Технология мобильной связи 4G¶
4G (от англ. 4th Generation — четвёртое поколение) — общее обозначение стандарта мобильной связи четвёртого поколения, обеспечивающего высокоскоростную передачу данных по радиоинтерфейсу. К технологиям 4G относятся LTE (Long Term Evolution) и WiMAX; в России и большинстве стран мира под 4G преимущественно понимается именно LTE. Технология обеспечивает пиковые скорости передачи данных до 100—150 Мбит/с при подвижном использовании и до 1 Гбит/с в условиях неподвижного приёма, что в десятки раз превышает возможности предыдущего поколения 3G.
¶Требования стандарта
Международный союз электросвязи (МСЭ) в документе IMT-Advanced (2008) сформулировал требования к сетям 4G:
- пиковая скорость передачи данных вниз по каналу — не менее 100 Мбит/с при движении и до 1 Гбит/с в стационарных условиях;
- пиковая скорость вверх по каналу — до 500 Мбит/с;
- значительное увеличение спектральной эффективности по сравнению с 3G;
- поддержка межсетевого взаимодействия и единой IP-инфраструктуры.
Формально стандарт IMT-Advanced полностью удовлетворяли только LTE-Advanced и WiMAX Release 2, тогда как первый релиз LTE (рассвёртывавшийся с 2009—2010 годов) маркетологи и операторы уже называли 4G.
¶История
Разработка требований к четвёртому поколению началась в середине 2000-х годов. Первые коммерческие сети LTE были запущены в 2009 году в Стокгольме и Осло (операторы TeliaSonera). Технология WiMAX, разработанная IEEE (стандарт IEEE 802.16), развивалась параллельно и получила некоторое распространение, но проиграла LTE в конкурентной борьбе за массовый рынок.
В России первая коммерческая сеть LTE была запущена в декабре 2012 года оператором «МегаФон» в Санкт-Петербурге. К 2014—2015 годам технологии 4G развёрнули остальные крупные российские операторы — «МТС», «МегаФон», «билайн» и «Tele2 Россия». К началу 2020-х годов покрытие сетей 4G охватило подавляющую часть городского населения страны.
¶Технология
¶Радиодоступ
4G использует технологию OFDMA (ортогональное частотное разделение каналов) на нисходящей линии и SC-FDMA на восходящей, что позволяет эффективно использовать радиоспектр и снижать межсимвольные интерференции. В отличие от сетей 3G, архитектура 4G полностью построена на IP-протоколе — и голосовая связь, и данные передаются по единому пакетному каналу.
¶Архитектура сети
Сеть LTE состоит из:
- E-UTRAN — радиодоступная сеть, представленная базовыми станциями eNodeB;
- EPC (Evolved Packet Core) — ядро пакетной сети, включающее узлы MME (управление подвижностью), SGW (шлюз обслуживания), PGW (шлюз PDN) и HSS (домен подписчиков).
Отказ от коммутации каналов, характерной для 2G и 3G, упростил архитектуру и снизил задержки.
¶Диапазоны частот
В России сети 4G работают в диапазонах 700, 800, 900, 1800, 2000, 2500 и 2600 МГц. Диапазон 700 МГц (ранее использовавшийся для аналогового телевидения) получил широкое распространение после завершения цифрового перехода.
¶LTE-Advanced
Развитие технологии — LTE-Advanced (Release 10 и выше) — обеспечивает агрегацию каналов (carrier aggregation), мимо-массивные антенные системы и координацию нескольких базовых станций, что позволяет довести пиковые скорости до 1 Гбит/с. Именно LTE-Advanced формально соответствует требованиям IMT-Advanced. В России коммерческие сети LTE-Advanced запущены с 2014 года.
¶Применение и влияние
Технология 4G сделала массовыми мобильное видеостриминг, видеозвонки, навигацию в реальном времени, раздачу интернета через смартфоны. В России 4G стал основным каналом доступа в интернет для жителей малых городов и сельской местности, где фиксированный широкополосный доступ развит слабо.
Параллельно развёртыванию 4G идёт переход на 5G, запуск сетей которого в России начался в 2020-х годах, однако 4G остаётся базовой технологией мобильной связи и в середине 2020-х годов.
¶Источники
- МСЭ. Рекомендации IMT-Advanced (ITU-R M.2134).
- Стандарты 3GPP Release 8—13.
- Отчёты операторов связи РФ о развёртывании сетей LTE.