Porovnání standardů mobilních telefonů - Comparison of mobile phone standards

Toto je srovnání standardů mobilní telefony. Nový generace buněčných standardů se od té doby objevuje přibližně každý desátý rok 1G systémy byly zavedeny v roce 1979 a počátkem až polovinou 80. let.

Problémy

Globální systém pro mobilní komunikaci (GSM, přibližně 80–85% podíl na trhu) a IS-95 (přibližně 10–15% podíl na trhu) byly v roce 2007 dvě nejběžnější 2G mobilní komunikační technologie.[1] Ve 3G byla nejrozšířenější technologie UMTS s CDMA-2000 v těsném sporu.

Všechny technologie rádiového přístupu musí řešit stejné problémy: rozdělit konečné RF spektrum mezi více uživateli co nejefektivněji. Použití GSM TDMA a FDMA pro oddělení uživatelů a buněk. Použití UMTS, IS-95 a CDMA-2000 CDMA. WiMAX a LTE použití OFDM.

  • Časový dělený vícenásobný přístup (TDMA) poskytuje víceuživatelský přístup rozdělením kanálu do sekvenčních časových řezů. Každý uživatel kanálu se střídá a vysílá a přijímá signály. Ve skutečnosti ve skutečnosti kanál používá pouze jedna osoba v určitém okamžiku. To je analogické k sdílení času na velkém počítačovém serveru.
  • Vícenásobný přístup s frekvenčním dělením (FDMA) poskytuje víceuživatelský přístup oddělením použitých frekvencí. To se používá v GSM k oddělení buněk, které pak používají TDMA k oddělení uživatelů v buňce.
  • Vícenásobný přístup s dělením kódu (CDMA) Toto používá a digitální modulace volala rozprostřené spektrum který šíří hlasová data po velmi širokém kanálu v pseudonáhodné způsobem pomocí pseudonáhodného kódu specifického pro uživatele nebo buňku. Přijímač zruší randomizaci, aby shromáždil bity dohromady a vytvořil původní data. Protože jsou kódy pseudonáhodné a vybírají se tak, aby si navzájem způsobovaly minimální rušení, může více uživatelů hovořit současně a více buněk může sdílet stejnou frekvenci. To způsobí další šum signálu, který nutí všechny uživatele používat více energie, což výměnou snižuje dosah buněk a životnost baterie.
  • Vícenásobný přístup s ortogonálním kmitočtovým dělením (OFDMA) používá k zajištění oddělení uživatelů sdružování několika malých frekvenčních pásem, která jsou navzájem kolmá. Uživatelé jsou multiplexováni ve frekvenční doméně přidělením konkrétních dílčích pásem jednotlivým uživatelům. To je často vylepšeno také prováděním TDMA a periodickou změnou alokace, aby různí uživatelé získali různá dílčí pásma v různých časech.

Teoreticky mají CDMA, TDMA a FDMA přesně stejnou spektrální účinnost, ale prakticky každý z nich má své vlastní výzvy - řízení výkonu v případě CDMA, časování v případě TDMA a generování / filtrování frekvence v případě FDMA.

Jako klasický příklad pro pochopení zásadního rozdílu mezi TDMA a CDMA si představte koktejlovou párty, kde si páry spolu povídají v jedné místnosti. Místnost představuje dostupnou šířku pásma:

TDMA: Řečník se střídá při rozhovoru s posluchačem. Řečník krátce hovoří a poté se zastaví, aby nechal mluvit další pár. V místnosti nikdy nemluví více než jeden řečník, nikdo se nemusí bát, že se dva rozhovory promíchají. Nevýhodou je, že omezuje praktický počet diskusí v místnosti (s ohledem na šířku pásma).
CDMA: kterýkoli reproduktor může mluvit kdykoli; každý však používá jiný jazyk. Každý posluchač rozumí pouze jazyku svého partnera. Jak více a více párů mluví, hluk pozadí (představující hlasité patro) je hlasitější, ale kvůli rozdílům v jazycích se konverzace nemíchají. Nevýhodou je, že v určitém okamžiku člověk nemůže mluvit hlasitěji. Po tomto, pokud hluk stále stoupá (více lidí se připojí k večírku / buňce), posluchač nemůže zjistit, o čem mluví, aniž by se přiblížil k řečníkovi. Ve skutečnosti se pokrytí buněk CDMA snižuje s rostoucím počtem aktivních uživatelů. Tomu se říká dýchání buněk.

Srovnávací tabulka

VlastnostiNMTGSMIS-95 (CDMA jedna)IS-2000 (CDMA 2000)UMTS (3GSM)LTE5G NR
TechnologieFDMATDMA a FDMACDMACDMAW-CDMAOFDMAOFDMA
Generace1G2G2G3G3G4G5G
KódováníAnalogovýDigitálníDigitálníDigitálníDigitálníDigitálníDigitální
Rok prvního použití1981199119952000 / 2002200120092018
RoamingSeverské země a několik dalších evropských zemíCelosvětově všechny země kromě Japonska a Jižní KorejeOmezenýOmezenýCelosvětověOmezenýOmezený
Interoperabilita sluchátekŽádnýSIM kartaŽádnýRUIM (zřídka používané)SIM kartaSIM kartaSIM karta
Společné rušeníŽádnýNěkterá elektronika, např. zesilovačeŽádnýŽádnýŽádnýŽádnýŽádný
Kvalita signálu / oblast pokrytíDobré pokrytí díky nízkým frekvencímDobré pokrytí v interiéru na 850/900 MHz. Možné opakovače. 35 km tvrdý limit.Neomezená velikost článku, nízký výkon vysílače umožňuje velké článkyNeomezená velikost článku, nízký výkon vysílače umožňuje velké článkyMenší buňky a nižší vnitřní pokrytí na 2100 MHz; ekvivalentní pokrytí v interiéru a lepší dosah než GSM na 850/900 MHz.Menší buňky a nižší pokrytí na S band.Husté buňky zapnuté milimetrové vlny.
Využití frekvence / hustota voláníVelmi nízká hustota0,2 MHz = 8 timeslots. Každý časový slot může prostřednictvím prokládání pojmout až 2 hovory (4 hovory s VAMOS).Nižší než CDMA-2000?1,228 MHz = 3Mbit / s5 MHz = 2 Mbit / s. 42 Mbit / s pro HSPA +. Každý hovor používá 1,8-12 kbit / s v závislosti na zvolené kvalitě a zvukové složitosti.20 MHz400 MHz
Ruce pryčTvrdýTvrdýMěkkýMěkkýMěkkýTvrdýTvrdý
Hlas a data současněNeAno GPRS Třída ANeNe EVDO / Ano SVDO[2]Ano[3]Ne (pouze údaje)
Hlas je možný prostřednictvím VoLTE nebo záložní na 2G / 3G		Ne (pouze údaje)

Hlas je možný prostřednictvím VoLTE.

Revize a síťová kompatibilita
Standardní nebo revizeSíťová kompatibilita
GSM (1991), GPRS (2000), OKRAJ (2003)GSM (2G, TDMA )
cdmaOne (1995)cdmaOne (2G, CDMA )
EV-DO (1999), rev. A (2006), rev. B (2006), SVDO (2011)CDMA2000 (3G, CDMA /TDMA )
UMTS (1999), HSDPA (2005), HSUPA (2007), HSPA + (2009)UMTS (3G, CDMA )
LTE (2009, 3G ), LTE Advanced (2011, 4G )4G
5G NR (2018, 5G )5G

Silné a slabé stránky IS-95 a GSM[4]

Výhody GSM

Nevýhody GSM

  • Zasahuje do některé elektroniky, zejména některých zvukových zesilovačů.
  • Duševní vlastnictví se soustřeďuje mezi několik účastníků odvětví, vytváří překážky vstupu pro nové účastníky a omezuje konkurenci mezi výrobci telefonů. Situace je však horší v systémech založených na CDMA, jako je IS-95, kde je Qualcomm hlavním držitelem IP.[Citace je zapotřebí ]
  • GSM má pevný maximální dosah stanoviště buněk 120 km,[5] který je uložen technická omezení.[6] To se rozšiřuje ze staré hranice 35 km.

Výhody IS-95

  • Kapacita je největším aktivem IS-95; pojme více uživatelů na MHz z šířka pásma než jakákoli jiná technologie.
  • Nemá žádné integrované omezení počtu souběžných uživatelů.
  • Používá přesné hodiny, které neomezují vzdálenost, kterou může věž pokrýt.[7]
  • Spotřebovává méně energie a pokrývá velké plochy, takže velikost buněk v IS-95 je větší.
  • Je schopen uskutečnit rozumný hovor s nižší úrovní signálu (příjem mobilního telefonu).
  • Použití měkké předání, což snižuje pravděpodobnost přerušených hovorů.
  • Kodéry hlasu s proměnlivou rychlostí IS-95 snižují přenosovou rychlost, když mluvčí nemluví, což umožňuje efektivnější zabalení kanálu.
  • Má dobře definovanou cestu k vyšším rychlostem přenosu dat.

Nevýhody IS-95

  • Většina technologií je patentována a musí být licencována Qualcomm.
  • Dýchání základnových stanic, kde se oblast pokrytí při zatížení zmenšuje. Jak počet předplatitelů využívajících konkrétní web stoupá, rozsah tohoto webu klesá.
  • Protože věže IS-95 se vzájemně ovlivňují, jsou obvykle instalovány na mnohem kratších věžích. Z tohoto důvodu nemusí IS-95 fungovat dobře v kopcovitém terénu.
  • USSD, PTT, zřetězené / E-sms nejsou podporovány IS-95 / CDMA
  • IS-95 pokrývá menší část světa a telefony IS-95 se obecně nemohou pohybovat na mezinárodní úrovni.
  • Výrobci často váhají s vydáním zařízení IS-95 kvůli menšímu trhu, takže funkce na zařízení IS-95 někdy přicházejí pozdě.
  • Dokonce blokování dotační zámky, Telefony CDMA jsou propojeny pomocí ESN do konkrétní sítě, takže telefony obvykle nejsou přenosné mezi poskytovateli.

Vývoj tržního podílu mobilních standardů

Tato grafika porovnává tržní podíly různých mobilních standardů.

Předplatitelé mobilních telefonů podle technologie (levá osa Y) a celkový počet předplatitelů globálně (pravá osa Y)

Na rychle rostoucím trhu roste GSM / 3GSM (červená) rychleji než trh a získává podíl na trhu, rodina CDMA (modrá) roste přibližně stejným tempem jako trh, zatímco ostatní technologie (šedá) jsou postupně vyřazovány

Porovnání standardů bezdrátového internetu

Jako reference následuje srovnání standardů mobilního a nemobilního bezdrátového internetu.

Porovnání metod přístupu k mobilnímu internetu
Běžný
název		RodinaPrimární použitíRadio TechPo proudu
(Mbit / s)		Proti proudu
(Mbit / s)		Poznámky
HSPA +3GPPMobilní internetCDMA /TDMA /FDD
MIMO		21
42
84
672		5.8
11.5
22
168		HSPA + je široce nasazen. Revize 11 3GPP to uvádí HSPA + se očekává, že bude mít propustnou kapacitu 672 Mbit / s.
LTE3GPPMobilní internetOFDMA /TDMA /MIMO /SC-FDMA /pro LTE-FDD /pro LTE-TDD100 Cat3
150 Cat4
300 Cat5
(v 20 MHz FDD) [8]
50 Cat3 / 4
75 Cat5
(v 20 MHz FDD)[8]		LTE-Advanced Očekává se, že aktualizace nabídne špičkové rychlosti až 1 Gbit / s pevné rychlosti a 100 Mb / s mobilním uživatelům.
WiMax rel 1802.16WirelessMANMIMO -SOFDMA37 (10 MHz TDD)17 (10 MHz TDD)S 2x2 MIMO.[9]
WiMax rel 1.5802.16-2009WirelessMANMIMO -SOFDMA83 (20 MHz TDD)
141 (2x20 MHz FDD)		46 (20 MHz TDD)
138 (2x20 MHz FDD)		S 2x2 MIMO. Vylepšeno o 20 MHz kanály v 802.16-2009[9]
WiMAX rel 2.0802,16 mWirelessMANMIMO -SOFDMA2x2 MIMO
110 (20 MHz TDD)
183 (2x20 MHz FDD)
4x4 MIMO
219 (20 MHz TDD)
365 (2x20 MHz FDD)		2x2 MIMO
70 (20 MHz TDD)
188 (2x20 MHz FDD)
4x4 MIMO
140 (20 MHz TDD)
376 (2x20 MHz FDD)		Uživatelé s nízkou mobilitou také mohou agregovat více kanálů a získat propustnost stahování až 1 Gbit / s[9]
Flash-OFDMFlash-OFDMMobilní internet
mobilita do 200 km / h (350 km / h)		Flash-OFDM5.3
10.6
15.9		1.8
3.6
5.4		Mobilní dosah 30 km (18 mil)
Rozšířený dosah 55 km (34 mil)
HIPERMANHIPERMANMobilní internetOFDM56.9
Wi-Fi802.11
(11n )		Bezdrátové připojení k internetuOFDM /CSMA /MIMO /Half Duplex288,8 (při použití konfigurace 4x4 v šířce pásma 20 MHz) nebo 600 (při použití konfigurace 4x4 v šířce pásma 40 MHz)

Anténa, RF přední část vylepšení a drobné vylepšení časovače protokolu pomohly nasadit dlouhý dosah P2P sítě ohrožující radiální pokrytí, propustnost a / nebo účinnost spektra (310 km & 382 km )

iBurst802.20Mobilní internetHC-SDMA /TDD /MIMO9536Poloměr buňky: 3–12 km
Rychlost: 250 km / h
Spektrální účinnost: 13 bitů / s / Hz / buňka
Faktor opětovného použití spektra: „1“
EDGE EvolutionGSMMobilní internetTDMA /FDD1.60.53GPP Vydání 7
UMTS W-CDMA
HSPA (HSDPA +HSUPA )		UMTS / 3GSMMobilní internetCDMA /FDD

CDMA / FDD /MIMO		0.384
14.4		0.384
5.76		HSDPA je široce nasazen. Typické rychlosti downlinku dnes 2 Mbit / s, ~ 200 kbit / s uplink; HSPA + downlink až 56 Mbit / s.
UMTS-TDDUMTS / 3GSMMobilní internetCDMA /TDD16Hlášené rychlosti podle IPWireless pomocí 16QAM modulace podobné HSDPA +HSUPA
EV-DO Rel. 0
EV-DO Rev.A
EV-DO Rev.B		CDMA2000Mobilní internetCDMA /FDD2.45
3.1
4,9xN		0.15
1.8
1,8xN		Poznámka B: N je počet použitých nosných frekvencí 1,25 MHz. EV-DO není navržen pro hlas a při uskutečnění nebo přijetí hlasového hovoru vyžaduje přepnutí na 1xRTT.

Poznámky: Všechny rychlosti jsou teoretická maxima a budou se lišit podle řady faktorů, včetně použití externích antén, vzdálenosti od věže a rychlosti na zemi (např. Komunikace ve vlaku může být horší než při stojícím vozidle). Obvykle je šířka pásma sdílena mezi několika terminály. Výkon každé technologie je dán řadou omezení, včetně spektrální účinnost technologie, použitých velikostí buněk a množství dostupného spektra. Další informace viz Porovnání standardů bezdrátových dat.

Další srovnávací tabulky viz trendy vývoje přenosové rychlosti, srovnání standardů mobilních telefonů, srovnávací tabulka spektrální účinnosti a Srovnávací tabulka systému OFDM.

Viz také

Reference

  1. ^ „Statistiky předplatitelů končí 1. čtvrtletí 2007“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) dne 27. září 2007. Citováno 2007-09-22.
  2. ^ „CDMA Development Group ohlašuje„ SVDO “: zpracovává hovory a data současně“. Wpcentral.com. 18. srpna 2009. Citováno 30. července 2018.
  3. ^ „Největší a nejspolehlivější síť národa - AT&T“. Wireless.att.com. Archivovány od originál dne 15. srpna 2018. Citováno 30. července 2018.
  4. ^ „IS-95 (CDMA) a GSM (TDMA)“. Archivovány od originál dne 26. února 2011. Citováno 3. února 2011.
  5. ^ „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 23. ledna 2011. Citováno 18. ledna 2011.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  6. ^ „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 9. května 2006. Citováno 2006-06-14.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  7. ^ „Často kladené dotazy ohledně PCS“. Archivovány od originál dne 9. května 2006.
  8. ^ A b „LTE“. Web 3GPP. 2009. Citováno 20. srpna 2011.
  9. ^ A b C „WiMAX a standard IEEE 802.16m Air Interface Standard“ (PDF). Fórum WiMax. 4. dubna 2010. Citováno 7. února 2012.