UMTS или W-CDMA: что это за связь

Определение и характеристики

Начнем с определения того, что это тип мобильной сети UMTS.
UMTS — это связь третьего поколения (универсальная мобильная телекоммуникационная система), которую часто рассматривают как переход между сетями второго поколения (GSM) и 3G вместе с 4G. Аббревиатура расшифровывается как «Universal Mobile Telecommunications System» — этот стандарт работает на основе радиоинтерфейса WCDMA (3G).

Рассмотрим основные технические характеристики

• Полоса пропускания канала — 5 МГц;
• Частотный спектр 3G UMTS 2100 — от 1885 МГц до 2025 МГц от терминала к станции и от 2110 МГц до 2200 МГц для передачи от станции к мобильному терминалу;
• В некоторых странах используются частоты от 800 до 1900 МГц;
• Средняя скорость передачи информации — 14 Мбит / с.;
• Скорость для мобильных станций технологии R99 — 384 Кбит / с.;
• Передача данных для мобильных станций по технологии HSDPA — 3,6 Мбит / с.

нельзя не говорить о том, что лучше: UMTS или WCDMA. UMTS работает на основе технологии 3G, что означает, что его можно считать более современным стандартом, обеспечивающим высокие скорости соединения и передачи данных.

Мы говорили о том, что это сети GSM и UMTS, и дали точное определение стандарта связи. Кратко обсудим, что собой представляет архитектура построения сети стандартов GSM, UMTS, LTE. Все элементы сети сгруппированы:

• В сеть радиодоступа UTRAN для управления функциями радиосвязи;
• В базовую сеть для коммутации и маршрутизации вызовов.

Особенностью UMTS является отсутствие подробного определения функций внутри элементов сети. Вместо этого определены открытые интерфейсы — мы выделяем основные компоненты.

Интерфейсы

• Cu — электрический интерфейс, соединяющий смарт-карту (идентификация абонента) и ME;
• Uu — радиоинтерфейс WCDMA для доступа к фиксированной части системы;
• Iu — обеспечивает подключение UTRAN к CN;
• Iur — дополняет предыдущий интерфейс и обеспечивает плавное перемещение телефона между разными базовыми станциями;
• Iub — служит для соединения узлов B и RNC и действует как контроллер станции Bose.

Особенности LTE

С появлением каждого нового поколения сотовой связи мы, возможно, заметили много изменений. Для обычного пользователя достаточно увеличения пропускной способности и, в целом, «скорости Интернета», но за этим стоит много других изменений. Технология LTE имеет ряд особенностей:

• Минимальная задержка для передачи данных может составлять всего 2 миллисекунды.
• Совместимость со старыми стандартами сотовой связи. Например, вы можете начать разговор с кем-то, находясь в зоне действия LTE, и продолжить разговор без особых проблем, переключившись на 2G / 3G.
• Совершенно новый радиоинтерфейс с коммутацией пакетов.
• Есть поддержка как TDD, так и FDD (лучшая совместимость с разными типами связи).
• Каждая ячейка 5 МГц может иметь не менее 200 активных клиентов.

Второе поколение — 2G

В 1982 году Европейская конференция почтовых и телекоммуникационных офисов сформировала рабочую группу под названием GSM (французская Groupe Spécial Mobile). Целью группы является изучение и разработка общеевропейской системы наземной мобильной связи для общего пользования.
В 1989 году Европейский институт телекоммуникационных стандартов продолжил изучение и разработку второго поколения мобильной связи. Затем аббревиатура GSM приобрела другое значение — Global System for Mobile Communications).
В 1991 году появились первые коммерческие мобильные сети второго поколения. Основное отличие сетей второго поколения от первого — это цифровой способ передачи данных. Технологии цифровой передачи данных позволили внедрить службу обмена текстовыми сообщениями (SMS), а затем с помощью WAP (Wireless Application Protocol) получить доступ в Интернет с мобильных устройств. Скорость передачи данных в сетях второго поколения не превышала 19,5 кбит / с.
Дальнейший рост пользовательского спроса на мобильный Интернет дал толчок развитию сетей следующего поколения. Поколения, обычно называемые 2.5G и 2.7G, стали промежуточными этапами между сетями 2G и 3G.
Поколение 2.5G было обозначено как технология General Packet Radio Service (GPRS), которая позволила увеличить скорость передачи данных до 172 кбит / с теоретически и до 80 кбит / с в реальности.
Поколение 2.7G было названо технологией EDGE (EGPRS) (Enhanced Data rate for GSM Evolution), которая работает как дополнение к 2G и 2.5G. Скорость передачи данных в таких сетях теоретически может достигать 474 кбит / с, но на практике она редко достигает 150 кбит / с.

История появления

Поговорим немного о том, когда и кем был разработан переходный тип коммуникации: рассмотрим краткую историю его создания.

Стандарт UMTS 900 начал создаваться в 1992 году европейской организацией по стандартизации IMT-2000, позже права на разработку были переданы 3GPP. Первоначальная цель создания — реализация исключительно в странах Европы.

Первый коммерческий запуск сети состоялся в 2001 году в Норвегии, а в 2010 году количество абонентов сети во всем мире достигло 540 миллионов человек.

Напоследок отметим, есть ли в России технология и как она распространяется.

Распространение в России

В этой части статьи мы поговорим о распространении и частотах UMTS в России. Стандарт внедряется на территории Российской Федерации с 2007 года тремя операторами:

• МТС;
• Билайн;
• Мегафон.

В 2008 году сеть начала стабильно работать в нескольких городах страны: «Мегафон» первым сделал это, запустив технологию в Северо-Западном регионе (начиная с Санкт-Петербурга).

Диапазон частот в России от 900 Мегагерц до 1800 Мегагерц.

Обратите внимание, что это LTE / TD / SCDMA / UMTS. — Это один из режимов работы современных смартфонов, который позволяет устройству переходить с одного стандарта на другой в зависимости от местоположения в определенной зоне покрытия. Связывание этого режима работы позволяет всегда оставаться на связи, даже когда вы находитесь в труднодоступных местах с плохим покрытием.

Мы говорили о том, что это такое — UMTS в телефоне, теперь вы можете внимательно изучить представленную информацию и понять особенности и преимущества использования этого типа передачи данных. Прочтите наш обзор и расширьте свои знания о работе телефонов, которые занимают огромное место в жизни современного человека.

Включение режимов «только 2G» или «только 3G» на Android

Современные смартфоны и планшеты работают в разных диапазонах сотовой связи: 2G (GSM), 3G, 4G. Телефон автоматически ищет радиочастоты и переключается на предпочитаемую вами сеть. Казалось бы, все равно все работает нормально и никаких настроек менять не нужно. Для большинства пользователей да. Однако в некоторых ситуациях включение режима только 2G или только 3G может улучшить производительность устройства. Например, если телефон находится за пределами зоны покрытия сети 3G, активация режима «Только 2G» позволит сэкономить заряд аккумулятора, и смартфон не будет сканировать и пытаться подключиться к частотам 3G. Или другой пример: вам нужно подключиться к интернету через 3G, но из-за слабого сигнала устройство автоматически переключается на 2G. В этом случае включение режима «Только 3G» даже при слабом, но стабильном сигнале обеспечит стабильный доступ в Интернет на относительно высокой скорости.

В чем загвоздка?

На некоторых устройствах Android для изменения режима работы сети достаточно открыть настройки,

и включите переключатель.

В моем случае (защищенный китайский смартфон Iman X5 (Android 5.1)) при выборе типа сети 2G телефон работал только в этом диапазоне, но при выборе 3G аппарат работал как в 2G, так и в 3G. На других устройствах Android (наверняка на некоторых смартфонах Samsung) режимы называются «Только 2G (GSM)» и «Только 3G». Вам остается только выбрать нужный режим и наслаждаться работой устройства. Пришлось искать другой способ заставить 3G.

Выбор типа сети через инженерное меню

Несмотря на кажущуюся сложность этого способа, все просто — набираем на телефоне комбинацию * # * # 4636 # * # * (иногда может потребоваться нажать кнопку вызова)

и заходим в инженерное меню.

Выберите пункт «О телефоне», прокрутите до пункта «Настроить предпочтительный тип сети»,

выберите «Только WCDMA» (только 3G) или «Только GSM» (только 2g). По умолчанию это обычно «Предпочтительно WCDMA» (предпочтительнее 3G).

При использовании этого метода стоит обратить внимание на то, что передача данных должна осуществляться с помощью SIM-карты No. 1, иначе режим может не измениться. Обычно этот метод работает, но для меня режим был сброшен на «WCDMA Favorite». Пришлось искать другой путь.

На пути к 4G

Развитие мобильной связи продолжится с технологией LTE (Long Term Evolution). LTE, благодаря плоской архитектуре SAE *, является дальнейшим развитием сетей UMTS и CDMA2000.

LTE использует технологии OFDMA ** и MIMO *** и принцип All IP, а также позволяет масштабировать диапазоны частот (450 МГц — 4,9 ГГц) и работать в широком диапазоне частот (1,5 МГц — 20 МГц). Архитектура LTE уменьшает количество узлов, поддерживает гибкие конфигурации сети и обеспечивает высокую доступность услуг. Кроме того, LTE обеспечит взаимодействие 2G / 3G (GSM, UMTS / HSPA, TD-SCDMA, CDMA2000).

* SAE (System Architecture Evolution) — это плоская архитектура, предназначенная для оптимизации производительности, повышения экономической эффективности и упрощения запуска IP-сервисов для массового рынка.
** Технология OFDMA (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением, в котором используется большое количество близко расположенных ортогональных поднесущих).
*** Технология MIMO (Multiple Input, Multiple Output) — улучшенная невосприимчивость к помехам связи из-за передачи / приема разнесения с использованием нескольких антенн.

Схема * ниже иллюстрирует концепцию технологии LTE как основной платформы интеграции для беспроводных сетей будущего:

Технология LTE позволит операторам снизить капитальные затраты на модернизацию сети и обеспечить рост показателей качества и скорости доступа при невысоких затратах (см. График ниже).

Четвертое поколение — 4G

Технология 3G, которая еще не исчерпала свои возможности, заменяется новыми технологиями, технологиями четвертого поколения (4G), которые в большей степени отвечают потребностям времени. Технологии поколения 4G предъявили совершенно новые требования к качеству сигнала связи и его стабильности.
Плодом совместных исследований Hewlett-Packard и NTT DoCoMo по разработке технологий передачи данных в беспроводных сетях четвертого поколения стали стандарты LTE и WiMax.
• Стандарт WiMAX был разработан в 2001 году форумом WiMAX Forum, в который входят такие производители, как Samsung, Huawei Technologies, Intel и другие известные компании. Концептуально WiMAX является продолжением стандарта беспроводной связи Wi-Fi. Версии стандарта WiMAX делятся на фиксированные, предназначенные для фиксированных абонентов, и мобильные, для абонентов, перемещающихся со скоростью, не превышающей 115 км / ч. Первая коммерческая сеть WiMAX была запущена в Канаде в 2005 году.
• Стандарт LTE (Long-Term Evolution — долгосрочное развитие) по сути является продолжением развития стандартов GSM / UMTS и изначально не принадлежал к четвертому поколению мобильной связи. Сегодня LTE является основным стандартом для сетей четвертого поколения (4G). Впервые представленный вышеупомянутым NTT DoCoMo, крупнейшим японским оператором сотовой связи в мире, LTE в своей десятой версии, LTE Advanced, был выбран Международным союзом электросвязи в качестве стандарта беспроводной связи четвертого поколения. Первое коммерческое внедрение сети LTE было осуществлено в 2009 году в Швеции и Норвегии.
Максимальная теоретическая скорость передачи данных в сетях LTE составляет 326,4 Мбит / с. На практике скорость передачи данных существенно зависит от полосы пропускания, используемой оператором. Самая большая полоса пропускания частотного диапазона сегодня у оператора сотовой связи Мегафон (40 МГц), что является серьезным преимуществом перед другими отечественными операторами сотовой связи, использующими полосу пропускания 10 МГц. Максимальная скорость передачи данных в сети LTE с полосой пропускания 10 МГц составляет 75 Мбит / с Ну а максимальная скорость передачи данных при использовании полосы пропускания 40 МГц может достигать 300 Мбит / с.

Третье поколение — 3G

Работы по созданию технологий третьего поколения начались в 90-х годах, а внедрение состоялось только в начале 2000-х (в России в 2002 году). Стандарты, разработанные в то время, основывались на технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA).
Третье поколение мобильной связи включает 5 стандартов: UMTS / WCDMA, CDMA2000 / IMT-MC, TD-CDMA / TD-SCDMA, DECT и UWC-136. Наиболее распространены стандарты UMTS / WCDMA и CDMA2000 / IMT-MC. В России завоевал популярность стандарт UMTS / WCDMA. Кроме того, мы стремимся сосредоточиться на основных технологиях 3G:

UMTS

UMTS (Универсальная система мобильной связи) — это сотовая технология, разработанная для внедрения 3G в Европе. Используемый частотный диапазон — 2110-2200 МГц (часто ширина канала составляет 5 МГц). Скорость передачи данных в режиме UMTS не превышает 2 Мбит / с (для фиксированного абонента), а при перемещении абонента в зависимости от скорости движения она может упасть до 144 Кбит / с.

HSDPA

HSDPA (высокоскоростной пакетный доступ по нисходящей линии связи) является первым из семейства протоколов сотовой связи HSPA (высокоскоростной пакетный доступ), основанных на технологии UMTS. Этот протокол и его более поздние версии значительно увеличили скорость передачи данных в сетях 3G. В своей первой реализации протокол HSDPA имел максимальную скорость передачи данных 1,2 Мбит / с. Скорость передачи данных в последующей реализации протокола HSDPA составляла уже 3,6 Мбит / с. На данный момент 3G-модемы стали очень популярными, и у большинства пользователей были модемы, поддерживающие этот конкретный стандарт, самые популярные модели — Huawei E1550, ZTE mf180 (такие копии все еще встречаются). В результате дальнейшего развития протокола HSDPA удалось увеличить скорость сначала до 7,2 Мбит / с (самые популярные модемы — Huawei E173, ZTE MF112), а затем до 14,4 Мбит / с. (Huawei E1820, ZTE MF658) Вершиной технологии HSDPA был DC-HSDPA, скорость которого могла достигать 28,8 Мбит / с. DC-HSDPA, по сути, является двухканальным вариантом HSDPA.

HSPA+

HSPA + — это технология, основанная на HSDPA, которая реализует более сложные методы модуляции сигнала (16QAM, 64QAM) и технологию MIMO (Multiple Input Multiple Output). Максимальная скорость 3G может достигать 21 Мбит / с, эта технология уже называется 3.5G.

DC-HSPA+

Технология DC-HSPA + с более быстрым 3G Интернетом со скоростью 42,2 Мбит / с. Фактически, это двухканальный HSPA + с шириной канала 10 МГц. Эту технологию часто называют 3.75G.

Все устройства, поддерживающие режим сети 3G, также поддерживают стандарты предыдущего поколения. Например, устаревший USB-модем Huawei E173 для сетей 2G / 3G поддерживает GSM, GPRS, EDGE (до 236,8 Кбит / с), UMTS (до 384 Кбит / с), HSDPA (до 7,2 Мбит / с), например, стандарт второго и третьего поколения сети. Максимальная скорость, на которой может работать это устройство, составляет 7,2 Мбит / с. Более «продвинутая» модель Huawei E3131 для сетей 2G / 3G поддерживает ряд стандартов, которые, помимо вышеперечисленных, также включают HSPA +. Максимально достижимая скорость загрузки на этом устройстве намного выше и составляет 21 Мбит / с. Но следует отметить, что теоретические и реальные максимальные скорости довольно сильно различаются. Например, на модемах huawei E1550, zte mf180, где максимальная скорость составляет 3,6 Мбит / с, на практике можно достичь скорости 1-2 Мбит / с, на модемах Huawei E173, ZTE MF112 (максимальная скорость 7,2 Мбит / с) на практике 2-3,5 Мбит / с, это при условии хорошей уровень сигнала и низкая загруженность вышки мобильного оператора. Одним из факторов увеличения скорости 3G Интернета является использование модема, поддерживающего максимальную скорость 3G. Мы рекомендуем модем Huawei E3372, он поддерживает не только максимальную скорость интернета 3G (до 42,2 Мбит / с), но и 4G (до 150 Мбит / с). Кто-то может возразить и сказать, что 4G никогда не будет в его «дыре», но не забывайте, что несколько лет назад о 3G даже не мечтали. Технологии не останавливаются!

LTE Cat

Обозначение LTE Cat содержит информацию о категории протокола 4G, поддерживаемой устройством. Категория присваивается на основе максимальных скоростей передачи и приема. Поэтому перед покупкой нового устройства следует обратить внимание на оборудование и поддержку LTE Cat. Различия в скоростях передачи могут сильно различаться в зависимости от марки и модели.

Например, на iPhone 6, поддерживающем LTE Cat 4, скорость передачи составляет до 50 Мбит / с, загрузка не превышает 150 Мбит / с. Смартфоны Samsung A8 рассчитаны на Cat 11. Это означает, что максимально возможная загрузка — 800 Мбит / с, передача данных — 75 Мбит / с.

Если вы встретили модель с поддержкой LTE TD SCDMA UMTS, полезно знать, что это за стандарт. Этот протокол передачи данных был разработан China Mobile и используется этим китайским оператором только с 2021 года, поэтому его поддержка со смартфона не дает преимуществ в других странах.

Технические характеристики одного и того же устройства могут отличаться. Возможности зависят от региона или страны. Чтобы узнать, на что способно устройство, достаточно прочитать инструкцию по эксплуатации или позвонить в службу поддержки производителя.

Рассмотрим существующие категории стандарта LTE в виде таблицы:

LTE Cat	Максимальная скорость загрузки, Мбит / с	Максимальная скорость выгрузки, Мбит / с
	1	1
1	10	5
2	50	25
3	100	50
4	150	50
5	300	75
6 (начиная с LTE Cat6 категории являются суб-LTE-A)	300	50
7	300	100
восемь	3000	1500
девять	450	50
10	450	100
одиннадцать	600	50
12	600	100
13	390	150
14	3900	1500

Поэтому, за редким исключением, чем выше номер категории, тем быстрее на смартфоне будет работать интернет. Немного выделяются только стандарты LTE Cat13, который по скорости занимает промежуточное положение между 7 и 9 категориями, и LTE Cat8, уступающий по скорости только LTE Cat14.

Разница между LTE TDD и LTE FDD

Рассмотрим LTE FDD — что это такое и чем отличается от других обозначений стандарта 4G. Эта аббревиатура — название одного из стандартных видов.

Всего таких разновидностей две:

• LTE в варианте TDD: выходной и входной каналы разделены во времени.
• FDD LTE — частотное разделение исходящего и входящего каналов.

Первый стандарт — последовательный LTE, второй — параллельный. Например, при ширине канала 20 МГц в FDD диапазон частично разделен на разгрузку (5 МГц) и загрузку (15 МГц). Пересечения каналов не происходит, поэтому оба процесса активны одновременно.

В случае TD LTE все наоборот. Один процесс полностью использует 20 МГц, а второй приостанавливается на время первого. Поэтому FDD считается более эффективным. С ним устройство работает стабильнее и намного быстрее. Однако для задач, требующих высокой скорости только для загрузки или только для выгрузки, TDD может быть более эффективным, чем FDD.

Основные тренды в сетях 3G:

• преобладание трафика карт данных (USB-модемы и карты PCMCIA для ноутбуков) над трафиком с телефонов и смартфонов 3G;
• постоянное снижение стоимости 1 Мб трафика за счет перехода операторов на более современные и эффективные технологии.

На графике ниже представлены данные об основных тенденциях развития сетей 3G в мире*:

* Источник: Analysys Mason, 2008–2015 гг. Трафик беспроводной сети: прогнозы и анализ A-focus, анализ сценариев — запросы на будущую емкость спектра, 2008 г

Развитие технологий 3G

Разработка CDMA2000 началась с внедрения технологии CDMA2000 1x с полосой частот (канал или поднесущая) 1,25 МГц. * Улучшенная версия — 1xEV-DO Rel.0, затем 1xEV-DO Rev.A, в настоящее время является базовой технологией для CDMA2000 сетей и позволяет перейти к сетям «четвертого поколения» (4G).

Для обновления UMTS используется «надстройка» HSPA (объединяет технологии HSDPA и HSUPA) **. Дальнейший этап развития сетей UMTS связан с внедрением HSPA +, которая представляет собой технологию перехода к сетям 4G.

* В результате частотный диапазон используется более эффективно, чем UMTS (5 МГц).
** Технология HSDPA (высокоскоростной пакетный доступ по нисходящей линии связи) увеличивает скорость передачи данных в сетях UMTS по нисходящей линии связи (DL). Для увеличения скорости передачи данных от абонента к базовой станции по восходящей линии связи (Up Link (UL)) была разработана технология HSUPA (High Speed ​​Uplink Packet Access).

Сравнительная таблица технологий 3G/4G

Технология	Год появления на рынке	Скорость передачи данных по нисходящему каналу (DL)	Скорость передачи данных восходящего канала (UL)
3G / UMTS / WCDMA (полоса пропускания 5 МГц)	2001 год	384 кбит / с	384 кбит / с
UMTS / HSDPA	2005 г	7,2 Мбит / с	384 кбит / с
UMTS / HSUPA	2007 год	7,2 Мбит / с	5,8 Мбит / с
UMTS / HSPA+	2009 г.	42 Мбит / с	11,5 Мбит / с
3G / CDMA 2000 1x (полоса пропускания 1,25 МГц)	2000 лет	153 кбит / с	153 кбит / с
CDMA 1xEV-DO, версия 0	2002 г	2,4 Мбит / с	153 кбит / с
CDMA 1xEV-DO Ред. A	2006 г	3,1 Мбит / с	1,8 Мбит / с
4G / LTE / SAE (версия 8.9) (полоса до 20 МГц)	2011 г.	173 Мбит / с	58 Мбит / с
4G / LTE-Advanced (версия 10)	> 2011-2012 гг	1 Гбит / с	100 Мбит / с

Частоты

Оба типа сетей работают на разных частотах в зависимости от местоположения. В некоторых странах используется несколько диапазонов (Bands). Также следует учитывать, что не все устройства поддерживают все существующие диапазоны.

Нумерация FDD — 1-31. Диапазон TDD составляет от 33 до 44. Давайте рассмотрим, что такое кривая 20. Это диапазон, используемый в Европе и России. Кривые 3, 7 и 38 также часто подходят для этих позиций.

Например, Мегафон сразу работает на следующих частотных диапазонах:

• 3;
• 7;
• ветры;
• 38.

При этом следует учитывать, что есть региональные операторы LTE и некоторые из них используют совершенно другие диапазоны.

Скорость LTE

Преимущество этого стандарта — архитектура безопасности LTE. Большинство пользователей интересуются скоростью передачи данных. Некоторые люди используют свои смартфоны в качестве модема, поэтому покрытие и скорость передачи информации являются наиболее важными.

Скорость будет зависеть от пропускной способности провайдера и разнообразия поддерживаемых сетевых дуплексов.

Таким образом, показатели на разных диапазонах могут существенно отличаться:

• 5 МГц — 12 Мбит / с — передача, 37 Мбит / с — прием;
• 10 МГц — 25 Мбит / с — передача, 75 Мбит / с — прием;
• 15 МГц — 37 Мбит / с — передача, 112 Мбит / с — прием;
• 20 МГц — 50 Мбит / с — передача, 150 Мбит / с — прием.

LTE-Advanced поддерживает агрегирование, что позволяет добавлять диапазоны в разных диапазонах. Благодаря такому эффекту скорость значительно увеличивается.

например, вы можете добавить из другого диапазона диапазоны от 10 МГц до 20 МГц. В результате будет получена скорость 225 Мбит / с (полоса пропускания 30 МГц). Агрегация в некоторых странах позволяет объединять 4 полосы одновременно. Благодаря этому вы можете получить скорость 600 Мбит / с и даже больше.