I continue to tell my impressions and present the main points of the "Wireless Communications for Everybody" (https://www.coursera.org/learn/wireless-communications/home/info) course. After the introduction into the cellular systems and the history of their origin, today is the turn of generations that have replaced them.
Продолжаю рассказывать свои впечатления и излагать основные моменты курса “беспроводная связь для всех” ([Wireless Communications for Everybody](https://www.coursera.org/learn/wireless-communications/home/info)). После введения в сотовые системы и истории их зарождения, сегодня очередь за сменившими их поколениями.
#### Сотовая связь поколения 2G
Перечисленные в предыдущем материале недостатки систем сотовой связи первого поколения (дороговизна, большие габариты, аналоговый сигнал с помехами) обусловили создание поколения номер два, или 2G. Его внедрение пришлось на середину 1990-х годов.
Ключевым моментом стало то, что аналоговый сигнал был заменён на цифровой (с огромным выигрышем в качестве передачи информации). После ввода этой технологии, произошёл коренной прорыв и количество абонентов увеличилось с 20 до 700 миллионов. Среди них львиную часть, 71 процент, занимали пользователи стандарта GSM, ещё 12 процентов пришлось на CDMA.
Еще одним плюсом сетей нового поколения стало то, что пользователи разных систем могли общаться с друг другом (в отличие от обособленных систем 1G).
Помимо введения цифрового сигнала, новацией стало усовершенствование множественного доступа.
2G системы использовали два вида фазовой модуляции (кодирования сигнала):
* BPSK - двоичная фазовая манипуляция , при которой происходит смещении фазы несущего колебания на одно из двух значений - ноль и 180°.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/41/BPSK_Gray_Coded.svg/623px-BPSK_Gray_Coded.svg.png
* В квадратурной манипуляции QPSK на символ приходится два бита, что обеспечивает в два раза большую скорость передачи информации.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8f/QPSK_Gray_Coded.svg/618px-QPSK_Gray_Coded.svg.png
Такие методы передачи данных не были изобретены специально для 2G, они использовались и ранее для спутниковой и военной связи, но их применение для сотовых сетей обеспечило отличный результат.
Как мы помним из предыдущей части, первые системы использовали множественный доступ FDMA, в новых сетях стали внедряться новые типы: TDMA и CDMA.
В TDMA (Time Division Multiple Access) для разговора нескольких абонентов используется одна и та же частота, но каждому соединению выделяется отдельный тайм-слот. Так как скорость передачи позволяет пропустить информации больше, чем требуется для трансляции обычного аудио-разговора, каждый из отдельных разговоров передаётся в свой временной промежуток (тайм-слот), затем идёт следующий разговор и так далее. Этот цикл повторяется много раз за секунду, и каждое из телефонных соединений вычленяет последовательно информацию из "своих" тайм-слотов, соединяя их в непрерывную последовательность и получая отдельный целый разговор.
В системах CDMA (Code Division Multiple Access) используется также один диапазон частот и не отдельный тайм-слот, а всё время передачи. Отдельные соединения зашифровываются/вычленяются из общего сигнала с помощью специального алгоритма модуляции/демодуляции.
Благодаря возможности передачи цифрового сигнала, в системах 2G помимо передачи звука стали использоваться короткие символьные сообщения (SMS).
В 2G скорость передачи данных увеличилась до 264 килобит в секунду. Показатель "бит в секунду" определяет количество передаваемых единиц информации (бит - может принять значение 0 или 1) за одну секунду. Это было лучше, чем раньше, но этого явно не хватало для комфортного нахождения в сети и передачи данных. Например содержимое компакт диска при такой скорости передавалось несколько часов. Веб-сёрфинг, передача и просмотр видео при таких скоростях был невозможен. Это обусловило создание сетей следующих поколений.
### Поколение 3G
Итак, в начале 2000-ых сотовая связь получила своё развитие в системах 3G.
Если предыдущие сети были нацелены главным образом на коммутацию голосовых телефонных звонков, то теперь главное внимание уделялось передаче данных.
Международная организация по телекоммуникациям выпустила для сетей 3G две спецификации ( они назывались IMT-2000).Согласно ним были внедрены две системы - WCDMA (Wideband CDMA), широкополосный множественный доступ с кодовым разделением и CDMA2000. Обе они основываются на механизме CDMA - то есть все абоненты используют одну частоту в течение всего времени.
Можно это изобразить в ретроспективе:
По существу, в 3G сетях не было никаких новых прорывных технологий и изобретений. С помощью усовершенствования модуляции/демодуляции увеличивалась скорость передачи информации.
Вместо BPSK и QPSK использовалось более продвинутое кодирование 16QAM:
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/90/QAM16_Demonstration.gif
Только за счёт этого скорость была повышена в 2 раза. Всего же за счёт новшеств скорость была повышена до 10 мегабит в секунду.
Это позволило использовать новые возможности гаджетов - видеозвонки, просмотр видео-контента из Сети и вообще комфортный сёрфинг в Интернете. Итак, по сравнению с 2G, количество абонентов увеличилось до двух миллиардов, эволюционно выросла скорость передачи данных без качественного изменения технологий.
Но чем дальше, тем больше возможностей предоставляли пользователям современные гаджеты. Мультимедийный контент высокого качества требовал уже скоростей в 100 мегабит в секунду, теперь вместо телефона у людей по сути небольшой карманный компьютер. И это послужило причиной появления сетей следующего поколения, которые рассмотрим в следующем материале (4G LTE).
___________
Курс мне по-прежнему нравится, чётко изложены основные моменты, прорывные технологии и отличия сете одного поколения от другого. Раньше я вообще не знал, что такое 3G, какой тип доступа в разных сетях и за счёт чего проходило изменение основных характеристик передачи данных. Сейчас с помощью курса корейских преподавателей у меня начинает складываться полная картина. Сначала я переживал, смогу ли я учиться с помощью курса на английском языке, однако всё написано довольно просто - 90 процентов материала я перевожу не пользуясь ничем, но для аббревиатур и нескольких специфических слов нужно было воспользоваться помощью Интернета. Я уже предвкушаю следующие части, надеюсь они будут так же интересны (по крайней мере мне :)).
_____________________
Конспект подготовлен для Академии Голоса @academy on golos.io
____