Хронологическое сравнение исторических фактов доказало, что наша дорогая Родина, к сожалению, не раз отставала от своих продвинутых соседей по Голубой планете. Вспомните хотя бы вековую задержку отмены крепостного права. Та же тенденция творится в сфере компьютерных и мобильных технологий. Модную аббревиатуру «3G» русский человек узнал и смог опробовать в действии лишь с появлением яблочного ай-ай-ай творения связи. Хотя другие страны пользуются сетями третьего поколения вот уже 10 лет. Надо догонять, братцы, надо догонять!

Краткая история

Если бы не железный занавес, накрывший наши необъятные просторы, то возможно в 1978 году советские граждане узнали бы про ребят из чикагской фирмы Bell Labs, впервые запустивших мобильную сеть на целых две тысячи абонентов. И не было бы теперешней игры в «догонялки». Ну да что жалеть о минувших годах. Ровно через 1800 дней, уже в восьмидесятых, в той же США появилась компания Advanced Mobile Phone System (не правда ли знакомый стандарт – AMPS?). «Выскочка» занял небольшое количество частотных диапазонов по всем 50 штатам и начал продвигаться дальше. Конечно, о хорошем качестве связи и о большей масштабности распространения говорить не приходилось (североамериканские военные службы забронировали большую часть «аппетитных» частот), но пользователям хватало, и в начале девяностых число мобильных счастливчиков легко перевалило за пять миллионов человек.

Затем, после перехода от аналоговых систем к цифровым системам, появились три основных стандарта использования рабочего пространства (читай – частоты) для соединения людей друг с другом, охотно используемые и по сей день:

1. Time Division Multiple Access (TDMA) – множественный доступ со временным разделением частотного спектра. Все «витаю щие» в воздушных слоях герцы делятся на несколько диапазо нов, а эти части – еще и на мелкие интервалы времени. Переход к цифровому сигналу осуществляется за счет так называемых вокодеров.
2. Frequency Division Multiple Access (FDMA) – множественный доступ с частотным разделением спектра. Самый простой метод разделения сигнала. Оный делится на части, в зависимости от выбора частотного диапазона. Понятно, что чем больше диапазон, тем больше счастливых абонентов. И наоборот.
3. Code Division Multiple Access (CDMA) – множественный доступ с разделением частотного спектра посредством кодирования.

Основной для 3G-сетей стандарт, основанный на кодировании каждого цифрового сигнала и присвоении ему определенной станции. Не требует огромного диапазона частот, обладает повышенной помехоустойчивостью и защитой от взлома. Пока Северная Америка трудилась на благо человечества, изобретая множественные доступы, европейское и азиатское сообщества тоже не отставали от самого «демократического» государства на свете. В 1981 году заработала первая в Европе сеть Nordic Mobile Telephony. Свободные частоты (450 и 900 МГц) и не менее свободный стандарт позволили быстро-быстро распространиться технологии по просторам Старого Света и Ближнего Востока (первой NMT-сетью на 12 тысяч абонентов обзавелась Саудовская Аравия). Тогда же нашли свой лакомый уголок такие корифеи, как финская Nokia, американская Motorola и другие. Именно «нордический» NMT и западный AMPS относят к сетям первого поколения, или «1G».

Не признать успех беспроводной мобильной связи – все равно, что быть слепым. На фоне прогресса совет почтовых европейских служб в 1982 году создал временную группу общественной мобильной системы – Group Special Mobile, или куда более привычные три буквы GSM. Началась эпоха сетей второго поколения, о которых мы знаем очень много. Основываясь на стандарте TDMA, к 1994 году в пятидесяти государствах насчитывалось свыше 75 мобильных операторов и миллионы абонентов. Позже общественной мобильной системе добавилась пакетная передача информации (со скоростью 144 Кбит/сек) за счет перехода на стандарт CDMA. Обычным пользователям же осталось пользоваться благами разработок девяностых годов, ждать миллениума и готовиться к переходу на новый уровень – уровень 3G.

Уровень 3G

Казалось бы, все хорошо, новый стандарт не за горами и вот-вот займет главенствующую позицию в связи людей друг с другом. Но не так прост путь джедая :). Военная настроенность правительств отдельных государств, сложность и дороговизна внедрения (замены) нового оборудования, а также всевозможные постоянно мешающие географические элементы заметно снизили темп популяризации 3G-сетей. К тому же переход на новые мобильные устройства должен происходить массово.

Чтобы пользоваться благами новейших технологий необходимо заставить купить аналогичную трубку своих друзей, иначе ты просто переплатишь за телефон, так и не вкусив всех прикрас 3G-коммуникации. На счет географии и «вояк» быстренько разобрались созданием международных организаций IMT2000 (International Mobile Telecommunications 2000) и 3GPP (3rd Generation Partnership Project). Сетевые колоссы наконец-то «сообразили» на двоих, и мир увидел два стандарта, которые должны были опутать нашу планету своими «сетями». Сначала разберем стандарт CDMA2000 и его производные, а затем переключимся на UMTS (или W-CDMA, или 3GSM) с не менее богатым функционалом и возможностями.

CDMA2000

Технология CDMA2000 подразумевает под собой несколько стандартов (UMB, EV-DO, CDMA x1), имеющих определенные одинаковые свойства. Во-первых, они легко заполняют выделенный частотный диапазон, способный передавать данные со скоростью до 300 Кбит/сек по каналу шириной 1.25 МГц. Во-вторых, основой функционирования рассматриваемой сети являются одинаковые режимы разделения сеанса приема и отдачи информации: FDM (Frequency Division Multiplexing – частотное разделение канала) и OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing – ортогональное разделение частотного канала).

В FDM-режиме каждый сигнал посылается до приемника на отдельной частоте, а в режиме OFDM – эти сигналы распределяются, заполняя дополнительные частоты – такой порядок передачи пакета данных позволяет значительно уменьшить помехи и наложения сигнала друг на друга. В-третьих, сеть использует принцип нескольких антеннприемников MIMO (Multiple Input – Multiple Output), который теоретически увеличивает скорость передачи данных пропорционально увеличению антенн. И, наконец, для стандартов CDMA2000 доступен режим множественного доступа с пространственным распределением каналов SDMA (Space Division Multiple Access). Итак, существуют три производные технологии CDMA2000:

1. Ultra Mobile Broadband (UMB) – стандарт, в бук вальном смысле сотканный из лоскутов различ ных функций и режимов 3G. В нем присутствуют свойства технологий CDMA, TDM, FDM, SDMA и MIMO. В итоге пропускная способность канала позволяет достичь отметки 288 (!) Мбит/сек на прямом сигнале и 75 Мбит/сек – на обратном. Данный стандарт является самым технологичным на сегодняшний день из триады CDMA2000. Пока ты читаешь эти строки, 3GPP активно внедряет его в массы посредством всевозможных мобильных устройств и ноутбуков.
2. CDMA x1 – стандарт 3G, работающий в 2G-сетях (из-за чего его мило прозвали 2.75G :)). Использу ется в основном в США и Австралии из-за невоз можности приобретения новых частот (по извест ным уже причинам). CDMA x1 – фундамент всего стандарта. Обладает всеми описанными ранее свойствами и имеет скорость передачи цифровой информации до 144 Кбит/сек. Технология поз воляет одновременно поддерживать до сорока голосовых вызовов на одном канале шириной 1.25 МГц (за счет популярного в данный момент времени вокодера 4GV).
3. Evolution-Data Only (EV-DO) – последняя техноло гия из семейства CDMA2000. Одобренная коллек тивом IMT-2000 еще в 2001 году, она и по сей день использует режим пакетной передачи информа ции, заточенный под широкополосные мобильные сети.

Пропускная способность такой «паутины» колеблется в зависимости от ревизии (их всего три), но не превышает два мегабита в секунду. Рассмотренные технологические новшества в полной мере позволяют насладиться прелестями VoIP (Voice over Internet Protocol – IP-телефония), PTT (Push-to-Talk), online-конференциями и развлечениями в виде игр и фильмов. CDMA наименее затратный стандарт сетей третьего поколения. Его продвижение основывается на построении новой системы на базе старой. Следовательно, сразу виден неоспоримый плюс данной технологии: наличие полной обратной совместимости с устаревшими, но еще функционирующими сетями, находящимися на той или иной территории. Прослеживается явная взаимосвязь и равномерный, плавный переход от второго поколения к третьему.

UMTS

Так же как и CDMA2000, технологию Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) образует триада стандартов с общими свойствами и функциями (W-CDMA, TD-CDMA и TD-SCDMA). Иногда сеть UMTS называют в честь «отца» во втором поколении – 3GSM, но чаще W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access). Хотя на самом деле UMTS является набором коммуникационных свойств и протоколов для мобильных гаджетов, а W-CDMA – как известно, видоизмененный множественный доступ с разделением частотного спектра посредством кодирования. Итак, W-CDMA функционирует на двух каналах: дуплексном (данные могут передаваться в обе стороны одновременно) и симплексном (пакет данных передается только в одну строну). Их ширина составляет порядка пяти мегагерц на частоте в диапазоне от 1885 до 2025 МГц для режима передачи сигнала с мобильного устройства на базу и от 2110 до 2200 мегагерц для приема сигнала с базы на телефон или другой мобильный девайс. В режиме TDD (Time Division Duplex – временное разделение сеансов приема и передачи данных) данные поступают через один канал, который работает на одной частоте. Такой метод передачи информации используется при работе с интернет-сервисами. Ведь когда пользователь делает запрос на определенную страничку, он посылает маленький пакет данных, а в ответ получает большой объем информации, а это влечет за собой неравномерную загрузку каналов.

Совсем иначе дело обстоит с передачей голоса. Здесь необходимы два канала, так как нагрузка при получении и отправке сигнала – равномерна. В таком случае используют режим FDD (Frequency Division Duplex – дуплексное частотное разделение сеансов приема и передачи данных). Таким вот способом оператор разгружает или загружает свободное пространство частотного спектра. Надо сказать, что технология W-CDMA является основополагающей для стандарта UMTS. Поэтому их часто и путают. Другим интерфейсом связи является TD-CDMA (Time Division Code Division Multiple Access). Данный интерфейс использует совокупность множественного доступа с разделением сигнала посредством кодирования и режима TDD. Такая сеть называется UMTS-TDD. И последний на сегодня стандарт из семейства универсальных мобильных телекоммуникационных систем – родом с земель Конфуция.

TD-SCDMA (Time Division-Synchronous Code Division Multiple) пришел к нам из Китая. Китайские власти толькотолько запустили данную сеть, пытаясь тем самым абстрагироваться от остальных государств, и прежде всего от выплат компенсаций за использование технологий и наработок европейских и американских коллег. «Паутина» TD-SCDMA – вылитый стандарт TD-CDMA, плюс доступ TDMA для уменьшения помех при наложении частот. Система самостоятельно регулирует количество и продолжительность интервалов времени, что способствует исправлению «завалов» в сети и выравниванию нагрузки при передаче/приеме пакета информации. Нельзя не упомянуть про существующую и успешно работающую вот уже семь лет технологию FOMA, отцом-основателем и изобретателем которой является крупнейший в стране восходящего солнца оператор сотовой связи NTT DoCoMo (только взгляни на их офис в Токио!). Данный проект – отличный показатель того, как пробная, экспериментальная сеть превратилась в масштабную, всеобъемлющую телекоммуникационную «машину» третьего поколения. Данный факт в очередной раз говорит о перспективах 3G. Сейчас FOMA объединяет свыше пятидесяти миллионов людей по всей Японии, Англии и Соединенным Штатам.

Наши дни

Несмотря на довольно продолжительный срок существования (с момента первого запуска 3G прошло почти 8 лет), технология довольно медленно продвигается по лестнице популярности. Потенциальные абоненты предпочитают оставаться на старой, проверенной годами системе GSM. Исключениями из правил являются Япония, Южная Корея и США, где большинство людей уже давно используют 3G.

В России ситуация еще интересней. Сеть третьего поколения появилась у нас только в октябре 2007 года в великом и могучем городе СанктПетербурге и его пригородах. Первой вступила на девственные просторы Родины компания «Мегафон». Ее сеть основана на стандарте UMTS и имеет максимальную пропускную способность 3.5 Мбит/сек. Негусто, но, например, скорость GSM составляет всего 9 килобит в секунду. Этого же стандарта и с такой же пропускной способностью придерживаются и производитель диетических яиц МТС и пчеловоды «Билайн», разворачивая свои «паутины» в крупных городах и их районах. А вот фирма «СкайЛинк» запустила свою сеть на базе технологии CDMA2000, а именно 1x EV-DO. Не знаю, нужна ли сейчас абонентам возможность использования дополнительных сервисов третьего поколения, будь-то VoIP, быстрый мобильный Интернет и всякая развлекуха, но, надеюсь, Россия не отстанет от остального мира, а может быть и привнесет в общественную жизнь что-то новенькое и действительно полезное.

NTT DoCoMo

Компания NTT DoCoMo – на сегодняшний день самый крупный оператор сотовой связи в Японии. Образовалась она в 1992 году сначала как NTT Mobile Communications, а затем, в 2001 году, сменила название на привычное японцам NTT DoCoMo. При активном участии президента корпорации Масао Накамура (Masao Nakamura) и самой корпорации в марте 1993 года у японцев появилась цифровая сотовая связь, а четыре года спустя, тоже в марте, был введен в пользование сервис пакетной передачи данных. В 1999 году открылся сервис i-mode, позволяющий абоненту следить за электронной почтой и пользоваться Интернетом с мобильного устройства. Не удивительно, что такой «монстр» мобильных технологий и инноваций взял в свои крепкие руки управление становлением сетей третьего поколения. И в 2001 году была разработана FOMA (Freedom Of Mobile Access – свобода мобильного доступа) и появилась 3G-сеть. Сначала как эксперимент, но уже к 2005 году число довольных пользователей насчитывало приблизительно 15 миллионов человек, а на сегодняшний день количество абонентов перевалило за 50 миллионов. И это не предел.