το δίκτυο 4G δεν επεκτείνεται καλά στις περιοχές αυτές.
συμπέρασμα
Οι τεχνολογίες 4G παρέχουν καλύτερες υπηρεσίες σε σύγκριση με τις τεχνολογίες 3G. από την άποψη της απόδοσης δεδομένων, του ρυθμού δυαδικών ψηφίων κυψελών, του κόστους, της κινητικότητας, της κατανάλωσης ενέργειας για κινητές συσκευές. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένα προβλήματα συμβατότητας στο 4G.
