Министерство  образования Российской Федерации

  ТАГАНРОГСКИЙ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  ИНСТИТУТ

  ЮЖНОГО  ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА

                                                          Кафедра РТС 
 
 

  Реферат

  по  курсу АВСТ

  на  тему: «Технология 4G»

                                                                                                           

                                                                                             
 
 
 
 
 
 

  Выполнил: студент гр. Р – 88

                                                                 Перминов А. П..  

  Проверил: Дятлов А. П. 

                                                          Таганрог 2011 г.

Обычно высокоскоростными  подключениями к Интернету многие из нас пользуются в собственном  доме, в офисе или даже в местном  Интернет-кафе. Однако в пути эти  подключения оказываются не доступными. В тоже время четвертое поколение  мобильной связи – 4G - обещает  обеспечить нас реальным мобильным  широкополосным доступом в сеть даже в пути.

Но сначала, давайте  обратимся к справочникам. 4G –  это короткое название беспроводных сетей четвертого поколения. Это этап мобильной связи, который принесет на мобильные устройства такие вещи, как голосовое общение по IP, бмен данными, игровые сервисы и высококачественное потоковое мультимедиа на скоростях, близких к кабельным. 4G – это наследник беспроводных сетей 2G и 3G, где первая сеть олицетворяет переход от аналоговой передачи к цифровой, и также олицетворяет первый приход на мобильные таких сервисов, как SMS и email. В свою очередь вторая сеть относится к появлению таких вещей, как глобальный роуминг и, конечно же, к повышенным скоростям передачи данных.

Относитесь к  поколениям беспроводных сетей как  к наборам полезных сервисов, которые  по мере доступности становятся все  богаче и все быстрее. Использующиеся сегодня нами сети 3G позволяют просматривать  потоковое видео, скачивать музыку и файлы и просматривать веб на средних скоростях скачивания от 600Кбит/сек до 1,4Мбит/сек. В сетях же 4G вы сможете делать все то же самое, но на гораздо более высоких скоростях. При этом повышенные скорости откроют двери и для новых приложений и сервисов.

Существует  ряд стандартов и технологий, касающихся каждого поколения беспроводных сетей - GSM, cdmaOne, GPRS, EDGE, CDMA2000, UMTS (также называемый 3GSM), HSDPA и другие. По практическим соображениям мы не станем подробно останавливаться на технической стороне каждого из этих стандартов, и вместо этого перейдем к тому, что нас действительно сегодня интересует – к 4G.

Стоит отметить, что в настоящее время  союз ITU (International Telecommunication Union) еще не утвердил набор стандартов для 4G. Однако на его роль уже предлагается парочка конкурирующих технологий – LTE и WiMAX. Многие провайдеры зачастую используют термин 4G для описания предлагаемых сейчас технологий, иногда даже искажая при этом действительность. Однако текущие реализации 4G по большей части относятся к pre-4G, т.к. они не полностью удовлетворяют скоростным требованиям 4G – в 1Гбит/сек для стационарного приема и в 100Мбит/сек для мобильного.

Помимо  скоростей, для квалификации сети как 4G она должна удовлетворять и  ряду других принципов. Вкратце, сеть должна быть чрезвычайно спектрально эффективной, должна динамически распределять и  использовать свои ресурсы для поддержки большего одновременного числа пользователей на ячейку, должна предлагать высокое качество обслуживания для поддержки следующего поколения мультимедиа и должна быть основанной на коммутируемой сети all-IP.

OFDM

4G будет  базироваться на OFDM технологии(ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием),основными технологическими аспектами которой являются адаптивная обработка и умные-антенны.

В настоящее  время в сети 3G данные отправляются по одному цифровому потоку, OFDM же предназначен для передачи данных на сотни параллельных потоков, повышая тем самым количество информации, которая может быть отправлена по сравнению с традиционными сетями CDMA.

В 4G скорость передачи данных варьируется в зависимости  от количества каналов, которые доступны и могут быть использованы. Каналы станут более чистыми благодаря  таким технологиям как адаптивная обработка, которая определяет помехи в канале и улучшает прием, активно  переключая каналы, чтобы избежать помех. Сети 4G будут также использовать технологию умных антенн, которые  используются для нацеливания радиосигнала в направлении приемника базовой  станции. Тогда совместно с адаптивным методом, умные антенны будут  подовлять больше помех и повысят качество сигнала.

OFDM представляет  собой технологию, которая позволяет  передавать данные по каналам  с очень высокой скоростью.  Она, является методом передачи  для европейского цифрового радио  (DAB) и цифрового ТВ (DVB-T) стандарта  в связи сбольшим преимуществом OFDM.

Прежде  всего OFDM - мультиплексирование с разделением частот представляет собой технологию, которая передает несколоко сигналов одновременно по одному пути. Каждый сигнал передается в пределах своего собственного уникального частотного диапазона (несущая частота). Техника спектра распространения OFDM передает данные через большое колличество каналов, которые распологаются на точных частотах.Благодоря этому интервалу приемник / демодулятор улавливал только свои частоты. Главным преимуществом OFDM является высокая спектральная эффективность, высокая устойчивость к помехам и уменьшение многолучевых искажений . А это большой плюс,так как в стандартной ситуации наземного вещания существует большое количество многолучевых каналов.

LTE

Стандарт  Long-Term Evolution (LTE) рассматривается многими, как естественный наследник текущих технологий 3G. Частично это связано с тем, что он обновляет сети UMTS до значительно более высоких скоростей передачи данных, как на скачивании, так и на закачке. Спецификация предусматривает пиковую скорость скачивания на уровне в 100Мбит/сек, а закачки - в 50Мбит/сек. Однако в тестах реального мира скорости передачи данных, скорее всего, будут находиться в районе 5-12Мбит/сек на скачивании и 2-5Мбит/сек на закачке.

В целом  стандарт LTE разрабатывается консорциумом 3rd Generation Partnership Project (или 3GPP) как восьмой выпуск того, что с 1992 года эволюционирует из семейства стандартов GSM.

LTE предусматривает  два фундаментальных аспекта.  Первый аспект заключается в  том, что технология, наконец-то, оставляет позади коммутируемые  сети своих GSM-корней и переходит  на сетевую архитектуру all-IP. Это значительный сдвиг, которой в самой простой терминологии означает, что LTE будет обрабатывать все, что передает, включая голос, и данные. Другой же аспект заключается в использовании технологии MIMO (или множества антенн как на приемной, так и на передающей сторонах) для улучшения производительности связи. Такая система может использоваться как для увеличения пропускной способности, так и для снижения уровня помех.

Многие  общеизвестные глобальные операторы  и компании мобильной связи рассматривают LTE как наиболее вероятную кандидатуру  на роль 4G. В частности к таким  компаниям относятся Vodafone, Orange, T-Mobile, LG Electronics, Ericsson, Nokia, Siemens, NTT DoMoCo и другие. В США компания Verizon Wireless заявила, что собирается коммерциализировать свою сеть LTE в четвертом квартале 2010 года, накрыв при этом ей примерно 100 миллионов людей. В свою очередь компании AT&T и T-Mobile заявляют, что начнут разворачивать свои LTE-сети в 2011 году. Пока же обе компании перешли на HSPA 7.2, а T-Mobile уже с этого года планирует разворачивать сеть HSPA+. Теоретически эти сети поддерживают скорости в 7,2 и 21Мбит/сек соответственно. Однако в условиях реального мира они лишь чуть-чуть быстрее, чем большинство сетей 3G.

Причина серьезной поддержки LTE со стороны  беспроводной индустрии лежит в  относительной простоте перехода текущих  сетей 3G на LTE (по сравнению с внедрением WiMAX). Для LTE требуется создать меньше базовых сетевых станций, да и проникновение в здания в спектре 700MHz, используемом в LTE, происходит лучше. Однако разворачивание WiMAX уже началось и продолжается, тогда как формальный дебют LTE должен состояться лишь через несколько месяцев.

WiMAX

WiMAX – это стандарт беспроводного широкополосного доступа, который основан на стандарте IEEE 802.16. Как видно из названия, WiMAX может считаться расширением стандарта Wi-Fi, разработанным для обеспечения широкого диапазона устройств (от лэптопов до смартфонов) высокоскоростным мобильным доступом в Интернет. Текущая реализация WiMAX основана на спецификации 802.16e, которая в 30-ти мильном диапазоне (48,27км) теоретически предлагает скорости передачи до 70Мбит/сек.

Но опять  же "теоретически” является здесь  ключевым словом, т.к. WiMAX как и другие беспроводные технологии может работать либо на высоких скоростях, либо на больших дистанциях. Но не вместе. Так, создаваемые в США сети WiMAX обеспечивают в среднем скорости в 3-6Мбит/сек, с максимумами до 10Мбит/сек. При этом, как и LTE, WiMAX поддерживает технологию MIMO, и поэтому дополнительные антенны могут увеличить потенциальную пропускную способность.

Единого глобального частотного диапазона  для WiMAX не существует. Однако существует три отдельных - 2,3GHz, 2,5GHz и 3,5GHz. Так в США крупнейший сегмент WiMAX работает на 2,5GHz и предоставляется в основном провайдером Clearwire.

В плане  общей доступности частотного диапазона 4G для разворачивания своих сервисов, Clearwire обладает в несколько раз большими возможностями, чем конкуренты с диапазона 700MHz. Однако это не очень волнует компании Verizon и AT&T, т.к. они при необходимости могут переназначить под LTE текущие диапазоны сервисов 2G и 3G.

Более того, как уже упоминалось ранее, диапазон 700MHz, который планируют  использовать Verizon и AT&T, обладает значительно более высокой проникающей способностью в здания, чем сигнал 2,5GHz той же мощности. Некоторые эксперты заявили, что стандарт 700MHz потребует в четыре раза меньше базовых станций, чем сети 2,5GHz при равном покрытии.

Как вы, наверное, уже догадались, промышленные игроки, стоящие за технологиями 4G,  отражают историю каждого стандарта. Если крупнейшими поставщиками LTE в  основном являются телекоммуникационные компании и производители мобильных  устройств, то WiMAX поддерживают такие компании, как Intel, Cisco и Google. Однако следует заметить, что многие компании (вроде Nokia и Motorola) являются членами обоих лагерей с различными уровнями вовлечения.

HSDPA

HSDPA-высокоскоростная  пакетная передача данных от  базовой станции к мобильному  телефону. Она известен как 3.5G (G обозначает поколение) технология. По сути, стандарт обеспечит скорость загрузки на мобильный телефон эквивалентно ADSL (асимметричная цифровая абонентская линия) линии . HSDPA повышает скорость передачи данных по меньшей мере в пять раз,а в будующем сможет достичь передачи данных со скоростью 8-10 Мбит/с.

HSDPA улучшает  технология радиоинтерфейса с использованием различных методов модуляции и кодирования. Он создает новый канал в рамках радиоинтерфейса. Важно отметить что данные передаются от источника к телефону ,следовательно нельзя отправить данные из памяти телефона на источник при помощи HSDPA.

Широкое распространение HSDPA может занять некоторое  время. Большинство стран не имеют  широкую сеть 3G. Вопрос распространения HSDPA неясен, поскольку это не единственная альтернатива для высокоскоростной передачи данных, таких как CDMA2000,EV-DO ,WiMax и других высоких стандартов скорости.

UMTS TDD

Первоначально предполагалось использовать 3G TDD (дуплексный канал с временным разделением) группы, как дополнение к широко используемому FDD (с двухсторонним  частотным разделением каналов ) варианту WCDMA, но благодаря усилиям IP радио,они получили отдельное развитие.  

TDD операции, которые также включены в 802,16(беспроводной  широкополостный стандарт), дают возможность и для исходящего трафика для работы в одном канале. Это дает некоторые возможности улучшения при неравномерности и асимметричном движении, а еще важнее, то что это облегчает планирование спектра за счет устранения необходимости в парном спектре, а только в одном канале, необходимом для развертывания. Некоторые сокращения расходов также очевидны благодаря устранению дорогостоящих фильтров. 

На сегодняшний  день UMTS TDD протестирована основными  операторами мобильной связи  и разворачивается, главным образом  для замены фиксированной DSL, в Португалии, Великобритании, США, Южной Африки, Малайзии, Чехии, Новой Зеландии , и в других странах. В основном пологается что, UMTS TDD займет среднею нишу из-за его своей динамики, производительности и, главным образом из-за наличия спектра, специально предназначенных для TDD технологии, такой как UMTS TDD. Использование платформы специально для мобильного телевидения также, вероятно, особенно в Западной Европе.