Сравнение стандартов мобильных телефонов - Comparison of mobile phone standards

Это сравнение стандартов мобильные телефоны. Новый поколение стандартов сотовой связи появляется примерно каждые десять лет с тех пор, как 1G системы были внедрены в 1979 году и в начале-середине 1980-х годов.

вопросы

Глобальная система мобильной связи (GSM, около 80–85% доли рынка) и ИС-95 (доля рынка около 10–15%) были двумя наиболее распространенными технологиями мобильной связи 2G в 2007 году.^[1] В 3G наиболее распространенной технологией была UMTS с CDMA-2000 в тесном споре.

Все технологии радиодоступа должны решать одни и те же задачи: разделить конечное RF спектр среди нескольких пользователей максимально эффективно. GSM использует TDMA и FDMA для разделения пользователей и ячеек. Использование UMTS, IS-95 и CDMA-2000 CDMA. WiMAX и LTE использовать OFDM.

• Множественный доступ с временным разделением (TDMA) обеспечивает многопользовательский доступ, разбивая канал 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 совместное времяпровождение на большом компьютере-сервере.
• Множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA) обеспечивает многопользовательский доступ за счет 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) Это использует цифровая модуляция называется расширенный спектр который распределяет голосовые данные по очень широкому каналу в псевдослучайный мода с использованием псевдослучайного кода, специфичного для пользователя или ячейки. Приемник отменяет рандомизацию, чтобы собрать биты вместе и получить исходные данные. Поскольку коды являются псевдослучайными и выбираются таким образом, чтобы создавать 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, сокращает диапазон ячеек и срок службы батареи.
• Множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA) использует объединение 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 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 фундаментальной разницы между TDMA и CDMA представьте себе коктейльную вечеринку, на которой пары разговаривают друг с другом в одной комнате. Комната представляет 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 шумный этаж) 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 нему. Фактически, покрытие соты CDMA уменьшается по мере увеличения числа активных пользователей. Это называется клеточным дыханием.

Сравнительная таблица

Особенность	NMT	GSM	ИС-95 (CDMA один)	ИС-2000 (CDMA 2000)	UMTS (3GSM)	LTE	5G NR
Технологии	FDMA	TDMA и FDMA	CDMA	CDMA	W-CDMA	OFDMA	OFDMA
Поколение	1G	2G	2G	3G	3G	4G	5G
Кодирование	Аналоговый	Цифровой	Цифровой	Цифровой	Цифровой	Цифровой	Цифровой
Год первого использования	1981	1991	1995	2000 / 2002	2001	2009	2018
Блуждая	Скандинавские страны и ряд других европейских стран	По всему миру, все страны, кроме Японии и Южной Кореи	Ограничено	Ограничено	Мировой	Ограничено	Ограничено
Совместимость мобильных телефонов	Никто	сим-карта	Никто	RUIM (редко используемый)	сим-карта	сим-карта	сим-карта
Общие помехи	Никто	Некоторая электроника, например усилители	Никто	Никто	Никто	Никто	Никто
Качество сигнала / зона покрытия	Хорошее покрытие за счет низких частот	Хорошее покрытие в помещении на частотах 850/900 МГц. Возможны повторители. Жесткий предел 35 км.	Неограниченный размер ячейки, низкая мощность передатчика позволяет использовать большие ячейки	Неограниченный размер ячейки, низкая мощность передатчика позволяет использовать большие ячейки	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.	Меньшие ячейки и меньшее покрытие на Группа S.	Плотные клетки на миллиметровые волны.
Использование частоты / плотность вызовов	Очень низкая плотность	0,2 МГц = 8 временных интервалов. Каждый временной интервал может содержать до 2 вызовов (4 вызова с VAMOS) посредством чередования.	Ниже CDMA-2000?	1,228 МГц = 3 Мбит / с	5 МГц = 2 Мбит / с. 42 Мбит / с для HSPA +. Каждый вызов использует 1,8–12 кбит / с в зависимости от выбранного качества и сложности звука.	20 МГц	400 МГц
Раздача	Жесткий	Жесткий	Мягкий	Мягкий	Мягкий	Жесткий	Жесткий
Голос и данные одновременно	Нет	да GPRS Класс А	Нет	Нет ЭВДО / Да СВДО[2]	да[3]	Нет (только данные) Голос возможен через VoLTE или вернуться к 2G / 3G	Нет (только данные) Голос возможен через VoLTE.

Версия и сетевая совместимость

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

Сильные и слабые стороны IS-95 и GSM^[4]

Преимущества GSM

• Меньшее ухудшение сигнала внутри зданий.
• Возможность использования повторители.
• Время разговора обычно выше в телефонах GSM из-за импульсного характера передачи.
• Наличие Модули идентификации подписчика позволяет пользователям переключать сети и телефоны по желанию, помимо блокировка субсидий.
• GSM охватывает практически все части мира так интернационально блуждая не проблема.
• Гораздо большее количество подписчиков по всему миру создает лучший сетевой эффект для производителей мобильных телефонов GSM, операторов связи и конечных пользователей.

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.^{[нужна цитата ]}
• GSM имеет фиксированную максимальную дальность действия сотовой связи 120 км,^[5] что наложено технические ограничения.^[6] Это расширение от старого лимита в 35 км.

Преимущества ИС-95

• Емкость - самый большой актив ИС-95; он может вместить больше пользователей за МГц из пропускная способность чем любая другая технология.
• Не имеет встроенного ограничения на количество одновременных пользователей.
• Использует точные часы, которые не ограничивают расстояние, которое может преодолеть башня.^[7]
• 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 мягкая передача обслуживания, уменьшая вероятность сброса звонков.
• 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 у 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 за исключением блокировка субсидий, Телефоны CDMA связаны ESN к конкретной сети, поэтому телефоны обычно не переносятся 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

Общий Имя	Семья	Основное использование	Radio Tech	Вниз по течению (Мбит / с)	Upstream (Мбит / с)	Примечания
HSPA +	3GPP	Мобильный интернет	CDMA /TDMA /FDD MIMO	21 42 84 672	5.8 11.5 22 168	HSPA + широко используется. В редакции 11 3GPP говорится, что HSPA + ожидается, что его пропускная способность составит 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) [8]	50 Cat3 / 4 75 Категория 5 (в FDD 20 МГц)[8]	LTE-Advanced Ожидается, что обновление будет предлагать 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.[9]
WiMax, версия 1.5	802.16-2009	WirelessMAN	MIMO -SOFDMA	83 (TDD 20 МГц) 141 (2x20 МГц FDD)	46 (TDD 20 МГц) 138 (2x20 МГц FDD)	С 2x2 MIMO. Расширен до каналов 20 МГц в 802.16-2009[9]
WiMAX, версия 2.0	802,16 м	WirelessMAN	MIMO -SOFDMA	2x2 MIMO 110 (TDD 20 МГц) 183 (2x20 МГц FDD) 4x4 MIMO 219 (20 МГц TDD) 365 (2x20 МГц FDD)	2x2 MIMO 70 (TDD 20 МГц) 188 (2x20 МГц FDD) 4x4 MIMO 140 (TDD 20 МГц) 376 (2x20 МГц FDD)	Кроме того, пользователи с низкой мобильностью могут агрегировать несколько каналов для получения скорости загрузки до 1 Гбит / с.[9]
Flash-OFDM	Flash-OFDM	Мобильный интернет мобильность 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) Увеличенная дальность полета 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)		Антенна, RF передний конец улучшения и незначительные настройки таймера протокола помогли развернуть P2P сети, нарушающие радиальное покрытие, пропускную способность и / или эффективность использования спектра (315 км & 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 используется. 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 используя модуляцию 16QAM, аналогичную HSDPA +HSUPA
EV-DO Отн. 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 - это 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 максимальными значениями 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 спектральная эффективность технологии, размеров используемых ячеек и количества доступного спектра. Для получения дополнительной информации см. Сравнение стандартов беспроводной передачи данных.

Дополнительные сравнительные таблицы см. тенденции прогресса битрейта, сравнение стандартов мобильных телефонов, таблица сравнения спектральной эффективности и Таблица сравнения систем OFDM.

Смотрите также

• Сравнение стандартов беспроводной передачи данных
• Таблица сравнения спектральной эффективности
• SMS - содержать содержание его стандартизации

Рекомендации

1. «Статистика подписчиков на конец первого квартала 2007 г.» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 27 сентября 2007 г.. Получено 2007-09-22.
2. «CDMA Development Group объявляет о« SVDO »: одновременная обработка вызовов и данных». Wpcentral.com. 18 августа 2009 г.. Получено 30 июля 2018.
3. «Самая большая и надежная сеть в стране - AT&T». Wireless.att.com. Архивировано из оригинал 15 августа 2018 г.. Получено 30 июля 2018.
4. «IS-95 (CDMA) и GSM (TDMA)». Архивировано из оригинал 26 февраля 2011 г.. Получено 3 февраля 2011.
5. «Архивная копия». Архивировано из оригинал 23 января 2011 г.. Получено 18 января 2011.
6. «Архивная копия». Архивировано из оригинал 9 мая 2006 г.. Получено 2006-06-14.
7. «Часто задаваемые вопросы по PCS». Архивировано из оригинал 9 мая 2006 г.
8. «LTE». Веб-сайт 3GPP. 2009. Получено 20 августа 2011.
9. «WiMAX и стандарт радиоинтерфейса IEEE 802.16m» (PDF). Форум WiMax. 4 апреля 2010 г.. Получено 7 февраля 2012.