Какое подключение имеют сотовые телефоны

A cellular network or mobile network is a communication network where the link to and from end nodes is wireless. The network is distributed over land areas called «cells», each served by at least one fixed-location transceiver (typically three cell sites or base transceiver stations). These base stations provide the cell with the network coverage which can be used for transmission of voice, data, and other types of content. A cell typically uses a different set of frequencies from neighboring cells, to avoid interference and provide guaranteed service quality within each cell.^{[citation needed][1]}

When joined together, these cells provide radio coverage over a wide geographic area. This enables numerous portable transceivers (e.g., mobile phones, tablets and laptops equipped with mobile broadband modems, pagers, etc.) to communicate with each other and with fixed transceivers and telephones anywhere in the network, via base stations, even if some of the transceivers are moving through more than one cell during transmission.

Cellular networks offer a number of desirable features:^[1]

• More capacity than a single large transmitter, since the same frequency can be used for multiple links as long as they are in different cells
• Mobile devices use less power than with a single transmitter or satellite since the cell towers are closer^[2]
• Larger coverage area than a single terrestrial transmitter, since additional cell towers can be added indefinitely and are not limited by the horizon
• Capability of utilizing higher frequency signals (and thus more available bandwidth / faster data rates) that are not able to propagate at long distances
• With data compression and multiplexing, several video (including digital video) and audio channels may travel through a higher frequency signal on a single wideband carrier

Major telecommunications providers have deployed voice and data cellular networks over most of the inhabited land area of Earth. This allows mobile phones and mobile computing devices to be connected to the public switched telephone network and public Internet access. Private cellular networks can be used for research^[3] or for large organizations and fleets, such as dispatch for local public safety agencies or a taxicab company.^[2] T-Mobile’s mid-band PCS spectrum, which was bolstered when it was allowed to buy Sprint a few years ago.

Concept[edit]

In a cellular radio system, a land area to be supplied with radio service is divided into cells in a pattern dependent on terrain and reception characteristics. These cell patterns roughly take the form of regular shapes, such as hexagons, squares, or circles although hexagonal cells are conventional. Each of these cells is assigned with multiple frequencies (f₁ – f₆) which have corresponding radio base stations. The group of frequencies can be reused in other cells, provided that the same frequencies are not reused in adjacent cells, which would cause co-channel interference.

The increased capacity in a cellular network, compared with a network with a single transmitter, comes from the mobile communication switching system developed by Amos Joel of Bell Labs^[4] that permitted multiple callers in a given area to use the same frequency by switching calls to the nearest available cellular tower having that frequency available. This strategy is viable because a given radio frequency can be reused in a different area for an unrelated transmission. In contrast, a single transmitter can only handle one transmission for a given frequency. Inevitably, there is some level of interference from the signal from the other cells which use the same frequency. Consequently, there must be at least one cell gap between cells which reuse the same frequency in a standard frequency-division multiple access (FDMA) system.

Consider the case of a taxi company, where each radio has a manually operated channel selector knob to tune to different frequencies. As drivers move around, they change from channel to channel. The drivers are aware of which frequency approximately covers some area. When they do not receive a signal from the transmitter, they try other channels until finding one that works. The taxi drivers only speak one at a time when invited by the base station operator. This is a form of time-division multiple access (TDMA).

History[edit]

The first commercial cellular network, the 1G generation, was launched in Japan by Nippon Telegraph and Telephone (NTT) in 1979, initially in the metropolitan area of Tokyo. Within five years, the NTT network had been expanded to cover the whole population of Japan and became the first nationwide 1G network. It was an analog wireless network. The Bell System had developed cellular technology since 1947, and had cellular networks in operation in Chicago and Dallas prior to 1979, but commercial service was delayed by the breakup of the Bell System, with cellular assets transferred to the Regional Bell Operating Companies.

The wireless revolution began in the early 1990s,^[5][6][7] leading to the transition from analog to digital networks.^[8] This was enabled by advances in MOSFET technology. The MOSFET, originally invented by Mohamed M. Atalla and Dawon Kahng at Bell Labs in 1959,^[9][10] was adapted for cellular networks by the early 1990s, with the wide adoption of power MOSFET, LDMOS (RF amplifier), and RF CMOS (RF circuit) devices leading to the development and proliferation of digital wireless mobile networks.^[8][11][12]

The first commercial digital cellular network, the 2G generation, was launched in 1991. This sparked competition in the sector as the new operators challenged the incumbent 1G analog network operators.

Cell signal encoding[edit]

To distinguish signals from several different transmitters, frequency-division multiple access (FDMA, used by analog and D-AMPS^{[citation needed]} systems), time-division multiple access (TDMA, used by GSM) and code-division multiple access (CDMA, first used for PCS, and the basis of 3G) were developed.^[1]

With FDMA, the transmitting and receiving frequencies used by different users in each cell are different from each other. Each cellular call was assigned a pair of frequencies (one for base to mobile, the other for mobile to base) to provide full-duplex operation. The original AMPS systems had 666 channel pairs, 333 each for the CLEC «A» system and ILEC «B» system. The number of channels was expanded to 416 pairs per carrier, but ultimately the number of RF channels limits the number of calls that a cell site could handle. Note that FDMA is a familiar technology to telephone companies, that used frequency-division multiplexing to add channels to their point-to-point wireline plants before time-division multiplexing rendered FDM obsolete.

With TDMA, the transmitting and receiving time slots used by different users in each cell are different from each other. TDMA typically uses digital signaling to store and forward bursts of voice data that are fit into time slices for transmission, and expanded at the receiving end to produce a somewhat normal-sounding voice at the receiver. TDMA must introduce latency (time delay) into the audio signal. As long as the latency time is short enough that the delayed audio is not heard as an echo, it is not problematic. Note that TDMA is a familiar technology for telephone companies, that used time-division multiplexing to add channels to their point-to-point wireline plants before packet switching rendered FDM obsolete.

The principle of CDMA is based on spread spectrum technology developed for military use during World War II and improved during the Cold War into direct-sequence spread spectrum that was used for early CDMA cellular systems and Wi-Fi. DSSS allows multiple simultaneous phone conversations to take place on a single wideband RF channel, without needing to channelize them in time or frequency. Although more sophisticated than older multiple access schemes (and unfamiliar to legacy telephone companies because it was not developed by Bell Labs), CDMA has scaled well to become the basis for 3G cellular radio systems.

Other available methods of multiplexing such as MIMO, a more sophisticated version of antenna diversity, combined with active beamforming provides much greater spatial multiplexing ability compared to original AMPS cells, that typically only addressed one to three unique spaces. Massive MIMO deployment allows much greater channel re-use, thus increasing the number of subscribers per cell site, greater data throughput per user, or some combination thereof. Quadrature Amplitude Modulation (QAM) modems offer an increasing number of bits per symbol, allowing more users per megahertz of bandwidth (and decibels of SNR), greater data throughput per user, or some combination thereof.

Frequency reuse[edit]

The key characteristic of a cellular network is the ability to re-use frequencies to increase both coverage and capacity. As described above, adjacent cells must use different frequencies, however, there is no problem with two cells sufficiently far apart operating on the same frequency, provided the masts and cellular network users’ equipment do not transmit with too much power.^[1]

The elements that determine frequency reuse are the reuse distance and the reuse factor. The reuse distance, D is calculated as

,

where R is the cell radius and N is the number of cells per cluster. Cells may vary in radius from 1 to 30 kilometres (0.62 to 18.64 mi). The boundaries of the cells can also overlap between adjacent cells and large cells can be divided into smaller cells.^[13]

The frequency reuse factor is the rate at which the same frequency can be used in the network. It is 1/K (or K according to some books) where K is the number of cells which cannot use the same frequencies for transmission. Common values for the frequency reuse factor are 1/3, 1/4, 1/7, 1/9 and 1/12 (or 3, 4, 7, 9 and 12 depending on notation).^[14]

In case of N sector antennas on the same base station site, each with different direction, the base station site can serve N different sectors. N is typically 3. A reuse pattern of N/K denotes a further division in frequency among N sector antennas per site. Some current and historical reuse patterns are 3/7 (North American AMPS), 6/4 (Motorola NAMPS), and 3/4 (GSM).

If the total available bandwidth is B, each cell can only use a number of frequency channels corresponding to a bandwidth of B/K, and each sector can use a bandwidth of B/NK.

Code-division multiple access-based systems use a wider frequency band to achieve the same rate of transmission as FDMA, but this is compensated for by the ability to use a frequency reuse factor of 1, for example using a reuse pattern of 1/1. In other words, adjacent base station sites use the same frequencies, and the different base stations and users are separated by codes rather than frequencies. While N is shown as 1 in this example, that does not mean the CDMA cell has only one sector, but rather that the entire cell bandwidth is also available to each sector individually.

Recently also orthogonal frequency-division multiple access based systems such as LTE are being deployed with a frequency reuse of 1. Since such systems do not spread the signal across the frequency band,
inter-cell radio resource management is important to coordinate resource allocation between different cell sites and to limit the inter-cell interference. There are various means of inter-cell interference coordination (ICIC) already defined in the standard.^[15] Coordinated scheduling, multi-site MIMO or multi-site beamforming are other examples for inter-cell radio resource management that might be standardized in the future.

Directional antennas[edit]

Cell towers frequently use a directional signal to improve reception in higher-traffic areas. In the United States, the Federal Communications Commission (FCC) limits omnidirectional cell tower signals to 100 watts of power. If the tower has directional antennas, the FCC allows the cell operator to emit up to 500 watts of effective radiated power (ERP).^[16]

Although the original cell towers created an even, omnidirectional signal, were at the centers of the cells and were omnidirectional, a cellular map can be redrawn with the cellular telephone towers located at the corners of the hexagons where three cells converge.^[17] Each tower has three sets of directional antennas aimed in three different directions with 120 degrees for each cell (totaling 360 degrees) and receiving/transmitting into three different cells at different frequencies. This provides a minimum of three channels, and three towers for each cell and greatly increases the chances of receiving a usable signal from at least one direction.

The numbers in the illustration are channel numbers, which repeat every 3 cells. Large cells can be subdivided into smaller cells for high volume areas.^[18]

Cell phone companies also use this directional signal to improve reception along highways and inside buildings like stadiums and arenas.^[16]

Broadcast messages and paging[edit]

Practically every cellular system has some kind of broadcast mechanism. This can be used directly for distributing information to multiple mobiles. Commonly, for example in mobile telephony systems, the most important use of broadcast information is to set up channels for one-to-one communication between the mobile transceiver and the base station. This is called paging. The three different paging procedures generally adopted are sequential, parallel and selective paging.

The details of the process of paging vary somewhat from network to network, but normally we know a limited number of cells where the phone is located (this group of cells is called a Location Area in the GSM or UMTS system, or Routing Area if a data packet session is involved; in LTE, cells are grouped into Tracking Areas). Paging takes place by sending the broadcast message to all of those cells. Paging messages can be used for information transfer. This happens in pagers, in CDMA systems for sending SMS messages, and in the UMTS system where it allows for low downlink latency in packet-based connections.

Movement from cell to cell and handing over[edit]

In a primitive taxi system, when the taxi moved away from a first tower and closer to a second tower, the taxi driver manually switched from one frequency to another as needed. If communication was interrupted due to a loss of a signal, the taxi driver asked the base station operator to repeat the message on a different frequency.

In a cellular system, as the distributed mobile transceivers move from cell to cell during an ongoing continuous communication, switching from one cell frequency to a different cell frequency is done electronically without interruption and without a base station operator or manual switching. This is called the handover or handoff. Typically, a new channel is automatically selected for the mobile unit on the new base station which will serve it. The mobile unit then automatically switches from the current channel to the new channel and communication continues.

The exact details of the mobile system’s move from one base station to the other vary considerably from system to system (see the example below for how a mobile phone network manages handover).

Mobile phone network[edit]

The most common example of a cellular network is a mobile phone (cell phone) network. A mobile phone is a portable telephone which receives or makes calls through a cell site (base station) or transmitting tower. Radio waves are used to transfer signals to and from the cell phone.

Modern mobile phone networks use cells because radio frequencies are a limited, shared resource. Cell-sites and handsets change frequency under computer control and use low power transmitters so that the usually limited number of radio frequencies can be simultaneously used by many callers with less interference.

A cellular network is used by the mobile phone operator to achieve both coverage and capacity for their subscribers. Large geographic areas are split into smaller cells to avoid line-of-sight signal loss and to support a large number of active phones in that area. All of the cell sites are connected to telephone exchanges (or switches), which in turn connect to the public telephone network.

In cities, each cell site may have a range of up to approximately 1⁄2 mile (0.80 km), while in rural areas, the range could be as much as 5 miles (8.0 km). It is possible that in clear open areas, a user may receive signals from a cell site 25 miles (40 km) away. In rural areas with low-band coverage and tall towers, basic voice and messaging service may reach 50 miles (80 km), with limitations on bandwidth and number of simultaneous calls.^{[citation needed]}

Since almost all mobile phones use cellular technology, including GSM, CDMA, and AMPS (analog), the term «cell phone» is in some regions, notably the US, used interchangeably with «mobile phone». However, satellite phones are mobile phones that do not communicate directly with a ground-based cellular tower but may do so indirectly by way of a satellite.

There are a number of different digital cellular technologies, including: Global System for Mobile Communications (GSM), General Packet Radio Service (GPRS), cdmaOne, CDMA2000, Evolution-Data Optimized (EV-DO), Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE), Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), Digital Enhanced Cordless Telecommunications (DECT), Digital AMPS (IS-136/TDMA), and Integrated Digital Enhanced Network (iDEN). The transition from existing analog to the digital standard followed a very different path in Europe and the US.^[19] As a consequence, multiple digital standards surfaced in the US, while Europe and many countries converged towards the GSM standard.

Structure of the mobile phone cellular network[edit]

A simple view of the cellular mobile-radio network consists of the following:

• A network of radio base stations forming the base station subsystem.
• The core circuit switched network for handling voice calls and text
• A packet switched network for handling mobile data
• The public switched telephone network to connect subscribers to the wider telephony network

This network is the foundation of the GSM system network. There are many functions that are performed by this network in order to make sure customers get the desired service including mobility management, registration, call set-up, and handover.

Any phone connects to the network via an RBS (Radio Base Station) at a corner of the corresponding cell which in turn connects to the Mobile switching center (MSC). The MSC provides a connection to the public switched telephone network (PSTN). The link from a phone to the RBS is called an uplink while the other way is termed downlink.

Radio channels effectively use the transmission medium through the use of the following multiplexing and access schemes: frequency-division multiple access (FDMA), time-division multiple access (TDMA), code-division multiple access (CDMA), and space-division multiple access (SDMA).

Small cells[edit]

Small cells, which have a smaller coverage area than base stations, are categorised as follows:

• Microcell -> less than 2 kilometres,
• Picocell -> less than 200 metres,
• Femtocell -> around 10 metres,
• Attocell -> 1–4 metres

Cellular handover in mobile phone networks[edit]

As the phone user moves from one cell area to another cell while a call is in progress, the mobile station will search for a new channel to attach to in order not to drop the call. Once a new channel is found, the network will command the mobile unit to switch to the new channel and at the same time switch the call onto the new channel.

With CDMA, multiple CDMA handsets share a specific radio channel. The signals are separated by using a pseudonoise code (PN code) that is specific to each phone. As the user moves from one cell to another, the handset sets up radio links with multiple cell sites (or sectors of the same site) simultaneously. This is known as «soft handoff» because, unlike with traditional cellular technology, there is no one defined point where the phone switches to the new cell.

In IS-95 inter-frequency handovers and older analog systems such as NMT it will typically be impossible to test the target channel directly while communicating. In this case, other techniques have to be used such as pilot beacons in IS-95. This means that there is almost always a brief break in the communication while searching for the new channel followed by the risk of an unexpected return to the old channel.

If there is no ongoing communication or the communication can be interrupted, it is possible for the mobile unit to spontaneously move from one cell to another and then notify the base station with the strongest signal.

Cellular frequency choice in mobile phone networks[edit]

The effect of frequency on cell coverage means that different frequencies serve better for different uses. Low frequencies, such as 450  MHz NMT, serve very well for countryside coverage. GSM 900 (900 MHz) is suitable for light urban coverage. GSM 1800 (1.8 GHz) starts to be limited by structural walls. UMTS, at 2.1 GHz is quite similar in coverage to GSM 1800.

Higher frequencies are a disadvantage when it comes to coverage, but it is a decided advantage when it comes to capacity. Picocells, covering e.g. one floor of a building, become possible, and the same frequency can be used for cells which are practically neighbors.

Cell service area may also vary due to interference from transmitting systems, both within and around that cell. This is true especially in CDMA based systems. The receiver requires a certain signal-to-noise ratio, and the transmitter should not send with too high transmission power in view to not cause interference with other transmitters. As the receiver moves away from the transmitter, the power received decreases, so the power control algorithm of the transmitter increases the power it transmits to restore the level of received power. As the interference (noise) rises above the received power from the transmitter, and the power of the transmitter cannot be increased anymore, the signal becomes corrupted and eventually unusable. In CDMA-based systems, the effect of interference from other mobile transmitters in the same cell on coverage area is very marked and has a special name, cell breathing.

One can see examples of cell coverage by studying some of the coverage maps provided by real operators on their web sites or by looking at independently crowdsourced maps such as Opensignal or CellMapper. In certain cases they may mark the site of the transmitter; in others, it can be calculated by working out the point of strongest coverage.

A cellular repeater is used to extend cell coverage into larger areas. They range from wideband repeaters for consumer use in homes and offices to smart or digital repeaters for industrial needs.

Cell size[edit]

The following table shows the dependency of the coverage area of one cell on the frequency of a CDMA2000 network:^[20]

Frequency (MHz)	Cell radius (km)	Cell area (km2)	Relative cell count
450	48.9	7521	1
950	26.9	2269	3.3
1800	14.0	618	12.2
2100	12.0	449	16.2

See also[edit]

Lists and technical information:

• Mobile technologies
  • 2G networks (the first digital networks, 1G and 0G were analog):
    • GSM
      • Circuit Switched Data (CSD)
      • GPRS
      • EDGE(IMT-SC)
      • Evolved EDGE
    • Digital AMPS
      • Cellular Digital Packet Data (CDPD)
    • cdmaOne (IS-95)
      • Circuit Switched Data (CSD)
  • 3G networks:
    • UMTS
      • W-CDMA (air interface)
      • TD-CDMA (air interface)
      • TD-SCDMA (air interface)
        • HSPA
        • HSDPA
        • HSPA+
    • CDMA2000
      • OFDMA (air interface)
        • EVDO
          • SVDO
  • 4G networks:
    • LTE (TD-LTE)
      • LTE Advanced
      • LTE Advanced Pro
    • WiMAX
      • WiMAX-Advanced (WirelessMAN-Advanced)
    • Ultra Mobile Broadband (never commercialized)
    • MBWA (IEEE 802.20, Mobile Broadband Wireless Access, HC-SDMA, iBurst, has been shut down)
  • 5G networks:
    • 5G NR
    • 5G-Advanced

Starting with EVDO the following techniques can also be used to improve performance:

• MIMO, SDMA and Beamforming

• Cellular frequencies
  • CDMA frequency bands
  • GSM frequency bands
  • UMTS frequency bands
  • LTE frequency bands
  • 5G NR frequency bands
• Deployed networks by technology
  • List of UMTS networks
  • List of CDMA2000 networks
  • List of LTE networks
  • List of deployed WiMAX networks
  • List of 5G NR networks
• Deployed networks by country (including technology and frequencies)
  • List of mobile network operators of Europe
  • List of mobile network operators of the Americas
  • List of mobile network operators of the Asia Pacific region
  • List of mobile network operators of the Middle East and Africa
  • List of mobile network operators (summary)
• Mobile country code — code, frequency, and technology for each operator in each country
• Comparison of mobile phone standards

Equipment:

• Cellular repeater
• Cellular router
• Professional mobile radio (PMR)
• OpenBTS

Other:

• Cellular traffic
• MIMO (multiple-input and multiple-output)
• Mobile edge computing
• Mobile phone radiation and health
• Network simulation
• Radio resource management (RRM)
• Routing in cellular networks
• Signal strength
• Title 47 of the Code of Federal Regulations

References[edit]

Further reading[edit]

• P. Key, D. Smith. Teletraffic Engineering in a competitive world. Elsevier Science B.V., Amsterdam Netherlands, 1999. ISBN 978-0444502681. Chapter 1 (Plenary) and 3 (mobile).
• William C. Y. Lee, Mobile Cellular Telecommunications Systems (1989), McGraw-Hill.

External links[edit]

• Raciti, Robert C. (July 1995). «CELLULAR TECHNOLOGY». Nova Southeastern University. Archived from the original on 15 July 2013. Retrieved 2 April 2012.
• A History of Cellular Networks
• What are cellular networks? 1G to 6G Features & Evolution

A cellular network or mobile network is a communication network where the link to and from end nodes is wireless. The network is distributed over land areas called «cells», each served by at least one fixed-location transceiver (typically three cell sites or base transceiver stations). These base stations provide the cell with the network coverage which can be used for transmission of voice, data, and other types of content. A cell typically uses a different set of frequencies from neighboring cells, to avoid interference and provide guaranteed service quality within each cell.^{[citation needed][1]}

When joined together, these cells provide radio coverage over a wide geographic area. This enables numerous portable transceivers (e.g., mobile phones, tablets and laptops equipped with mobile broadband modems, pagers, etc.) to communicate with each other and with fixed transceivers and telephones anywhere in the network, via base stations, even if some of the transceivers are moving through more than one cell during transmission.

Cellular networks offer a number of desirable features:^[1]

• More capacity than a single large transmitter, since the same frequency can be used for multiple links as long as they are in different cells
• Mobile devices use less power than with a single transmitter or satellite since the cell towers are closer^[2]
• Larger coverage area than a single terrestrial transmitter, since additional cell towers can be added indefinitely and are not limited by the horizon
• Capability of utilizing higher frequency signals (and thus more available bandwidth / faster data rates) that are not able to propagate at long distances
• With data compression and multiplexing, several video (including digital video) and audio channels may travel through a higher frequency signal on a single wideband carrier

Major telecommunications providers have deployed voice and data cellular networks over most of the inhabited land area of Earth. This allows mobile phones and mobile computing devices to be connected to the public switched telephone network and public Internet access. Private cellular networks can be used for research^[3] or for large organizations and fleets, such as dispatch for local public safety agencies or a taxicab company.^[2] T-Mobile’s mid-band PCS spectrum, which was bolstered when it was allowed to buy Sprint a few years ago.

Concept[edit]

In a cellular radio system, a land area to be supplied with radio service is divided into cells in a pattern dependent on terrain and reception characteristics. These cell patterns roughly take the form of regular shapes, such as hexagons, squares, or circles although hexagonal cells are conventional. Each of these cells is assigned with multiple frequencies (f₁ – f₆) which have corresponding radio base stations. The group of frequencies can be reused in other cells, provided that the same frequencies are not reused in adjacent cells, which would cause co-channel interference.

The increased capacity in a cellular network, compared with a network with a single transmitter, comes from the mobile communication switching system developed by Amos Joel of Bell Labs^[4] that permitted multiple callers in a given area to use the same frequency by switching calls to the nearest available cellular tower having that frequency available. This strategy is viable because a given radio frequency can be reused in a different area for an unrelated transmission. In contrast, a single transmitter can only handle one transmission for a given frequency. Inevitably, there is some level of interference from the signal from the other cells which use the same frequency. Consequently, there must be at least one cell gap between cells which reuse the same frequency in a standard frequency-division multiple access (FDMA) system.

Consider the case of a taxi company, where each radio has a manually operated channel selector knob to tune to different frequencies. As drivers move around, they change from channel to channel. The drivers are aware of which frequency approximately covers some area. When they do not receive a signal from the transmitter, they try other channels until finding one that works. The taxi drivers only speak one at a time when invited by the base station operator. This is a form of time-division multiple access (TDMA).

History[edit]

The first commercial cellular network, the 1G generation, was launched in Japan by Nippon Telegraph and Telephone (NTT) in 1979, initially in the metropolitan area of Tokyo. Within five years, the NTT network had been expanded to cover the whole population of Japan and became the first nationwide 1G network. It was an analog wireless network. The Bell System had developed cellular technology since 1947, and had cellular networks in operation in Chicago and Dallas prior to 1979, but commercial service was delayed by the breakup of the Bell System, with cellular assets transferred to the Regional Bell Operating Companies.

The wireless revolution began in the early 1990s,^[5][6][7] leading to the transition from analog to digital networks.^[8] This was enabled by advances in MOSFET technology. The MOSFET, originally invented by Mohamed M. Atalla and Dawon Kahng at Bell Labs in 1959,^[9][10] was adapted for cellular networks by the early 1990s, with the wide adoption of power MOSFET, LDMOS (RF amplifier), and RF CMOS (RF circuit) devices leading to the development and proliferation of digital wireless mobile networks.^[8][11][12]

The first commercial digital cellular network, the 2G generation, was launched in 1991. This sparked competition in the sector as the new operators challenged the incumbent 1G analog network operators.

Cell signal encoding[edit]

To distinguish signals from several different transmitters, frequency-division multiple access (FDMA, used by analog and D-AMPS^{[citation needed]} systems), time-division multiple access (TDMA, used by GSM) and code-division multiple access (CDMA, first used for PCS, and the basis of 3G) were developed.^[1]

With FDMA, the transmitting and receiving frequencies used by different users in each cell are different from each other. Each cellular call was assigned a pair of frequencies (one for base to mobile, the other for mobile to base) to provide full-duplex operation. The original AMPS systems had 666 channel pairs, 333 each for the CLEC «A» system and ILEC «B» system. The number of channels was expanded to 416 pairs per carrier, but ultimately the number of RF channels limits the number of calls that a cell site could handle. Note that FDMA is a familiar technology to telephone companies, that used frequency-division multiplexing to add channels to their point-to-point wireline plants before time-division multiplexing rendered FDM obsolete.

With TDMA, the transmitting and receiving time slots used by different users in each cell are different from each other. TDMA typically uses digital signaling to store and forward bursts of voice data that are fit into time slices for transmission, and expanded at the receiving end to produce a somewhat normal-sounding voice at the receiver. TDMA must introduce latency (time delay) into the audio signal. As long as the latency time is short enough that the delayed audio is not heard as an echo, it is not problematic. Note that TDMA is a familiar technology for telephone companies, that used time-division multiplexing to add channels to their point-to-point wireline plants before packet switching rendered FDM obsolete.

The principle of CDMA is based on spread spectrum technology developed for military use during World War II and improved during the Cold War into direct-sequence spread spectrum that was used for early CDMA cellular systems and Wi-Fi. DSSS allows multiple simultaneous phone conversations to take place on a single wideband RF channel, without needing to channelize them in time or frequency. Although more sophisticated than older multiple access schemes (and unfamiliar to legacy telephone companies because it was not developed by Bell Labs), CDMA has scaled well to become the basis for 3G cellular radio systems.

Other available methods of multiplexing such as MIMO, a more sophisticated version of antenna diversity, combined with active beamforming provides much greater spatial multiplexing ability compared to original AMPS cells, that typically only addressed one to three unique spaces. Massive MIMO deployment allows much greater channel re-use, thus increasing the number of subscribers per cell site, greater data throughput per user, or some combination thereof. Quadrature Amplitude Modulation (QAM) modems offer an increasing number of bits per symbol, allowing more users per megahertz of bandwidth (and decibels of SNR), greater data throughput per user, or some combination thereof.

Frequency reuse[edit]

The key characteristic of a cellular network is the ability to re-use frequencies to increase both coverage and capacity. As described above, adjacent cells must use different frequencies, however, there is no problem with two cells sufficiently far apart operating on the same frequency, provided the masts and cellular network users’ equipment do not transmit with too much power.^[1]

The elements that determine frequency reuse are the reuse distance and the reuse factor. The reuse distance, D is calculated as

,

where R is the cell radius and N is the number of cells per cluster. Cells may vary in radius from 1 to 30 kilometres (0.62 to 18.64 mi). The boundaries of the cells can also overlap between adjacent cells and large cells can be divided into smaller cells.^[13]

The frequency reuse factor is the rate at which the same frequency can be used in the network. It is 1/K (or K according to some books) where K is the number of cells which cannot use the same frequencies for transmission. Common values for the frequency reuse factor are 1/3, 1/4, 1/7, 1/9 and 1/12 (or 3, 4, 7, 9 and 12 depending on notation).^[14]

In case of N sector antennas on the same base station site, each with different direction, the base station site can serve N different sectors. N is typically 3. A reuse pattern of N/K denotes a further division in frequency among N sector antennas per site. Some current and historical reuse patterns are 3/7 (North American AMPS), 6/4 (Motorola NAMPS), and 3/4 (GSM).

If the total available bandwidth is B, each cell can only use a number of frequency channels corresponding to a bandwidth of B/K, and each sector can use a bandwidth of B/NK.

Code-division multiple access-based systems use a wider frequency band to achieve the same rate of transmission as FDMA, but this is compensated for by the ability to use a frequency reuse factor of 1, for example using a reuse pattern of 1/1. In other words, adjacent base station sites use the same frequencies, and the different base stations and users are separated by codes rather than frequencies. While N is shown as 1 in this example, that does not mean the CDMA cell has only one sector, but rather that the entire cell bandwidth is also available to each sector individually.

Recently also orthogonal frequency-division multiple access based systems such as LTE are being deployed with a frequency reuse of 1. Since such systems do not spread the signal across the frequency band,
inter-cell radio resource management is important to coordinate resource allocation between different cell sites and to limit the inter-cell interference. There are various means of inter-cell interference coordination (ICIC) already defined in the standard.^[15] Coordinated scheduling, multi-site MIMO or multi-site beamforming are other examples for inter-cell radio resource management that might be standardized in the future.

Directional antennas[edit]

Cell towers frequently use a directional signal to improve reception in higher-traffic areas. In the United States, the Federal Communications Commission (FCC) limits omnidirectional cell tower signals to 100 watts of power. If the tower has directional antennas, the FCC allows the cell operator to emit up to 500 watts of effective radiated power (ERP).^[16]

Although the original cell towers created an even, omnidirectional signal, were at the centers of the cells and were omnidirectional, a cellular map can be redrawn with the cellular telephone towers located at the corners of the hexagons where three cells converge.^[17] Each tower has three sets of directional antennas aimed in three different directions with 120 degrees for each cell (totaling 360 degrees) and receiving/transmitting into three different cells at different frequencies. This provides a minimum of three channels, and three towers for each cell and greatly increases the chances of receiving a usable signal from at least one direction.

The numbers in the illustration are channel numbers, which repeat every 3 cells. Large cells can be subdivided into smaller cells for high volume areas.^[18]

Cell phone companies also use this directional signal to improve reception along highways and inside buildings like stadiums and arenas.^[16]

Broadcast messages and paging[edit]

Practically every cellular system has some kind of broadcast mechanism. This can be used directly for distributing information to multiple mobiles. Commonly, for example in mobile telephony systems, the most important use of broadcast information is to set up channels for one-to-one communication between the mobile transceiver and the base station. This is called paging. The three different paging procedures generally adopted are sequential, parallel and selective paging.

The details of the process of paging vary somewhat from network to network, but normally we know a limited number of cells where the phone is located (this group of cells is called a Location Area in the GSM or UMTS system, or Routing Area if a data packet session is involved; in LTE, cells are grouped into Tracking Areas). Paging takes place by sending the broadcast message to all of those cells. Paging messages can be used for information transfer. This happens in pagers, in CDMA systems for sending SMS messages, and in the UMTS system where it allows for low downlink latency in packet-based connections.

Movement from cell to cell and handing over[edit]

In a primitive taxi system, when the taxi moved away from a first tower and closer to a second tower, the taxi driver manually switched from one frequency to another as needed. If communication was interrupted due to a loss of a signal, the taxi driver asked the base station operator to repeat the message on a different frequency.

In a cellular system, as the distributed mobile transceivers move from cell to cell during an ongoing continuous communication, switching from one cell frequency to a different cell frequency is done electronically without interruption and without a base station operator or manual switching. This is called the handover or handoff. Typically, a new channel is automatically selected for the mobile unit on the new base station which will serve it. The mobile unit then automatically switches from the current channel to the new channel and communication continues.

The exact details of the mobile system’s move from one base station to the other vary considerably from system to system (see the example below for how a mobile phone network manages handover).

Mobile phone network[edit]

The most common example of a cellular network is a mobile phone (cell phone) network. A mobile phone is a portable telephone which receives or makes calls through a cell site (base station) or transmitting tower. Radio waves are used to transfer signals to and from the cell phone.

Modern mobile phone networks use cells because radio frequencies are a limited, shared resource. Cell-sites and handsets change frequency under computer control and use low power transmitters so that the usually limited number of radio frequencies can be simultaneously used by many callers with less interference.

A cellular network is used by the mobile phone operator to achieve both coverage and capacity for their subscribers. Large geographic areas are split into smaller cells to avoid line-of-sight signal loss and to support a large number of active phones in that area. All of the cell sites are connected to telephone exchanges (or switches), which in turn connect to the public telephone network.

In cities, each cell site may have a range of up to approximately 1⁄2 mile (0.80 km), while in rural areas, the range could be as much as 5 miles (8.0 km). It is possible that in clear open areas, a user may receive signals from a cell site 25 miles (40 km) away. In rural areas with low-band coverage and tall towers, basic voice and messaging service may reach 50 miles (80 km), with limitations on bandwidth and number of simultaneous calls.^{[citation needed]}

Since almost all mobile phones use cellular technology, including GSM, CDMA, and AMPS (analog), the term «cell phone» is in some regions, notably the US, used interchangeably with «mobile phone». However, satellite phones are mobile phones that do not communicate directly with a ground-based cellular tower but may do so indirectly by way of a satellite.

There are a number of different digital cellular technologies, including: Global System for Mobile Communications (GSM), General Packet Radio Service (GPRS), cdmaOne, CDMA2000, Evolution-Data Optimized (EV-DO), Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE), Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), Digital Enhanced Cordless Telecommunications (DECT), Digital AMPS (IS-136/TDMA), and Integrated Digital Enhanced Network (iDEN). The transition from existing analog to the digital standard followed a very different path in Europe and the US.^[19] As a consequence, multiple digital standards surfaced in the US, while Europe and many countries converged towards the GSM standard.

Structure of the mobile phone cellular network[edit]

A simple view of the cellular mobile-radio network consists of the following:

• A network of radio base stations forming the base station subsystem.
• The core circuit switched network for handling voice calls and text
• A packet switched network for handling mobile data
• The public switched telephone network to connect subscribers to the wider telephony network

This network is the foundation of the GSM system network. There are many functions that are performed by this network in order to make sure customers get the desired service including mobility management, registration, call set-up, and handover.

Any phone connects to the network via an RBS (Radio Base Station) at a corner of the corresponding cell which in turn connects to the Mobile switching center (MSC). The MSC provides a connection to the public switched telephone network (PSTN). The link from a phone to the RBS is called an uplink while the other way is termed downlink.

Radio channels effectively use the transmission medium through the use of the following multiplexing and access schemes: frequency-division multiple access (FDMA), time-division multiple access (TDMA), code-division multiple access (CDMA), and space-division multiple access (SDMA).

Small cells[edit]

Small cells, which have a smaller coverage area than base stations, are categorised as follows:

• Microcell -> less than 2 kilometres,
• Picocell -> less than 200 metres,
• Femtocell -> around 10 metres,
• Attocell -> 1–4 metres

Cellular handover in mobile phone networks[edit]

As the phone user moves from one cell area to another cell while a call is in progress, the mobile station will search for a new channel to attach to in order not to drop the call. Once a new channel is found, the network will command the mobile unit to switch to the new channel and at the same time switch the call onto the new channel.

With CDMA, multiple CDMA handsets share a specific radio channel. The signals are separated by using a pseudonoise code (PN code) that is specific to each phone. As the user moves from one cell to another, the handset sets up radio links with multiple cell sites (or sectors of the same site) simultaneously. This is known as «soft handoff» because, unlike with traditional cellular technology, there is no one defined point where the phone switches to the new cell.

In IS-95 inter-frequency handovers and older analog systems such as NMT it will typically be impossible to test the target channel directly while communicating. In this case, other techniques have to be used such as pilot beacons in IS-95. This means that there is almost always a brief break in the communication while searching for the new channel followed by the risk of an unexpected return to the old channel.

If there is no ongoing communication or the communication can be interrupted, it is possible for the mobile unit to spontaneously move from one cell to another and then notify the base station with the strongest signal.

Cellular frequency choice in mobile phone networks[edit]

The effect of frequency on cell coverage means that different frequencies serve better for different uses. Low frequencies, such as 450  MHz NMT, serve very well for countryside coverage. GSM 900 (900 MHz) is suitable for light urban coverage. GSM 1800 (1.8 GHz) starts to be limited by structural walls. UMTS, at 2.1 GHz is quite similar in coverage to GSM 1800.

Higher frequencies are a disadvantage when it comes to coverage, but it is a decided advantage when it comes to capacity. Picocells, covering e.g. one floor of a building, become possible, and the same frequency can be used for cells which are practically neighbors.

Cell service area may also vary due to interference from transmitting systems, both within and around that cell. This is true especially in CDMA based systems. The receiver requires a certain signal-to-noise ratio, and the transmitter should not send with too high transmission power in view to not cause interference with other transmitters. As the receiver moves away from the transmitter, the power received decreases, so the power control algorithm of the transmitter increases the power it transmits to restore the level of received power. As the interference (noise) rises above the received power from the transmitter, and the power of the transmitter cannot be increased anymore, the signal becomes corrupted and eventually unusable. In CDMA-based systems, the effect of interference from other mobile transmitters in the same cell on coverage area is very marked and has a special name, cell breathing.

One can see examples of cell coverage by studying some of the coverage maps provided by real operators on their web sites or by looking at independently crowdsourced maps such as Opensignal or CellMapper. In certain cases they may mark the site of the transmitter; in others, it can be calculated by working out the point of strongest coverage.

A cellular repeater is used to extend cell coverage into larger areas. They range from wideband repeaters for consumer use in homes and offices to smart or digital repeaters for industrial needs.

Cell size[edit]

The following table shows the dependency of the coverage area of one cell on the frequency of a CDMA2000 network:^[20]

Frequency (MHz)	Cell radius (km)	Cell area (km2)	Relative cell count
450	48.9	7521	1
950	26.9	2269	3.3
1800	14.0	618	12.2
2100	12.0	449	16.2

See also[edit]

Lists and technical information:

• Mobile technologies
  • 2G networks (the first digital networks, 1G and 0G were analog):
    • GSM
      • Circuit Switched Data (CSD)
      • GPRS
      • EDGE(IMT-SC)
      • Evolved EDGE
    • Digital AMPS
      • Cellular Digital Packet Data (CDPD)
    • cdmaOne (IS-95)
      • Circuit Switched Data (CSD)
  • 3G networks:
    • UMTS
      • W-CDMA (air interface)
      • TD-CDMA (air interface)
      • TD-SCDMA (air interface)
        • HSPA
        • HSDPA
        • HSPA+
    • CDMA2000
      • OFDMA (air interface)
        • EVDO
          • SVDO
  • 4G networks:
    • LTE (TD-LTE)
      • LTE Advanced
      • LTE Advanced Pro
    • WiMAX
      • WiMAX-Advanced (WirelessMAN-Advanced)
    • Ultra Mobile Broadband (never commercialized)
    • MBWA (IEEE 802.20, Mobile Broadband Wireless Access, HC-SDMA, iBurst, has been shut down)
  • 5G networks:
    • 5G NR
    • 5G-Advanced

Starting with EVDO the following techniques can also be used to improve performance:

• MIMO, SDMA and Beamforming

• Cellular frequencies
  • CDMA frequency bands
  • GSM frequency bands
  • UMTS frequency bands
  • LTE frequency bands
  • 5G NR frequency bands
• Deployed networks by technology
  • List of UMTS networks
  • List of CDMA2000 networks
  • List of LTE networks
  • List of deployed WiMAX networks
  • List of 5G NR networks
• Deployed networks by country (including technology and frequencies)
  • List of mobile network operators of Europe
  • List of mobile network operators of the Americas
  • List of mobile network operators of the Asia Pacific region
  • List of mobile network operators of the Middle East and Africa
  • List of mobile network operators (summary)
• Mobile country code — code, frequency, and technology for each operator in each country
• Comparison of mobile phone standards

Equipment:

• Cellular repeater
• Cellular router
• Professional mobile radio (PMR)
• OpenBTS

Other:

• Cellular traffic
• MIMO (multiple-input and multiple-output)
• Mobile edge computing
• Mobile phone radiation and health
• Network simulation
• Radio resource management (RRM)
• Routing in cellular networks
• Signal strength
• Title 47 of the Code of Federal Regulations

References[edit]

Further reading[edit]

• P. Key, D. Smith. Teletraffic Engineering in a competitive world. Elsevier Science B.V., Amsterdam Netherlands, 1999. ISBN 978-0444502681. Chapter 1 (Plenary) and 3 (mobile).
• William C. Y. Lee, Mobile Cellular Telecommunications Systems (1989), McGraw-Hill.

External links[edit]

• Raciti, Robert C. (July 1995). «CELLULAR TECHNOLOGY». Nova Southeastern University. Archived from the original on 15 July 2013. Retrieved 2 April 2012.
• A History of Cellular Networks
• What are cellular networks? 1G to 6G Features & Evolution

Интернет: как это работает

1G — 2G — 3G и далее

   Сеть GSM c поддержкой GPRS

   Варианты использования технологии GPRS для доступа к Интернету

WAP

   Принцип работы WAP

   Стек протоколов WAP

   Эволюция WAP (WAP 1х — WAP 2.0)

   Перспективы WAP в сетях 3G

Развитие беспроводного Интернета стало возможным в первую
очередь благодаря широкому распространению мобильных сотовых телефонов и персональных
цифровых помощников PDA, которые составляют сегодня базу для мобильного Интернета.

уществуют
две схемы для выхода в Интернет с сотового телефона. В первом случае вы получаете
Интернет-доступ с мобильного телефона, используя его мини-дисплей и встроенный
мини-браузер, а во втором вы задействуете мобильный телефон в виде модема, подключаете
к нему ноутбук и пользуетесь обычным браузером для просмотра Web-страниц (рис.
1).

Первое решение, опирающееся на терминальные возможности сотового телефона,
связано с существенными ограничениями. Мобильный телефон имеет малую мощность,
небольшой объем памяти, ограниченные возможности мини-браузера. Для того чтобы
задействовать данные ресурсы сотового телефона, был разработан специальный беспроводной
протокол Wireless Application Protocol (WAP). Владелец WAP-телефона подключается
к базовой станции, происходит авторизация пользователя и через сетевой шлюз
устанавливается соединение с Интернетом (рис. 1).

До последнего времени, пользуясь сотовым телефоном с поддержкой WAP-протокола
в GSM-сетях, можно было получить доступ в Интернет на очень низкой скорости
— не более 9,6 Кбит/c. На такой скорости можно просматривать лишь очень упрощенные
текстовые варианты Web-страниц. На базе таких страниц могут быть построены упрощенные,
но тем не менее весьма востребованные сервисы: сообщения о курсе валют, сведения
о погоде и т.п. Поскольку набрать адрес URL на небольшой клавиатуре мобильного
телефона трудно, провайдеры услуг часто дают пользователям настроить WAP-портал
в соответствии с их потребностями. При этом доступ становится удобным, поскольку
пользователям нужно нажимать минимальное число клавиш, чтобы получить доступ
к ограниченному набору избранных WAP-ресурсов.

Одно из современных решений, обеспечивающее более высокую скорость доступа в
Интернет с сотового телефона, связано с технологией GPRS (General Packet Radio
Service — пакетная радиосвязь общего назначения), позволяющей существенно повысить
скорость передачи данных. GPRS стала первой технологией передачи данных, предоставляющей
мгновенный мобильный доступ в Интернет. Используя сотовый телефон как GPRS-модем,
уже сегодня можно выходить в Интернет с ноутбука и работать при скорости передачи
данных, соизмеримой с теми, что обеспечивает обычный модем на десктоп-компьютере.

Прежде чем перейти к рассмотрению технологий доступа в Интернет, представленных
на рис. 1, поговорим о развитии стандартов мобильной связи.

1G — 2G — 3G и далее

тандарты
мобильной связи принято делить на поколения. К первому (The 1st Generation,
1G) относятся аналоговые стандарты, которые постепенно ушли в прошлое.

Говоря о втором поколении, прежде всего следует упомянуть стандарт GSM (Global
System for Mobile Communications — глобальная система связи с подвижными объектами),
являющийся сейчас самым популярным стандартом сотовой связи в мире и, что важно
для нас, де-факто беспроводным телефонным стандартом в Европе. Сотовые сети
стандарта GSM — это цифровые сети, в которых может передаваться не только оцифрованная
речь, но и любые цифровые данные. Большинство операторов GSM-сетей имеют договоры
по роумингу. На GSM приходится свыше 60% мирового рынка сетей мобильной связи,
а количество абонентов составляет более 700 млн. человек.

Первые сети GSM появились в начале 90-х годов. В то время основной их задачей
было обеспечение услуг речевой связи на более высоком уровне по сравнению с
существовавшими ранее аналоговыми сотовыми системами. Технология GSM способствовала
популяризации сотовой связи в сфере бизнеса за счет предоставления возможности
шифрования передаваемой информации и роуминга по всей Европе.

Важным шагом развития GSM было введение услуг пересылки коротких сообщений (Short
Message Service, SMS) и передачи данных. С середины 90-х годов начали бурно
развиваться услуги передачи данных, и прежде всего SMS-служба. Сегодня пользователи
систем GSM могут посылать друг другу короткие сообщения непосредственно с телефона
или через компьютерные сети. Абоненты сетей GSM могут посредством мобильного
модема получать доступ к компьютерным системам своих офисов и могут посылать
и принимать сообщения электронной почты. Одним из основных недостатков сетей
сотовой связи стандарта GSM для передачи данных является низкая скорость передачи
и тот факт, что биллинг осуществляется исходя из времени соединения по тарифам,
мало отличающимся от речевых.

Физические свойства каналов GSM не позволяют обмениваться данными со скоростью
свыше 9,6 Кбит/с. Для передачи речи и текстовых сообщений такой скорости вполне
достаточно, а для качественной графики — нет.

Возможности мобильного доступа в Интернет были существенно расширены с переходом
на использование технологии GPRS (General Packet Radio Service) и будут кардинально
увеличены в высокопроизводительных сотовых сетях следующего, третьего поколения
(3G), к которому относится стандарт UMTS (рис. 2).

Европейская технология мобильной связи третьего поколения UMTS предлагает надежную
передачу голоса, текста и потокового видео. В рамках этой технологии связь может
быть организована и с обязательным установлением соединения, и с коммутацией
пакетов, как в сетях GPRS.

UMTS предоставляет скорость передачи данных 2 Мбит/с для неподвижных пользователей,
384 Кбит/с для пешеходов и 144 Кбит/с для пользователей, находящихся в движущемся
транспорте.

Поскольку функциональные возможности сети GPRS скромнее, чем у полноценной сети
третьего поколения, данный стандарт получил название 2,5G, отражающее ее переходное
состояние от второго поколения к третьему.

Необходимо отметить, что по мере внедрения сетей поколения 2,5G-3G происходит
интеграция устройств, передающих голос и данные. Персональные коммуникаторы
интегрируют в себе возможности сотового телефона и мобильного ПК (рис.
3).

Достоинством технологии GPRS является возможность создания высокоскоростной
передачи данных на базе имеющихся сетей GSM. Для этого достаточно дооснастить
оборудование оператора дополнительными функциональными блоками, что намного
дешевле, чем создавать новую сеть базовых станций. При этом следует отметить,
что внедрение GPRS требует новых терминалов, поддерживающих более высокую скорость
передачи данных. В отличие от GPRS, развертывание сетей UMTS возможно только
на собственной базе; использовать установленное оборудование стандартов GSM
не удастся.

Рассмотрим технологию GPRS несколько подробнее (GPRS — протокол пакетной коммутации
для сетей стандарта GSM). Она реализуется в существующих сотовых сетях GSM в
виде дополнительного сетевого уровня. В 2001 году сервис GPRS имелся в наличии
в большинстве европейских сетей GSM.

Сеть GSM c поддержкой GPRS

Сеть GSM c поддержкой GPRS является сетью с коммутацией пакетов. Как известно,
в сетях с пакетной коммутацией передаваемая информация разбивается на отдельные
пакеты, которые могут передаваться по разным каналам; при этом неверно принятые
пакеты запрашиваются повторно. На стороне получателя из пакетов конструируется
исходное сообщение. Технология GPRS гарантирует постоянную связь с Интернетом.

Благодаря принципу совместного применения каналов в GPRS-технологии достигается
более высокая скорость передачи данных, чем в сетях GSM (основанных на коммутации
каналов), когда канал полностью блокируется независимо от того, ведется в данный
момент передача данных или нет. В технологии GPRS необходимый канальный ресурс
выделяется лишь на время передачи соответствующих информационных пакетов. GPRS
позволяет использовать короткие временные интервалы каналов, выделенных для
передачи голосовых данных. Каналы, применяемые для передачи речи, могут одновременно
использоваться и для передачи пакетов данных протокола IP.

В принципе, большое количество абонентов, одновременно получающих данные из
Интернета на высокой скорости, могут исчерпать запас свободных каналов в соте,
поэтому сети GPRS в основном пригодны для режима чтения Web-страниц по схеме
«быстрая загрузка — длительное чтение» с освобождением каналов на втором этапе.
Использование Интернет-услуг в режиме вещания будет приводить к перегрузке сети.

Мобильные телефоны с поддержкой GPRS разделяются на классы в зависимости от
возможностей по одновременной передаче голоса в стандарте GSM и данных в стандарте
GPRS:

• класс А — устройства этого класса могут одновременно передавать голос и данные;

• класс B — аппараты автоматически переключаются в режим передачи голоса или
данных (например, при поступлении звонка);

• класс C — переключение таких телефонов между голосовым режимом и режимом передачи
данных осуществляется вручную.

Важной особенностью GPRS является отказ от поминутной тарификации. Оплата за
передачу данных в сети GPRS взимается не за время, в течение которого абонент
был на связи с базовой станцией, а за объем переданной информации. Именно поэтому
многие онлайновые ресурсы, доступ к которым связан с передачей небольших объемов
данных (новостные сайты, чаты и т.д.), выгодно использовать с GPRS-терминалов,
а услуги вещания, например потоковое аудио, окажутся неоправданно дорогими.

Варианты использования технологии GPRS для доступа к Интернету

Существуют два способа применения технологии GPRS для доступа к Интернету (рис.
4). При одном из них GPRS-устройство выполняет функции модема, с помощью
которого пользователь портативного компьютера может просматривать Web-страницы
HTML. При этом может использоваться как кабельное соединение телефона с ПК,
так и беспроводное — инфракрасный порт или Bluetoth. Другой способ — это подключение
к Интернету напрямую с мобильного устройства, поддерживающего технологию GPRS,
что дает возможность просматривать Web-страницы в формате WAP при помощи встроенного
микробраузера. Информация в формате WAP представляется в облегченном виде, поэтому
для ее передачи требуется гораздо меньшая пропускная способность.

Следует отметить, что возможности доступа в Интернет с мобильного телефона
на базе WAP-протокола, меняются по мере развития самого стандарта. Для того
чтобы рассказать об эволюции WAP-протокола потребуется рассмотреть принцип его
работы.

WAP

Принцип работы WAP

WAP — это средство доставки Интернет-контента на мобильные телефоны, смартфоны
и коммуникаторы, разработанное с учетом ограниченности ресурсов данных мобильных
устройств, и встроенный микробраузер — клиентское ПО, созданное для мобильных
устройств, имеющих доступ к Интернет-сервисам.

По меткому замечанию представителя Phone.com (бывшей Unwired Planet) на заседании
WAP-форума, «основная идея WAP — использовать минимальные ресурсы мобильного
устройства и компенсировать ограниченность данных возможностей расширением спектра
сетевых устройств». WAP создан для работы в любом стандарте сотовой связи и
поддерживается большинством мировых лидеров сотовой связи, совместим с различными
устройствами (с любой клавиатурой, кнопками, стилусом и т.д.). Важность протокола
заключается в том, что он открыл эволюционный путь разработчикам приложений
и сетевым операторам для предложения их услуг в сетях различного типа, с разными
носителями.

WAP изначально разрабатывался с учетом малой скорости передачи данных и ограниченных
возможностей мобильных устройств по объему памяти, размерам экранов и средствам
навигации. Если обычные Web-страницы подразумевают разрешение как минимум 640Ѕ480
пикселов, то телефонный экран обычно предоставляет всего лишь 150Ѕ150 пикселов
и монохромный режим. При работе на ПК мы привыкли осуществлять навигацию в Web,
подводя курсор к ссылкам и кликая их, однако в телефоне и PDA аналогичного устройства
просто нет.

В связи с этим, как мы отмечали, для мобильных устройств и были разработаны
собственные протоколы передачи данных (Wireless Access Protocol, WAP) и соответствующие
языки разметки, в частности WML (Wireless Markup Language).

Для передачи данных на мобильное устройство в соответствующем формате разрабатываются
либо специальные сайты, либо происходит идентификация типа устройства в момент
его обращения к серверу и преобразование исходного документа в формат, необходимый
данному мобильному устройству.

Рассмотрим подробнее, что происходит, когда вы обращаетесь на Web-сайт, используя
WAP-телефон (рис. 5).

Сначала реализуется обращение к службе (рис. 5, пункт 1)
— пользователь должен связаться с ближайшей сотовой станцией. Далее устанавливается
связь с сервис-провайдером (пункт 2) и осуществляется выбор Web-сайта (пункт
3). Затем пользователь посылает запрос, который направляется на шлюзовой сервер
(пункт 4). Шлюзовой сервер, в свою очередь, запрашивает информацию в виде HTTP-запроса
с Web-сервера (пункт 5). Получив ответ от Web-сервера, шлюзовой сервер переводит
HTTP-данные в WML-данные (пункт 6). WML-данные отсылаются на мобильное устройство
(пункт 7).

После того как информация получена WAP-клиентом, она отправляется на мини-браузер,
который предлагает базовые средства навигации, и на дисплее мобильного устройства
отображается версия Web-странички с упрощенной графикой (пункт 8).

Беспроводной Интернет пока еще весьма слабая альтернатива обычному Интернету.
Сегодня это средство для ограниченного круга людей, которым важно подключаться
к Сети в условиях мобильного доступа. Однако ситуация быстро меняется: Ericsson,
Motorola, Nokia и другие компании уже выпустили десятки миллионов WAP-совместимых
сотовых телефонов; растет популярность и других беспроводных карманных устройств.

Быстро появляются новые услуги и информационное наполнение для подобных устройств.
Такие порталы, как Amazon.com, Yahoo! и ZDNet, активно предоставляют услуги
и информацию беспроводным способом. Ряд компаний предлагает разработчикам пакеты
инструментальных средств для проектирования беспроводных программ и служб. Таким
образом, в самом ближайшем будущем ситуация изменится и выход в Web можно будет
осуществлять в любом месте и в любое время, используя самые разные мобильные
устройства, которые будут предоставлять выход в Интернет на высокой скорости.

Стек протоколов WAP

Архитектурная модель WAP является производной от модели WWW с учетом текущих
ограничений беспроводных сетей и мобильных терминалов. WAP — это стек протоколов,
которые охватывают весь процесс доставки информации — от определения языка для
создания и оформления содержимого, спецификации мер безопасности до нижних уровней
стека, отвечающих непосредственно за транспортировку данных. WAP разрабатывался
как максимально независимая от протоколов нижележащего сетевого уровня технология
и служит глобальной платформой разработки приложений для предоставления услуг
независимо от того, кто является производителем терминала и какая используется
сеть беспроводной связи.

Рассмотрим структуру стека (рис. 6).

WAE (Wireless Application Environment) — определяет инструменты, которыми пользуются
разработчики контента: это программная среда для WAP-приложений. К ним относятся
WML и WMLScript (скриптовый язык, имеющий много общего с JavaScript) — инструменты,
которые позволяют создавать приложения для WAP.

WSP (Wireless Session Protocol) — протокол сессионного уровня. Его основная
задача — поддерживать сеанс связи. WSP предусматривает использование push-технологий
(доставку «незапрошенного» контента). В этом случае соединение инициируется
не клиентом, а сервером, что применяется для распространения новостей, рекламы
и т.д.

WTP (Wireless Transaction Protocol) — уровень транзакций, который обрабатывает
отдельные пакеты соединения. WSP и WTP соответствуют протоколу http в стеке
TCP/IP.

WTLS (Wireless Transport Layer Security) — предоставляет многие функции, аналогичные
тем, что реализованы в уровне Transport Layer Security (TLS), который является
частью TCP/IP. Он проверяет целостность данных, обеспечивает шифрование и аутентификацию
клиента и сервера.

WDP (Wireless Datagram Protocol) — предоставляет общий интерфейс между верхними
уровнями и физическим уровнем, производя адаптацию под конкретные свойства протокола
физического уровня.

Network carrier method — физический уровень, который характеризует способ передачи
данных в эфире. Протоколами этого уровня являются, в частности, уже упоминавшиеся
нами протоколы SMS и GPRS.

Эволюция WAP (WAP 1х — WAP 2.0)

Технология WAP развивается с 1997 года. 7 января 1998 года для разработки стандарта
WAP компании Nokia, Ericsson, Motorola и Phone.com создали некоммерческую организацию
WAP Forum, в которую сегодня входят более 500 компаний. Первая версия протокола
WAP 1.0 (она оказалась тестовой и практически не использовалась) вышла в мае
1998 года. Годом позже появилась версия WAP 1.1, а в 2000 году — WAP 1.2 и 1.21
(наиболее распространенная на сегодня). В целом можно констатировать, что возможности
протокола WAP 1.x оказались приспособлены лишь для небольших информационных
заметок, таких как данные о курсе валют, погоде, сеансах в кинотеатрах и т.п.,
которые достаточно быстро появились и мало изменились с тех пор (рис.
7).

Кардинальные изменения связаны с появлением версии WAP 2.0, которая была объявлена
в августе 2001 года на WAP-форуме. Основная причина разработки формата WAP 2.0
заключалась в том, что формат WAP 1.x имел целый ряд недостатков:

• платформенную несовместимость;

• узкую полосу пропускания;

• неудобный интерфейс и большое время ожидания;

• ненадежные коммуникации;

• высокую стоимость разработки информационного наполнения в силу различия приложений
для PК- и WAP-клиентов.

Главные усовершенствования WAP 2.0:

• поддержка стандартных протоколов Интернета (TCP/IP, HTTP), позволившая Web-разработчикам
создавать приложения как для ПК, так и для WAP-клиентов, что существенно снижает
стоимость разработки;

• усовершенствованная безопасность коммуникаций и возможности по проведению
финансовых транзакций;

• отсутствие необходимости в WAP proxy;

• взаимодействие клиента и сервера на базе протокола HTTP/1.1.

В WAP 2.0, в отличие от версии 1.0, поддерживаются протоколы TCP/IP и http,
что позволяет мобильному устройству запрашивать данные с сетевых ресурсов напрямую,
минуя сервер оператора (рис. 8).

Начиная с версии WAP 2.0 протокол допускает использование XHTML и Cascade Style
Sheet (CSS). Адаптация страниц для мобильного устройства может производиться
любым поддерживающим XHTML сервером в Сети. Сервер может запросить данные об
устройстве и, получив их, преобразовать страницы под необходимое разрешение
(User Agent Profile).

WAP proxy (рис. 9) при применении протокола WAP 2.0 может
использоваться (опционно) в целях оптимизации коммуникаций и обеспечивать новые
службы, такие как привязка сервисов к месторасположению пользователя, конфиденциальность.
WAP proxy также необходим для обеспечения WAP push-функций.

Push-технология оптимизирует организацию некоторых служб. Например, если раньше
телефоны пользователей, работающих по протоколу WAP 1.x и подписанных на обновляемую
информацию, должны были периодически запрашивать данные с сервера, чтобы узнать,
было ли обновление, то при Push-технологии сервер сам отправляет обновление
и в этом случае данные идут в одном направлении. Подчеркнем, что для использования
технологии Push требуется, чтобы на стороне оператора или компании, предоставляющей
информационное наполнение, был установлен wap proxy-сервер.

Перспективы WAP в сетях 3G

Сохранится ли необходимость в WAP с внедрением сетей 3G? По мере увеличения
скорости пропускных каналов стоимость широкополосного беспроводного доступа
не упадет до нуля. Цена услуги будет складываться из стоимости более мощных
терминалов, более высокой стоимости радиооборудования, больших нагрузок на сеть
и т.д. Не следует также забывать, что WAP был разработан для работы с маленькими
экранами, низким энергопотреблением, широкой настраиваемостью под разные типы
устройств для навигации одной рукой. Подобный сервис останется актуален и с
появлением сетей стандарта 3G. Конечно, мы будем наблюдать постоянное увеличение
ширины пропускного канала наряду с усложнением приложений. Помимо этого возрастет
потребность в минимизации устройств и в разработке сетевых ресурсов для беспроводных
приложений. Поэтому можно ожидать, что WAP будет иметь оптимизированную поддержку
мультимедийных приложений. Если WAP будет пользоваться успехом на массовом рынке
в сетях стандарта 2,5G, то вероятно, и в сетях 3G он окажется экономичным и
востребованным решением.

КомпьютерПресс 9’2003

Пользуясь мобильным интернетом, вы, конечно, замечали, что при установленном соединении в верхней панели быстрого доступа на телефоне появляются разные буквы и аббревиатуры: H, H+, LTE, 3G, 4G и другие. Они обозначают тип соединения, от которого зависит скорость передачи и приёма данных.

Расшифровка обозначений и характеристика типов соединения

Зная расшифровку обозначений и основные параметры каждого типа соединения, вы можете понять, какой скорости ожидать при имеющемся уровне сигнала. В большинстве случаев мобильное устройство само выбирает наиболее быстрый из доступных протоколов связи и даёт возможность пользоваться интернетом через него.

На выбор типа сетевого соединения влияют следующие факторы:

• место, где вы находитесь: в закрытых помещениях или на большом расстоянии от крупных городов наиболее современные и быстрые протоколы (например, 4G) могут быть недоступны, и устройство подберёт тот тип соединения, который будет работать, хоть и медленно;
• используемый тариф: многие тарифы не предусматривают использование высокоскоростного протокола 4G, разрешая подключение лишь к 3G и более медленным типам соединения;
• технические характеристики устройства: не все мобильные устройства поддерживают максимальную скорость доступа к сети, поэтому для того, чтобы узнать, сколько мегабайт в секунду способен отправлять ваш телефон, нужно ознакомиться с документацией на официальном сайте компании-производителя.

3G

Альтернативные названия — 3rd Generation и UMTS. Это наиболее распространённый формат интернет-соединения в наши дни. Цифра «3» обозначает третье поколение протоколов связи. Изначально скорость соединения этого типа не превышала 384 Кбит/с, но теперь при благоприятных условиях она может достигать 21 Мбит/с. Однако чаще всего на телефоне или планшете вы получите скорость до 2 Мбит/с.

К достоинствам режима 3G можно отнести то, что он уступает по скорости только 4G-соединению, но при этом доступен практически везде. Но если вы движетесь на машине или в поезде быстрее 30 км/ч, то скорость соединения начинает снижаться.

H, 3.5G, H+, 3G+

Тип H является улучшенной версией 3G, основанной на технологии HSDPA — High Speed Downlink Packet Access. H+, 3.5G и 3G+ также являются надстройками над режимом 3G, использующими протокол HSPA+. Они позволяют развивать более высокую скорость передачи данных: в идеальных условиях при использовании двухканального варианта протокола HSDPA — до 21 Мбит/с , а в базовой моноканальной версии протокола HSPA+ — до 22 Мбит/с. В реальности, однако, скорость в обоих протоколах обычно не превышает 3,8 Мбит/с.

3.75G

Этот вариант редко можно увидеть, так как телефоны обычно не отображают его на панели состояния, хотя реально используют. Соединение осуществляется по протоколу DC-HSPA+ — улучшенному варианту HSPA. Максимальная скорость его в два раза выше, чем у варианта H — 42 Мбит/с, так как в нём реализовано двухканальное взаимодействие. Лучшие показатели сетей этого типа соизмеримы со средними показателями 4G-соединения.

4G, LTE

4G (сети четвёртого поколения) — самые быстрые из доступных на данный момент. Но только если в них реализован протокол LTE (Long Term Evolution). Изначально в сетях 4G применялась технология WiMAX, и скорость их не превышала 40 Мбит/с. Но сегодня уже практически все операторы связи используют протокол LTE.

Существует два вида LTE-сединений: LTE FDD и LTE TDD. Основное их различие — распределение доступного диапазона частот. Но независимо от того, какой вариант протокола используется, скорость передачи данных теоретически может достигать величины от 100 Мбит/с до 1 Гбит/с, а в реальности — больше 40 Мбит/с.

Сети 4G, однако, имеют ряд недостатков:

• стоимость доступа к интернету в них выше, чем в сетях 3G, поэтому переходить на тариф, поддерживающий 4G, стоит только в том случае, если вы загружаете большие файлы или смотрите видео через мобильный интернет;
• зона покрытия, то есть территория, на которой доступно 4G-соединение, намного меньше, чем у 3G, так что будьте готовы к тому, что останетесь без быстрого интернета, если отправитесь за город.

Ниже показаны зоны покрытия сетей 3G и 4G на территории России. В верхней части — зона покрытия 4G, в нижней — 3G. Видно, что покрытие территории сетью 3G значительно более плотное, особенно на большом расстоянии от крупных городов.

4G+, LTE-A

Стандарт 4G+ является следующим этапом развития сетей на основе 4G-протокола и поддерживает технологию LTE-Advanced. Она позволяет объединять используемые частоты, в результате чего скорость соединения увеличивается.

Максимальная скорость зависит от конкретной реализации возможностей LTE-A оператором связи. В некоторых случаях можно получить до 450 Мбит/с, что превышает скорость проводных соединений.

G (General Packet Radio Service)

Очень старый стандарт, который в своё время позиционировался как усовершенствованная версия 2G — его называли 2.5G. Работает по протоколу GPRS — улучшенной версии протокола GSM.

Это, безусловно, самый медленный вид связи из всех описанных, так как максимальная скорость его не превышает 200 Кбит/с. Страница обычного сайта без большого количества изображений и других медиаэлементов будет загружаться в этом режиме около минуты. Зато подключиться к такой сети иногда удаётся там, где недоступны 3G и 4G.

E (или EDGE — Enhanced Data Rates for GSM Evolution)

EDGE — это ещё не 3G, но уже ближе к нему. Второе название этого варианта — 2.75G. Этот прокол появился после G. Он способен обеспечить максимальную скорость около 300–400 Кбит/с.

Видео: сравнение скорости 3G и 4G соединений

Самый быстрый интернет в наши дни доступен по соединению 4G+ или 4G . Второй по скорости вариант — 3G+ и H+, затем H и 3G. Самые медленные варианты, работающие чуть-чуть быстрее обычного 2G-протокола, — G и E. При этом зона покрытия интернета, использующего самую современную технологию, относительно невелика, а поймать сеть 3G, G или E можно в большинстве населённых пунктов страны.

Пятница, братья и сестры, а по пятницам у нас подкаст с конспектом. Подкаст «Запуск завтра» выходит при поддержке Практикума, а мы тоже выходим при поддержке Практикума, поэтому синергия. Сегодня говорим об устройстве сотовой связи. Слушайте подкаст, если есть время, а если нет — читайте основные мысли ниже. 

О герое

Герой выпуска — Александр Чемерис, сотрудник компании YADRO. Руководил стартапом Fairwaves, где делал оборудование для сотовых операторов, обеспечивал связью африканские деревни и штат Оахака в Мексике.

Как Александр попал в мир сотовой связи

Я начал заниматься сотовой связью через софт. Писал диплом по коммуникациям Voice over IP (VoIP). Это возможность говорить голосом через интернет, например как в Skype или Telegram. Потом появился опенсорсный проект Open BTS, который, с помощью VoIP и железа под названием Software-Defined Radio позволял сделать сотовую станцию. Мы с приятелем подумали: «Это же прикольно!». Купили такую карточку и попробовали это дело запустить. Так я из софта перешёл в сотовую связь.

Оказалось, что сотовая связь — это отдельный мир, который можно изучать годами. Ты в него погружаешься, а потом раз — и десять лет прошло.

Как устроена сотовая связь

Она работает на радиоволнах. Вот как мы голосом говорим — и голос распространяется по воздуху на расстоянии. У радиоволн похожий принцип, но распространяются они гораздо дальше, воздух им не мешает. Ушами мы радиоволны слышать не можем, но в телефонах есть специальные антенны, которые умеют воспринимать эти колебания.

Почему по сотовому мы можем говорить одновременно

ТВ-вещание либо радиовещание — это симплексная связь, то есть односторонняя. Один источник сигнала облучает какую-то местность, и все приёмники в этой местности «слышат» этот сигнал. 

Сотовая связь — это дуплексная связь, двусторонняя. В сотовой связи есть «канал вверх» и «канал вниз», они так и называются — uplink и downlink. Вниз — это канал к абоненту, потому что вышка обычно выше него, а вверх, соответственно, от абонента туда, наверх, в сторону вышки. 

Два самых популярных способа разделения — это frequency division duplex и time division duplex, FDD и TDD соответственно. Классическая сотовая связь построена на FDD, когда у тебя на одной частоте телефон принимает, а на другой передаёт. То есть у тебя словно два радио на разных частотах: по одному ты передаёшь сигнал, по другому — передаёт вышка.

TDD — это то, что мы сейчас делаем. Пока я говорю, ты молчишь, когда ты говоришь, я молчу. Когда все начинают говорить одновременно, происходит интерференция — становится плохо слышно, у тебя начинает квакать телефон.

Стандартный TDD в сотовой связи построен на фреймах, где длина одного фрейма в 4G — 10 миллисекунд, в 5G — до одной миллисекунды. Дальше 10 миллисекунд разбиваются на uplink и downlink, ты 5 миллисекунд говоришь и 5 миллисекунд слушаешь. Это настолько мало, что тебе кажется: ты в любой момент можешь начать говорить, не надо ждать собеседника.

Какие железки отвечают за передачу сигнала

Исключая абонентские устройства, сеть состоит из трёх компонентов: софт у оператора, базовые станции на вышках и связь между ними — транспортная сеть, или бэкхолл. 

Вышка обычно подключена к мощному источнику электроэнергии. У неё большие антенны, которые усиливают сигнал. Ты физически не можешь носить телефон, у которого антенна два метра, поэтому антенна на вышке всегда большая. Если сравнить мощность излучения, то у телефона она намного меньше, чем у вышки. Это отчасти связано с какими-то медицинскими нормами, но на самом деле просто экономически невыгодно делать телефон, который будет передавать мощный сигнал: у него будет быстро садиться батарейка. 

Роль вышки — передать и принять сигнал с телефона. Причём сделать это качественно и так, чтобы телефон садился не за два часа, а за пару дней хотя бы. Вышка — это физическое устройство, которое ты видишь на улице, а есть базовая станция — это то, что находится на вышке. Если поставить одну такую базовую станцию в центре деревни, то у всех людей нормально будут работать телефоны, которые находятся в зоне доступа. А если навтыкать вышки рядом друг с другом, то начнутся проблемы со связью.

Почему сеть называется «сотовая»

Потому что у тебя вышки натыканы как медовые соты, а вокруг базовой станции зона приёма словно шестиугольник.

Есть целая наука и отдельные люди, которые занимаются радиопланированием. Они делают, так чтобы базовые станции друг другу не мешали и всё это хорошо работало. Говоря математически, если у тебя сотовые вышки передают с одинаковой мощностью, то оптимальное распределение этих вышек будет такое, что каждая стоит в центре шестиугольника. Если ты построишь изолинии равной мощности, то там, где мощность одной вышки падает настолько, что мощность второй вышки начинает вырастать, ты увидишь, что изолинии образуют шестиугольник. Это действительно так физически устроено и выглядит как соты.

Сейчас всё сложнее. Появились макростанции, пикостанции, маленькие станции, зонтичные станции, фемтостанции, которые можно дома поставить.

Кому принадлежат вышки

Не хочу углубляться в эту тему, это целая отдельная индустрия башенных компаний. Они продают то, что по-английски называется vertical real estate. По-русски это будет «вертикальная жилплощадь». Есть целое понятие — BTS Hotel, то есть отель базовых станций. Ставишь такую вышку, а дальше сдаёшь в ней номера.

В России по закону базовая станция должна принадлежать мобильному оператору, иначе её не разрешат вывести в эфир. Но бывает и по-другому. Например, Tinkoff Mobile — это виртуальный мобильный оператор. У него есть бренд, но нет своих базовых станций, то есть он с кем-то договорился. А настоящий мобильный оператор — это компания, которая владеет лицензией на частоты. Диапазон частот делится на маленькие кусочки и продаётся по частям за бешеные деньги разным операторам связи. 

Кто помимо государства в России владеет частотами

Из федеральных операторов, которые присутствуют в подавляющем большинстве регионов России, «большая четвёрка»: «МегаФон», «МТС», «Билайн» — он же VEON, и «Ростелеком» — он же «Теле2». Осталось несколько мелких региональных операторов, остальных выкупили крупные московские и питерские компании.

В чём отличие 1G от 5G

G — это Generation, «поколение». Новое поколение сотовой связи появляется примерно раз в десять лет. Нужно всё стандартизировать, изготовить оборудование, развернуть его и получить частоты. Это длительная процедура.

Сеть 1G появилась в 1979 году. Главная инновация была в том самом подходе, когда вышки ставятся по сотовому принципу. Сеть второго поколения 2G — это переход к цифровым коммуникациям, что позволило повысить ёмкость и безопасность. Повысилось количество абонентов и стало невозможно при помощи аудиоприёмника подслушать, о чём люди говорят по телефону. 

Сеть третьего поколения научилась нормально передавать интернет. Без 3G не было бы iPhone с его приложениями. 4G изначально задумывалась для интернета, а не для голоса. До сих пор во многих сетях 4G ты не можешь поговорить голосом. С этим помогает LTE — конкретная реализация голосовой связи, которая стала доминирующей.

В 2019 году начали появляться самые первые 5G — это попытка улучшить 4G, подстроить под промышленные юзкейсы. 

Первый юзкейс Massive IoT — условно, 10 тысяч устройств на квадратный километр. Используется на заводе, который обвешан датчиками. Второй юзкейс — Ultra Reliable Low Latency Communications. Это управление робототехникой, телемедицина, удалённое управление поездами, гейминг. Третье — это то, что называется Mobile Broadband, более быстрая передача данных.

Как родилась идея для стартапа

Люди на какой-нибудь шахте либо на нефтяной вышке тоже хотят говорить друг с другом по сотовому или, что ещё сложнее, звонить домой. Им нужно дать для этого инструмент. Одна базовая станция на какой-нибудь нефтяной вышке для монстра типа Nokia или Ericsson вообще не важна. Но для небольшой компании, если посчитать, это интересный бизнес-кейс.

Мы работали с легитимными сотовыми операторами. У них есть частоты, но есть проблема с тем, что на оборудовании крупных вендоров им невыгодно идти в деревню. Чтобы сделать связь в таких удалённых регионах, я продавал решение — оборудование и софт. Физически это выглядит как ребристая коробочка около 10 кг размером с небольшой рюкзак. Я её как раз в рюкзаке с собой и таскал на презентации. 

Внутри такой базовой станции компьютер и радиокомпоненты. Стоит разъём под большую внешнюю антенну, которую покупаешь отдельно. Антенны бывают разные. Ты выбираешь нужную под ландшафт и местность и затем прикручиваешь к вышке. Дальше прикручиваешь базовую станцию и соединяешь толстым радиокабелем с антенной.

В стандартной африканской деревне вышки с разумными антеннами покрывают радиус 5–7 километров. Это размер небольшого города или деревни. К такой базовой станции можно подключить дешёвую Nokia или даже iPhone.

Почему стартап закрылся

Мы не выдержали гонку с более обеспеченными стартапами. Сначала были богатые TIER 1 и несколько небольших компаний по всему миру. Мы все друг друга знали. С одной стороны, мы всегда соревновались, с другой — были против тех мужиков в костюмах от монополистов. 

Потом сработала трамповская война против Китая, которая привела к тому, что начал разваливаться единый телекоммуникационный мир. Индустрия поделилась на национальные анклавы. В Европе остались Ericsson и Nokia. В Штатах появились хорошо профинансированные стартапы. Параллельно такие же процессы начали происходить в Индии. Начали появляться национальные разработчики в Японии и во Вьетнаме.

Мой стартап назывался Fairwaves — «Справедливые волны». Я проработал там практически десять лет. Сейчас мы занимаемся тем же самым, чем занимались раньше, — создаём оборудование для операторов сотовой связи, только теперь не для США, а для России.

В полной версии подкаста

14:00 Как победить интерференцию 

18:00 Почему мегагерцы стоят денег

27:00 Как наследственность в сотовой связи сделала её уязвимой 

33:10 Что означают все эти G

38:00 Почему, когда говоришь по 4G, интернет виснет 

43:42 Как развернуть свою локальную сеть

51:20 Вышка из бамбуковой палки и государственная монополия на связь. Что Саша делал в Мексике 

58:30 Почему Саша закрыл стартап