Настройка смартфонов Samsung, секреты и практичные советы, которые сделают телефон Вашим лучшим другом.

Что такое сотовая связь 3G и почему она отключается

Сеть 3G закрываетсяВ Российской Газете № 228(8579) 06 октября 2021 года была опубликована статья «Сети 3G в России исчезнут в ближайшие 3-4 года». Вот выдержка из этой статьи:

«Сразу несколько операторов сотовой связи, в том числе американский Verizon, объявили об отказе от поддержки сетей стандарта 3G. На этом фоне российский рынок пока кажется отстающим, однако и в России к 2025 году сетей 3G не останется.
«Третье поколение сетей сыграло огромную роль в развитии сотовой связи. Но сейчас оно абсолютно бессмысленно. И в отличие от второго поколения, на котором работает масса устройств сегмента Интернет вещей, различные банкоматы и счётчики, где есть актуальная голосовая связь, его можно безболезненно убрать, чтобы высвободить частоты», — отмечает глава информационного агентства Telecom Daily Денис Кусков.
Отключать 3G в России начнут в 2023 году. По оценкам экспертов, к 2025 году сетей 3G в России либо не будет вообще, либо они будут оставаться локально в каких-то районах с низкой плотностью абонентов».

Для разъяснения причин отключения сотовой связи 3G и окончательного перехода на сети стандарта 4G/LTE и 5G мы приводим материалы сайта SciTechDaily, который уделяет особое внимание лучшим достижениям науки и техники, обеспечивая широкий охват наиболее важных научных событий и исследований.

 

Что такое сотовая связь 3G и почему она отключается? Инженер-электрик объясняет.

Автор: MAI VU, TUFTS UNIVERSITY, MARCH 8, 2022.

1 Сети 3G закрываются
ФОТО 1 — Башня сотового телефона на закате. Солнце садится на сети 3G. Credit: Ted/Flickr, CC BY-NC

22 февраля 2022 года компания AT&T (США) начала отключать свои сотовые сети 3G. Оператор T-Mobile (США) планирует отключить её 1 июля 2022 года, а Verizon (США) последует его примеру 31 декабря 2022 года.

Подавляющее большинство мобильных телефонов работает в сетях 4G/LTE, и мир начал переход на 5G, но до 10 миллионов телефонов в США всё ещё работают в сетях 3G. Кроме того, функции сотовой сети некоторых старых устройств, таких как Kindles, iPad и Chromebooks, привязаны к сетям 3G. Аналогичным образом, некоторые старые системы, подключенные к Интернету, такие как домашние системы безопасности, автомобильные навигационные и развлекательные системы, а также модемы солнечных батарей, привязаны к 3G. Потребителям придется обновить или заменить эти системы.

Почему же телекоммуникационные операторы отключают свои сети 3G?

Как инженер-электрик, изучающий беспроводные коммуникации, я могу объяснить. Ответ начинается с разницы между 3G и более поздними технологиями, такими как 4G/LTE и 5G.

Представьте себе семейную поездку. Ваша супруга разговаривает по телефону, организуя мероприятия в месте назначения, ваша дочь-подросток слушает музыку и общается с друзьями по телефону, а её младший брат играет в онлайн-игру со своими друзьями. Все эти отдельные разговоры и потоки данных передаются по сотовой сети, казалось бы, одновременно. Вы, вероятно, воспринимаете это как должное, но задумывались ли вы когда-нибудь, как система сотовой связи может обрабатывать все эти данные одновременно, находясь в одном автомобиле?

2 Сети 3G закрываются
ФОТО 2 — Дети на заднем сиденье Планшеты Наушники. Как это работает, если все в вашей машине одновременно пользуются услугами сотовой голосовой связи и передачи данных, как и многие люди в машинах вокруг вас?

Передача всех сообщений

Ответ — технологический трюк, называемый множественным доступом (multiple access). Представьте, что вы используете лист бумаги для написания сообщений 100 различным друзьям, по одному личному сообщению для каждого человека. Технология множественного доступа, используемая в сетях 3G, подобна написанию каждого сообщения каждому из ваших друзей с использованием всего листа бумаги, так что все сообщения написаны друг на друге. Но у вас есть специальный набор ручек разных цветов, который позволяет вам написать каждое сообщение уникальным цветом, а у каждого из ваших друзей есть специальная пара очков, которые показывают только цвет, предназначенный для этого человека.

Однако количество цветных ручек фиксировано, поэтому если вы хотите отправить сообщение большему количеству людей, чем количество имеющихся у вас цветных ручек, вам придется начать смешивать цвета. Теперь, когда друг применит свои специальные линзы, он увидит немного сообщений, адресованных другим друзьям. Они не увидят достаточно, чтобы прочитать другие сообщения, но перекрытия может быть достаточно, чтобы размыть предназначенное для них сообщение, что затруднит его прочтение.

Технология множественного доступа, используемая в сетях 3G, называется Code Division Multiple Access, или CDMA. Она была изобретена основателем компании Qualcomm Ирвином М. Джейкобсом и несколькими другими известными инженерами-электриками. Эта технология основана на концепции распределённого спектра, идея которой восходит к началу 20-го века. Работа Джейкобса, опубликованная в 1991 году, показала, что CDMA может увеличить ёмкость сотовой связи во много раз по сравнению с системами того времени.

CDMA позволяет всем пользователям сотовой связи отправлять и принимать свои сигналы в любое время и на всех частотах. Таким образом, если 100 пользователей хотят инициировать звонок или воспользоваться услугой сотовой связи примерно в одно и то же время, их 100 сигналов будут накладываться друг на друга во всем спектре сотовой связи в течение всего времени их общения.

Перекрывающиеся сигналы создают помехи. CDMA решает проблему интерференции, позволяя каждому пользователю иметь уникальную подпись: кодовую последовательность, которая может быть использована для восстановления сигнала каждого пользователя. Код соответствует цвету в нашей бумажной аналогии. Если в системе одновременно работает слишком много пользователей, коды могут накладываться друг на друга. Это приводит к возникновению помех, которые усиливаются по мере увеличения числа пользователей.

 

Кусочки времени и частот

Вместо того, чтобы позволить пользователям использовать весь спектр сотовой связи в любое время, другие методы множественного доступа разделяют доступ по времени или частоте. Разделение по времени создает временные интервалы. Каждое соединение может длиться в течение нескольких временных интервалов, разнесённых во времени, но каждый временной интервал настолько короткий — считанные миллисекунды — что пользователь сотового телефона не воспринимает прерывания от чередования временных интервалов. Соединение кажется непрерывным. Эта техника временной нарезки — множественный доступ с разделением по времени (по англ. Time-Division Multiple Access) (TDMA).

Разделение также может осуществляться по частоте. Каждому соединению выделяется своя полоса частот в спектре сотовой связи, и соединение остается непрерывным в течение всего времени. Такая техника частотного разделения называется множественным доступом с частотным разделением (по англ. Frequency Division Multiple Access) (FDMA).

В нашей аналогии с бумагой, FDMA и TDMA — это как разделение бумаги на 100 полос в любом измерении и написание каждого частного сообщения на одной полосе. FDMA — это, например, горизонтальные полоски, а TDMA — вертикальные полоски. При использовании отдельных полосок все сообщения разделяются.

В сетях 4G/LTE и 5G используется множественный доступ с ортогональным частотным разделением (по англ. Orthogonal Frequency Division Multiple Access) (OFDMA) — высокоэффективная комбинация FDMA и TDMA. По аналогии с бумагой, OFDMA похож на рисование полос вдоль обоих измерений, деление всей бумаги на множество квадратов и назначение каждому пользователю своего набора квадратов в соответствии с его потребностями в данных.

3 Сети 3G закрываются
СХЕМА 3 — Совместный доступ к ресурсам беспроводной сети. Различные методы разделения доступа к ресурсам беспроводной сети. Энтропия 2019, 21(3), 273, CC BY-SA

Время сети 3G истекло

Теперь у вас есть базовое понимание разницы между 3G и более поздними 4G/LTE и 5G. Вы всё ещё можете резонно спросить, почему 3G должен быть закрыт. Оказывается, из-за этих различий в технологии доступа эти две сети построены с использованием совершенно разного оборудования и алгоритмов.

Телефоны и базовые станции 3G работают в широкополосной системе, то есть они используют весь спектр сотовой связи. 4G/LTE и 5G работают на узкополосных или многоканальных системах, которые используют фрагменты спектра. Эти две системы требуют совершенно разных наборов оборудования, начиная от антенны на сотовой вышке и заканчивая компонентами в вашем телефоне.

Поэтому если ваш телефон — 3G, он не сможет подключиться к вышке 4G/LTE или 5G. В течение длительного времени поставщики услуг сотовой связи поддерживали свои сети 3G, одновременно создавая совершенно отдельную сеть с новым оборудованием вышек и обслуживая новые телефоны, использующие 4G/LTE и 5G. Представьте себе затраты на эксплуатацию двух отдельных сетей в одно и то же время для одной и той же цели. В конце концов, одна из них должна уйти. И сейчас, когда операторы начинают всерьез внедрять системы 5G, это время пришло и для 3G.

Автор Май Ву, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Университета Тафтса.

Источник SciTechDaily

 

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.