Стандарты связи и скорость интернета
Все неоднократно раз слышали про сети второго, третьего и четвертого поколения мобильной связи. Некоторые, возможно, уже читали и про сети будущего — пятого поколения. Но вопросы — что означает G, E, 3G, H, 3G+, 4G или LTE на экране смартфона и что среди этого быстрее до сих пор волнуют многих людей. Ответим на них.
Данные значки означают тип подключения вашего смартфона, планшета или модема к мобильной сети.
1. G (GPRS — General Packet Radio Services): самый медленный и давно устаревший вариант подключения пакетной передачи данных. Первый стандарт мобильного интернета, выполненный путем надстройки над GSM (после CSD-соединения до 9,6 кбит/с). Максимальная скорость GPRS-канала — 171,2 кбит/с. При этом реальная, как правило, на порядок ниже и интернет здесь не всегда работоспособен в принципе.
2. E (EDGE или EGPRS — Enhanced Data rates for GSM Evolution): более быстрая надстройка над 2G и 2,5G. Технология цифровой передачи данных. Скорость EDGE выше GPRS примерно в 3 раза: до 474,6 кбит/с. Однако она также относится ко второму поколению беспроводной связи и уже устарела. Реальная скорость EDGE обычно держится в районе 150-200 кбит/с и напрямую зависит от местонахождения абонента — то есть загруженности базовой станции в конкретном районе.
3. 3G (Third Generation — третье поколение). Здесь по сети возможна не только передача данных, но и «голоса». Качество передачи речи в сетях 3G (если оба собеседника находятся в радиусе их действия) может быть на порядок выше, чем в 2G (GSM). Скорость интернета в 3G также значительно более высокая, а его качество, как правило, уже вполне достаточное для комфортной работы на мобильных устройствах и даже стационарных компьютерах через USB-модемы. При этом на скорость передачи данных может влиять ваше текущее положение, в т.ч. находитесь ли вы на одном месте или движетесь в транспорте:
- Находитесь без движения: обычно до 2 Мбит/с
- Движетесь со скоростью до 3 км/ч: до 384 кбит/с
- Движетесь со скорость до 120 км/ч: до 144 кбит/с.
4. 3,5G, 3G+, H, H+ (HSPDA — High-Speed Downlink Packet Access): следующая надстройка высокоскоростной пакетной передачи данных — уже над 3G. В данном случае скорость передачи данных вплотную приближается к 4G и в режиме H она составляет до 42 Мбит/с. В реальной жизни мобильный интернет в таком режиме в среднем работает у мобильных операторов на скоростях 3-12 Мбит/с (иногда выше). Для не разбирающихся: это весьма быстро и вполне достаточно, чтобы при стабильном соединении смотреть онлайн-видео в не слишком высоком качестве (разрешении) или качать тяжелые файлы.
Также в 3G появилась функция видеозвонка:
5. 4G, LTE (Long-Term Evolution — долговременное развитие, четвертое поколение мобильного интернета). Данная технология используется только для передачи данных (не для «голоса»). Максимальная download-скорость здесь — до 326 Мбит/с, upload — 172,8 Мбит/с. Реальные значения опять же на порядок ниже заявленных, но все равно они составляют десятки мегабит в секунду (на практике часто сопоставимо с режимом H; в условиях загруженности Москвы обычно 10-50 Мбит/с). При этом более быстрый PING и сама технология делают 4G наиболее предпочтительным стандартом для мобильного интернета в модемах. Смартфоны и планшеты в сетях 4G (LTE) держат заряд батареи дольше, нежели в 3G.
6. LTE-A (LTE Advanced — модернизация LTE). Пиковая скорость передачи данных здесь — до 1 Гбит/с. В реальности интернет способен работать на скоростях до 300 Мбит/с (в 5 раз быстрее обычного LTE).
7. VoLTE (Voice over LTE — голос по LTE, как дополнительное развитие технологии): технология передачи голосовых вызовов по сетям LTE на базе IP Multimedia Subsystem (IMS). Скорость соединения — до 5 раз быстрее по сравнению с 2G/3G, а качество самого разговора и передачи речи — еще выше и чище.
8. 5G (пятое поколение сотовой связи на базе IMT-2020). Стандарт будущего, пока находится на стадии разработки и тестирования. Скорость передачи данных в коммерческом варианте сетей обещается выше LTE до 30 раз: максимально передача данных сможет осуществляться до 10 Гбит/с.
Разумеется, воспользоваться любой из вышеперечисленных технологий вы сможете в случае ее поддержки вашим оборудованием. Также ее работа зависит от возможностей самого мобильного оператора в конкретной точке местонахождения абонента и его тарифного плана.
Что такое GPRS и как это работает?
GPRS это одна из технологий передачи данных по мобильной GSM связи.
GPRS (General Packet Radio Service) – это способ передачи данных по сетям сотовой связи, который позволяет достигать скорости до 171,2 Кбит/с.
GSM это общее название для сотовой связи. Существует несколько технологий, обеспечивающих передачу данных. Эти технологии разрабатывались последовательно и с каждой итерацией скорость передачи данных увеличивалась.
Технологии передачи данных по GSM связи:
- Технология CSD (9,6 Кбит/с) – передача любого объема данных через телефонную линию;
- Технология HCSD (57,6 Кбит/с) – передача любого объема данных через телефонную линию с большей скоростью, чем CSD;
- Технология GPRS (171,2 Кбит/с) – пакетная передача данных любого объема;
- Технология EDGE (384 Кбит/с) – пакетная передача данных любого объема с большей скоростью, чем GPRS.
Со скоростью 171,2 Кбит/с можно передать стандартную фотографию размером 100 Кбайт за 5 секунд. Однако это лишь теоретические расчеты. На практике скорость передачи данных ниже. Для того, чтобы пользователю пошерстить интернет без торможений, GPRS технологии будет мало: ее хватит для загрузки простеньких интернет-страниц и загрузки файлов размером до 1 МБ.
Рис. 1 — технологии GSM связи
Подробнее о GSM связи и всех ее технологиях читайте в статье «Просто о мобильной GSM связи».
Общий принцип работы GSM
Рассмотрим упрощенную структуру сотовой GSM связи, которая поможет разобраться, как это работает.
Подключение мобильного телефона к интернету выглядит следующим образом:
- телефон территориально располагается в определенной соте,
- телефон передает данные по GSM сети на базовую станцию той зоны, где он находится,
- базовая станция передает данные на контроллер базовых станций,
- контроллер базовых станций передает данные в центр коммутации мобильной связи, который и устанавливает соединение с Интернетом или обслуживает голосовой вызов.
Рис. 2 — схема взаимодействия базовых станций и контроллера
Базовая станция представляет собой совокупность приемо-передатчиков и антенн для обеспечения покрытия сотовой связи в определенной соте. Базовая станция принимает сигнал от мобильного телефона и передает его на контроллер базовых станций.
Базовая станция могла бы быть подключена напрямую к центру коммутации, но из-за большого количества абонентов линии связи были бы перегружены. Чтобы распределить нагрузку используется контроллер базовых станций.
Контроллер базовых станций это такая система, которая предотвращает перегруз сети. Контроллер базовых станций перераспределяет нагрузку абонентов между несколькими базовыми станциями, чтобы любой абонент в любое время смог отправить свои данные. Контроллер, это промежуточный этап между базовой станцией и «мозгом» – центром коммутации. Без контроллера данные тоже будут передаваться, но с тем количеством абонентов, которое есть сейчас он просто необходим.
Контроллеры базовых станций есть для сетей 2G и 3G, а вот для сетей 4G их нет.
Центр коммутации мобильной связи, это «мозг» всей сотовой системы. Он устанавливает соединение для голосового вызова или для выхода в Интернет. Отвечает за предоставление выбранных абонентом услуг, обслуживает вызов: регулирует качество связи во время разговора, осуществляет шифрование данных, переподключает абонента, при перемещении телефона в другую соту.
Как работает GPRS
Принцип работы сети GPRS кроется в его названии, аббревиатура GPRS переводится как «пакетная радиосвязь общего пользования». Передача данных здесь осуществляется пакетами.
Как сеть GSM передает данные, поясню на таком примере, допустим, я хочу отправить другу несколько фотографий с отпуска через Интернет. Я сделал три снимка, зашел в чат с другом, выбрал фото и нажал «отправить». Что происходит в этот момент?
- Мой телефон формирует из фотографий определенный пакет данных. Каждая фотография представляют собой набор данных, нулей и единиц. Такой набор нулей и единиц складывается мобильным телефоном в определенный пакет данных. Представим, что каждая фотография, это отдельный пакет данных, соответственно нам нужно отправить три пакета.
Рис. 3 — пакеты данных - Центр коммутации устанавливает несколько голосовых каналов между моим мобильным и ближайшей ко мне базовой станцией, а также между базовой станцией рядом с другом и его мобильным.
Рис. 4 — центр коммутации - Мобильный отправляет один пакет данных по одному свободному голосовому каналу на базовую станцию. Базовая станция представляет собой набор приемо-передатчиков, она как антенна просто ловит данные и передает их на контроллер базовых станций.
Рис. 5 — отправка пакетов данных - Когда отправленный пакет данных достигает получателя, канал связи освобождается. Освободившийся канал связи снова становится открытым и может принять следующий пакет данных. Кстати, по освободившемуся каналу могут быть переданы как мои данные стоящие в очереди. Так и данные, например, моего соседа, который в это время решил тоже что-то передать.
Рис. 6 — занятый и свободный каналы связи
За счет чего скорость GPRS больше
Так как канал связи освобождается после передачи пакета данных и готов к передаче других пакетов, то увеличивается проходимость данных. По трем свободным каналам одновременно передаются три пакета данных. Это отличает технологию GPRS от технологии CSD и HSCSD, в которых канал связи занимается на все время сессии абонента и, соответственно не может использоваться другими абонентами.
Реальная скорость GPRS
172,1 Кбит\с это теоретическая скорость передачи данных по технологии GPRS. На практике эта скорость меньше. Скорость передачи уменьшают устройства поблизости, которые создают помехи. Также на скорость влияет рельеф местности между мобильным телефоном и базовой станцией, то, сколько базовых станций в зоне досягаемости и какая у них загруженность в данный момент. Чем больше станций, тем больше свободных каналов связи, и, соответственно, больше скорость.