Mobilní datové sítě

0G - Sítě 0. generace (precellurar)

V podstatě se jednalo o naprosté začátky rádiové mobilní telekomunikace vůbec a o nějakém posílání dat nemohla být ani řeč. Hmotnost a velikost zařízení dosahovala mezních hodnot mobility.

Technologie:
Technologií bylo mnoho, v podstatě si každý používal nebo vymyslel tu svoji. Jmenujme například:

Mobile Telephone System (MTS) - VHF radio system
Improved Mobile Telephone Service (IMTS) - VHF/UHF radio system
Advanced Mobile Telephone System (AMTS) systems

 

1G - Sítě 1. generace

Sítě založené na analogovém signálu kde standard je založen takřka výhradně na přenos hlasu a s daty počítáno v podstatě nebylo. Přenos dat bylo možné jen pomocí integrovaného modemu na základě zakódování signálu. Z pohledu sítě nebyl zásadní rozdíl mezi modulací hlasu, nebo datového signálu, nicméně protokol pro opravu chyb musel být daleko robustnější než v případě klasické pevné linky kvůli daleko většímu rušení signálu. Datový tok tak v případě AMPS modemu mohl v případě dobrých podmínek dosahovat az 14.4 Kbps, v případě horších rychlost klesala k 4.8 Kbps. Dalším problémem bylo zpoždění, které mohlo být klidně víc jak 20 sekund než došlo k samotnému navázání spojení.

Z výše popsaných skutečností, spolu s neúměrnými cenami za tato "datová volání" tato varianta datového spojení rozhodně nebyla zrovna v oblibě, což je také pravděpodobně důvod v poměrně pomalém rozjezdu mobilních dat oproti hlasovým službám vůbec. Zatímco se hlas i přes vysoké ceny těšil relativně oblibě, o data už tak velký zájem nebyl.

Velký počet různých technologických "standardů" z minulosti také nesl problémy mobility.

Technologie:

NMT (Nordic Mobile Telephone) používaný v skandinávských zemích, ve východní Evropě a Rusku
AMPS (Advanced Mobile Phone System), používaný převážně ve Spojených státech.
NTT (Nippon Telegraph and Telephone) - japonsko

a další standardy používané v různých zemích

 

2G - Sítě 2. generace (1990)

Na počátku 1990 se začínají rýsovat sítě druhé generace, které jsou již plně digitalizovány což přineslo zejména:

• lepší kvalitu hlasu
• zvýšenou bezpečnost (značné snížení možnosti odposlechu, možnost šifrování)
• navýšilo celkovou možnou kapacitu
• SMS
• datové přenosy
• hlasová schránka, přesměrování hovorů, zobrazení tel. čísla
• použití časového dělení umožňuje využití jednoho kmitočtu v jedné buňce více uživateli současně a zároveň značně snižuje spotřebu (telefon vysílá jenom zlomek času hovoru).
• použití SIM karty umožňuje snadnou změnu mobilního telefonu.
• siť druhé generace sebou přinesla snahu o globalizaci standardu za účelem sjednocení a použitelnosti jednoho zařízení ve vícero zemích a možnost roamingu jako takového.
• výsledkem této globalizace je standard GSM - Global System for Mobile Communications
• GSM je kolekce standardů, aplikací a vlastností dostupných pro uživatele mobilních telefonů na celém světě.
• GSM také přínáší v podstatě první standard pro mobílní data - CSD
• GSM standard je postupem času stále rozšiřován o další technologie

Od Sítí druhé generace se můžeme bavit o “datových sítích”

CSD - circuit switched data - v podstatě první standardizovaná metoda přenosu dat v digitální síti. Datová komunikace založená přenosu digitálního signálu v podobě 1 a 0 bez nutnosti převodů do analogové podoby.

• Rychlosti se pohybují od 9.6 Kbps až po 14.4 Kbps
• účtování na základě času stráveného datovým spojením, nikoliv objemu dat
• dochází k využívání celého slotu, což přinásí garanci minimální propustnosti

Ostatní 2G technologie:

CDPD
iDEN
PDC
PHS

 

2.5G - Sítě 2.5 Generace (2000)

Pozdější specifikace a rozšíření 2G standardu. Přechod na Packetově přepínané sítě pro data znamená další zefektivnění využití sítě,  navýšení propustnosti a změnu účtování spotřebovaných dat, namísto časové jednotky.

HSCSD - High-speed circuit-switched dat

• rozšíření CSD implementace
• vícero úrovní opravy chyb podle kvality připojení (GSM CSD ma pouze jednu robustní)
• to může v případě dobrého signálu znamenat 14.4 kbps oproti 9.6 kbps u CSD
• souběžné použití více časových slotů zaráz (max. 4)
• v ideálním případě tedy můžeme dosáhnout 4 x 14.4 kbps = 57.6 kbps
• Kombinací až 9 GSM časových slotů může být finální kapacita navýšena na 115 kbps.
• poněkud postatná nevýhoda spočívá v tom, že operátor účtuje všechny obsazené sloty, což znamená, že platíte počet použitých kanálů x CSD připojení (4xCSD), což službu velmi prodražuje oproti GPRS
• nicméně oproti GPRS zůstáva garance minimální rychlosti

GPRS - General Packet Radio Service

• vůbec první připojení, kde se data účtují na základě množství, nikoliv časové jednotky
• 4 úrovně kódování (opravy chyb) signálu na základě kvality signálu
• rychlost odvislá od konfigurace timeslotů (uplink+downlink)
• nastavených operátorem
• počtem možných slotů samotného zařízení (až 10 (5 downlink + 5 uplink), max 6 aktivních souběžně)
• v případě idálních podmínek (5+1 slot, CS-4 kódování) je možné dosáhnout 5x20 kbps =100 kbps downlink
• ve většině případů však rychlosti dosahují 20 - 40 kbps
• narozdíl od CSD není garantována minimální přenosová rychlost, protože jsou využívány aktuálně nevyužité kánaly přenosového pásma a navíc jsou tyto sdíleny.

Kódové schéma GPRS	Rychlost (kbit/s)
CS-1	8.0
CS-2	12.0
CS-3	14.4
CS-4	20.0

EDGE - Enhanced Data rates for GSM Evolution

• další rozšíření GSM pro datová spojení
• obsahuje rozšíření jak Enhanced GPRS (EGPRS) - prepínání packetů tak i Enhanced CSD (ECSD) - přepojování okruhů
• ve většině případů je kvůli cenové nákladnosti CSD implementováno pouze EGPRS
• hlavní vylepšení spočívá ve využití modulace 8-PSK ,která dovoluje přenést 3 informační bity pomocí jednoho symbolu na rádiové vrstvě
• v případě ideálních podmínek (5+1 slot, MCS-9 kódování) můžeme dosáhnout až 5x61.85 = 309.25 kbps downlink. V praxi se jedná o rychlosti kolem 100 - 150 kbps

Kódové a modulační schéma EDGE (MCS)	Rychlost   (kbit/s/slot)	Modulace
MCS-1	8.80	GMSK
MCS-2	11.2	GMSK
MCS-3	14.8	GMSK
MCS-4	17.6	GMSK
MCS-5	22.4	8-PSK
MCS-6	29.6	8-PSK
MCS-7	44.8	8-PSK
MCS-8	57.05	8-PSK
MCS-9	61.85	8-PSK

 

3G - Sítě 3. generace (2001)

UMTS - Universal Mobile Telecommunications System

• 3. generace mobilních systémů založených na GSM standardech
• na rozdíl od 2G sítí se přešlo na rychlost “na buňku”, tedy rychlosti, které je nereálné dosáhnout...
• několik “Release” lišících se zeména podporovanými rychlostmi a různými technologickými vylepšeními
• Release 99 (64 kbps přepínaný okruh, 384 kbps packetově přepínané)
• Relase 4 (TD-SCDMA)
• spíše technologické změny
• Relase 5 (HSDPA, High Speed Downlink Packet Access)
• vylepšení downlinku
• 1,2 později 3,6 Mbit/s downlink
• Relase 6 (HSUPA, High-Speed Uplink Packet Access)
• vylepšeni uplink
• 14,4 Mbit/s downlink
• 5,76 Mbit/s na uplink.
• Relase 7 (HSPA+)
• rovnou zdvojnásobení rychlosti
• 28 Mbit/s downlinku
• 11,5 Mbit/s uplink
• definuje i 56 Mbit/s / 22 Mbit/s avšak zatím nejsou reálně  podporovány
• Relase 8 (obchodně označeno jako LTE - (Dual-Cell HSDPA, Dual-Cell HSUPA)
• další navyšování rychlostí
• pod marketingovým nátlakem, pojmenováno jako LTE (4G LTE  = LTE Advanced!! nikoliv samotné LTE)
• 299.6 MBit/s download
• 75.4 Mbit/s
• Release 9 (“LTE”)
• spíše drobná vylepšení a úpravy LTE specifikace

 

4G - Sítě 4. generace (2011)

Zatím poslední generace, s uvolněnými specifikacemi. Pro 4G sítí se předpokládá využití LTE technologie.

LTE Advanced - (Long Term Evolution)

• 1. kandidát na síť 4. generace již v roce 2009
• založeno na GSM/EDGE a  UMTS/HSPA technologii
• 3GPP Release 10 a 11
• up to 3 Gbit/s downlink
• up to 1.5 Gbit/s uplink

 

5G - Sítě 5. generace (plánováno 2020)

Prozatím nejsou uvolněné žádné specifikace, nicméně mluví se o Li-Fi alias light fidelity, což by měla být síť páté generace založená na viditelném světle. Nicméně to se netýká aktuálně tak úplně mobilních sítí a tak si budeme muset na nové technologie pravděpodobně ještě chvilku počkat.

Zdroje:

http://www.teqlog.com/1g-vs-2g-vs-3g-vs-4g-vs-5g-comparison-differences-and-analysis.html
http://www.dailywireless.org/2013/01/16/what-is-lte-advanced/
http://www.businessvize.cz/datove-prenosy-a-site/jak-se-vyznat-v-mobilnich-datovych-sitich-gsm-gprs-edge
http://www.internetprovsechny.cz/mobilni-bezdratove-datove-prenosy-v-roce-2013/
http://www.3gpp.org
http://www.unwiredinsight.com/2012/3gpp-lte-releases
http://en.wikipedia.org/wiki/3GPP_Long_Term_Evolution
http://www.speedguide.net/faq_in_q.php?qid=365

Jiří Peterka - archiv mobilní články
http://www.earchiv.cz/i_mobil.php3

Souhrn generací a technologií
http://en.wikipedia.org/wiki/Advanced_Mobile_Telephone_System

Tabulka frekvencí
http://en.wikipedia.org/wiki/Cellular_frequencies