Анализ развития и качества обслуживания пользователей мобильных сотовых сетей Российской Федерации

На сегодняшний день наверняка уже не осталось людей, не пользующимися сотовой связью. Практически у всех есть мобильные телефоны, которые, помимо средства общения, могут выступать в роли полноценных устройств для выполнения различных прикладных задач. Сотовая связь постоянно развивается. Изначально она предоставляла лишь возможность поговорить, а сейчас мы с её помощью можем отправлять СМС, видео и аудио информацию. В данной статье мы поговорим обо всех стандартах сотовых сетей, существовавших ранее и разрабатываемых сейчас.

Технологии сотовой связи носят названия от 1G до 5G. Буква «G» тут от английского слова generation, что в переводе на русский означает поколение. Цифра в наименовании технологии соответственно обозначает номер поколения сотовой связи. Для более полного раскрытия разницы между ними в статье описывается развёрнутая история сотовой связи. Каждое поколение объединяет под собой под собой несколько разных стандартов сотовой сети. В данной статье под стандартом сотовой сети понимаются исключительно стандарты, в которых связь осуществляется при помощи специализированного голосового канала передачи данных.

Первый прообраз современных сотовых сетей появился ещё в 30-х годах ХХ века. Это были простейшие беспроводные рации, разработанные американской компанией Motorola. Эти приёмно-передающие передатчики, на службе у военных и полицейских, работали только на небольшом расстоянии (до 5 километров) от базовой станции, а обмен данными был возможен только между другими устройствами, подключенными к данной станции.

В 70-х годах ХХ века Motorola совместно с компанией AT&T разработала первую сеть способную осуществить передачу данных между устройствами из разных сот. 3 апреля 1973 года Мартин Купер главный инженер в сфере портативных коммуникаций Motorola совершил, при помощи первого в мире мобильного телефона - Motorola DynaTAC, первый в мире звонок по сотовой сети. В этот день появилось то, что в последствии назовут первым поколением сотовой связи [1].

Все стандарты первого поколения, хотя и работают с одними и теми же элементами, полностью не совместимы друг с другом. Среди всех вариантов 1G сотовых сетей наибольшее распространение получили три:

• AMPS (Advanced Mobile Phone Service или усовершенствованная служба мобильной связи). Данный стандарт использовался странами северной и южной Америки, а его различные модификации были популярны по всему миру. Скорость передачи данных составляла до 2 Кбит/с. Последняя сеть AMPS прекратила свою работу 18 апреля 2008 года.

• TACS (Total Access Communications System или общедоступная система связи) Данный стандарт использовался в Англии, Италии, Испании, Австрии и Ирландии, а его модификация JTACS в Японии. Скорость обмена информацией до 1.9 Кбит/с. Последняя сеть TACS прекратила свою работу 31 мая 2001 года [2].

• NMT (Nordic Mobile Telephone или мобильный телефон северных стран). Данный стандарт существует в двух совместимых модификациях NMT-450 (более широкая зона покрытия у базовой станции) и NMT 900 (более высокая скорость обмена данными) и используется в Швеции, Норвегии, Дании, Исландии, Финляндии и России. Скорость обмена данными составляет до 1.9 Кбит/с. В настоящее время сети NMT эксплуатируются в Швеции и России [3].

Большинство стран Европы использовались свои, уникальные сети 1G поколения, полная несовместимость данных сетей, а также их низкая пропускная способность (до 2 кбит/с) привели к тому, что в 1982 году европейский институт стандартизации электросвязи начал разработку первой сети второго поколения.

Все сети первого поколения обменивались данными аналоговым методом и могли осуществлять только прямую голосовую связь. С развитием компьютерных технологий стало очевидно преимущество цифровой передачи данных, над другими способами обменом информацией. Для перехода от аналоговых технологий к цифровым и были разработаны стандарты 2G, что увеличило скорость обмена данными и позволило реализовать передачу коротких текстовых сообщений - SMS. Наибольшее распространение получили 2 стандарта:

• D-AMPS(Digital Advanced Mobile Phone Service или цифровая

усовершенствованная служба мобильной связи). Данный стандарт, как и его предшественник - AMPS, использовался странами северной и южной Америки. В данных странах из-за большого числа пользователей оригинального AMPS, переход на полностью цифровой стандарт был невозможен и новый стандарт мог совмещать работу аналоговой и цифровой систем без потери данных, но обладал, по сравнению с другими сетями поколения 2G, меньшей скоростью обмена данными (до 10 Кбит/с) и испытывала трудности с передачей SMS. Последняя сеть D-AMPS прекратила свою работу 31 марта 2015 года [4].

• GSM (Global System for Mobile Communications или глобальный стандарт мобильной связи). Данный стандарт изначально был разработан европейским институтом стандартизации электросвязи в 1992 году с целью заменить многочисленные сети 1G стран Еврозоны на единую цифровую сеть сотовой мобильной связи, но в последствии получил распространение по всему миру. Главными преимуществами GSM по сравнению с другими сетями 2G являются поддержка модуля идентификации абонента (SIM-карты) возможности подключаться к сетям других операторов того же стандарта вещания (роуминг), а также самая высокая во втором поколении сетей скорость обмена данными (до 15 Кбит/с). В настоящее время сети GSM в различных модификациях эксплуатируются повсеместно [5].

В 2000 году была разработана надстройка стандарта GSM - GPRS (General Packet Radio Service - пакетная радиосвязь общего пользования). Главное отличие обновлённого стандарта от других стандартов 2G в реализации пакетного метода передачи данных, что позволило увеличить скорость передачи информации 50 Кбит/с [6]. В 2003 году появляется EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution или улучшенная передача данных для эволюции глобального стандарта мобильной связи) - улучшенная версия GPRS. Скорость передачи данных увеличилась до 512 Кбит/с [7].

Обе модификации GSM в современном мире используются повсеместно, в зонах где нет 3G связи. Мобильные устройства для отображения подключения к сети использующий GPRS используют символ "G", а для EDGE символ "E".

В 1992 году компания QUALCOMM из США запустив первую сотовую сеть, основанную на технологии множественного доступа с кодовым разделением (Code Division Multiple Access или CDMA), положила начало третьему поколению стандартов сотовой связи. Впервые данную технологию описал советский академик Д. В. Агеев ещё в 1935 году в своей работе «Кодовое разделение каналов». Все стандарты предыдущих поколений для каждого канала передачи данных использовали уникальную частоту, но при помощи CDMA стало возможным по одной частоте передавать информацию от нескольких предварительно закодированных каналов связи. Что сильно увеличивает пропускную способность при прежней мощности сигнала. Входящий сигнал в сети Code Division Multiple Access содержит не исключительно информацию, предназначенную для конкретного абонента, а все данные передаваемые в данный момент времени по данной частоте. Отсев лишней информации происходит при помощи того же кода каким был закодирован канал передачи данных. Из-за подобного механизма работы все сети, использующие технологию CDMA, то есть все сети третьего поколения имеют разную скорость обмена информацией, одну более высокую к абоненту, другую более низкую от абонента. В современном мире наибольшее распространение получили 2 стандарта 3G сетей:

• CDMA2000. Данный стандарт впервые появился в 2000 году в США на замену быстро устаревшему стандарту D-AMPS. Со временем он распространился на остальные страны обоих американских континентов. CDMA2000, как и его предшественник не поддерживает использование SIM-карт. Скорость передачи данных в сети использующий данный стандарт первоначально составляла 2,4 Мбит/с к абоненту и 153 Кбит/с от абонента. В 2004 году сети CDMA2000 прошли модернизацию, скорость обмена информацией повысилась до 3,1 Мбит/с к абоненту (в 2008 она была увеличена до 4.9 Мбит/с) и 1,8 Мбит/с от абонента. Так же произведённые изменения обеспечили возможность объединения нескольких каналов передачи данных для увеличения скорости обмена информацией, до 73,5 Мбит/с от абонента и до 27 Мбит/с к абоненту [8].

• UMTS (Universal Mobile Telecommunications System или универсальная мобильная телекоммуникационная система). Данный стандарт был разработан в 2000 году европейским институтом стандартизации электросвязи. Он изначально позволял объединять каналы передачи данных, а благодаря полной совместимости со стандартом GSM, различные модификации UMTS быстро распространились по миру. Скорость передачи данных в сети использующий данный стандарт составляет до 2 Мбит/с к абоненту и до 384 кбит/с от абонента [9]. В 2006 году была разработана новая модификация этого стандарта получившая название HSPA (High-Speed Packet Access или высокоскоростной пакетный доступ), скорость обмена информацией увеличилась до 14,4 Мбит/с к абоненту и 5,76 Мбит/с от абонента. В 2008 году HSPA получила модификацию HSPA+ (Evolved HSPA или развитый HSPA), скорость обмена данными возросла до 42.2 Мбит/с к абоненту и 5,76 Мбит/с от абонента [10].

Современные мобильные устройства при работе в сетях третьего поколения в элементе интерфейса отвечающего за отображение подключения к сети интернет связь используют три индикатора: 3G для сетей стандарта CDMA2000 и UMTS, H для сетей стандарта HSPA и H+ для сетей стандарта HSPA+.

Стандарты четвертого поколения сотовой связи являются по сути различными технологиями, позволяющими осуществить обмен информацией со скоростью, превышающей 100 Мбит/с. Международный союз электросвязи на конференции в Женеве в октябре 2010 года признал существование лишь двух стандартов, отвечающих данному условию [11]. Это вторая модификация сети WiMAX (WiMAX-2, Worldwide Interoperability for Microwave Access или всемирное взаимодействие сетей для беспроводного доступа в микроволновом диапазоне), которая осуществляет связь исключительно при помощи интернета и в данной статье не рассматривается и LTE (Long-Term Evolution или долговременное развитие) в спецификации Advanced (улучшенная).

Впервые сеть стандарта LTE была запущена в декабре 2009 года в Швеции. Данный стандарт является дальнейшим развитием HSPA, а также обладает совместимостью с CDMA2000. Первоначально скорость обмена данными составляла до 80 Мбит/с к абоненту и до 20 Мбит/с от абонента, что не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к стандарту четвертого поколения. Обычно сотовые операторы называют сеть, использующую именно эту базовую версию стандарта LTE сетью 4G, но это не более чем рекламный ход [12]. В марте 2009 года была утверждена спецификация Advanced увеличившая скорость передачи данных до 326.4 Мбит/с к абоненту и до 172.8 Мбит/с от абонента, что полностью отвечает требованиям четвертого поколения сотовой связи [13]. Мобильные устройства для отображения подключения по сети LTE используют индикатор «4G LTE».

Пятому поколению сотовых сетей выдвинуто требование по достижению скорости передачи данных в 1-2 Гбит/с. На март 2019 года о стандартах пятого поколения не известно практически ничего. Сообщается что 1 октября 2018 года компания Verizon из США запустила первую 5G сеть, но тот момент времени устройств, поддерживающих пятое поколение в продаже не было [14]. 7 апреля 2019 года Республика Корея запустит свою 5G сеть, произойдёт это одновременно со стартом продаж первого в мире мобильного устройства, способного осуществлять обмен информацией в сети данного поколения [15].

Для наглядного отображения изменения скорости передачи данных в сетях, использующих стандарты разных поколений была составлена таблица 1.

Рис. 2. Зоны покрытия сотовых сетей 3G,4G операторами МТС и Мегафон в России

Рис. 3. Зоны покрытия сотового оператора Мегафон в США

По проведённому анализу полученных с рис. 2, 3 [18] данных были получены следующие результаты:

• зона покрытия сотовой связи 3G в 3 раза больше зоны покрытия сотовой сети 4G;

• практически вся азиатская часть РФ за исключением жилых зон не имеет сотовой связи;

• наиболее покрытой сотовой связью 3G и 4 G территорией является европейская часть РФ, а именно: Московская, Ленинградская, Тверская, Новгородская области, а также территория Предкавказья;

• по причине отказа украинских сотовых операторов продолжать работу на территории Крымского полуострова, эту нишу заняли российские сотовые операторы: МТС и Билайн;

• зона покрытия сотового оператора Мегафон включает в себя также территорию Белого дома, Пентагона, Верховного суда США и Капитолия, возможно данная информация является ошибкой допущенной при составлении карты работниками Минсвязи или действительно по какой-то причине были установлены базовые станции, но выяснение данной причины является невозможным.

При оценке качества предоставления сотовой связи населению можно использовать два подхода:

Список литературы

сотовый связь мобильный оператор

1. Martin Cooper. URL: https://www.encyclopedia.com/people/literature-and-arts/music-history-composers-and-performers-biographies/martin-cooper#2506300048(дата обращения: 20.03.2019)

2. TotalAccessCommunicationSystem.URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Total_Access_Communication_System (дата обращения: 21.03.2019)

3. Nordic Mobile Telephone. URL: http://www.statemaster.com/encyclopedia/Nordic- Mobile-Telephone (дата обращения: 22.03.2019)

4. Стандарт сотовой связи AMPS - D/APMS. URL: http://www.radioscanner.ru/info/article372/ (дата обращения: 23.03.2019)

5. GSM History. URL: https://www.electronics-notes.com/articles/history/cellphone- history/gsm-history-groupe-special-mobile.php (дата обращения: 24.03.2019)

6. General Packet Radio Service. URL: https://www.brainkart.com/article/General- Packet-Radio-Service_9891/ (дата обращения: 24.03.2019)

7. EDGEEVOLUTION.URL:https://web.archive.org/web/20130306012136/http:/www.visantstrategies.com/market_resear ch/edge_evolution_egprs_evolved.html (дата обращения: 24.03.2019)

8. CDMA2000. URL: http://www.cdg.org/technology/cdma2000.asp (дата обращения:25.03.2019)

9. 3G and UMTS Frequently Asked Questions. URL: http://www.umtsworld.com/umts/faq.htm (дата обращения: 25.03.2019)

10. Technology of High Speed Packet Access (HSPA). URL:http://nomor.de/2006/technology-of-high-speed-packet-access-hspa/(дата обращения:25.03.2019)

11. ITU paves way for next-generation 4G mobile technologies. URL:https://www.itu.int/net/pressoffice/press_releases/2010/40.aspx#.XKhRS1UzaUl(дата обращения: 26.03.2019)

12. LTE Encyclopedia. URL: https://sites.google.com/site/lteencyclopedia/home (дата обращения: 27.03.2019)

13. IntroducingLTE-Advanced.URL: https://web.archive.org/web/20110303201709/http:/cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5990- 6706EN.pdf (дата обращения: 27.03.2019)

14. Verizon запустил первую в мире коммерческую сеть 5G - но еще не в Нью-Йорке. URL:http://brightonbeachnews.com/rus/verizon-nyc-news-5g/2018/10/01/ (дата обращения: 27.03.2019)

15. В конце недели Южная Корея запустит 5G-сервисы, опередив США и Китай. URL: https://3dnews.ru/985217 (дата обращения: 27.03.2019)

16. CNews Telecom 2018: Крупнейшие телекоммуникационные компании России. URL: http://www.cnews.ru/reviews/telekom_2018/review_table/ec071ac8d579ae811934fc9db9afeb f92ecf84a0 (дата обращения: 28.03.2019)

17. Какие лучшие сотовые операторы России? -- Выбор представителя мобильной связи: Крупнейшие телекоммуникационные компании России. URL: https://4gconnect.ru/sotovye-operatory-rossii (дата обращения: 28.03.2019)

18. Качествосвязи.URL:https://geo.minsvyaz.ru/#/-1/-1/12/59.93895099999098/30.31563499999999/4 (дата обращения: 29.03.2019)

References

1. Martin Cooper. URL: https://www.encyclopedia.com/people/literature-and-arts/music- history-composers-and-performers-biographies/martin-cooper#2506300048 [Martin Cooper]. (date accessed: 20.03.2019)

2. TotalAccessCommunicationSystem.URL:https://en.wikipedia.org/wiki/Total_Access_Communication_System [Total Access Communication System]. (date accessed: 21.03.2019)

3. Nordic Mobile Telephone. URL: http://www.statemaster.com/encyclopedia/Nordic- Mobile-Telephone [Nordic Mobile Telephone]. (date accessed: 22.03.2019)

4. Standart sotovoj svyazi AMPS - D/APMS. URL: http://www.radioscanner.ru/info/artide372/ [AMPS cellular standard]. (date accessed: 23.03.2019)

5. GSM History. URL: https://www.electronics-notes.com/articles/history/cellphone- history/gsm-history-groupe-special-mobile.php [GSM History]. (date accessed: 24.03.2019)

6. General Packet Radio Service. URL: https://www.brainkart.com/article/General- Packet-Radio-Service_9891/ [General Packet Radio Service]. (date accessed: 24.03.2019)

7. EDGEEVOLUTION.URL: https://web.archive.org/web/20130306012136/http:/www.visantstrategies.com/market_resear ch/edge_evolution_egprs_evolved.html [EDGE EVOLUTION]. (date accessed: 24.03.2019)

8. CDMA2000. URL: http://www.cdg.org/technology/cdma2000.asp [CDMA2000]. (date accessed: 25.03.2019)

9. 3G and UMTS Frequently Asked Questions. URL: http://www.umtsworld.com/umts/faq.htm [3G and UMTS Frequently Asked Questions]. (date accessed: 25.03.2019)

10. Technology of High Speed Packet Access (HSPA). URL: http://nomor.de/2006/technology-of-high-speed-packet-access-hspa/ [Technology of High Speed Packet Access (HSPA)]. (date accessed: 25.03.2019)

11. ITU paves way for next-generation 4G mobile technologies. URL: https://www.itu.int/net/pressoffice/press_releases/2010/40.aspx#.XKhRS1UzaUl [ITU paves way for next-generation 4G mobile technologies]. (date accessed: 26.03.2019)

12. LTE Encyclopedia. URL: https://sites.google.com/site/lteencyclopedia/home [LTE Encyclopedia]. (date accessed: 27.03.2019)

13. IntroducingLTE-Advanced.URL:https://web.archive.org/web/20110303201709/http:/cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5990- 6706EN.pdf [Introducing LTE-Advanced]. (date accessed: 27.03.2019)

14. Verizon zapustil pervuyu v mire kommercheskuyu set' 5G - no eshche ne v N'yu-Jorke.URL: http://brightonbeachnews.com/rus/verizon-nyc-news-5g/2018/10/01/ [Verizon has launched the world's first commercial 5G network - but not yet in New York]. (date accessed: 27.03.2019)

15. V konce nedeli YUzhnaya Koreya zapustit 5G-servisy, operediv SSHA i Kitaj. URL: https://3dnews.ru/985217 [At the end of the week, South Korea will launch 5G services, ahead of the US and China]. (date accessed: 27.03.2019)

16. CNews Telecom 2018: Krupnejshie telekommunikacionnye kompanii Rossii. URL: http://www.cnews.ru/reviews/telekom_2018/review_table/ec071ac8d579ae811934fc9db9afeb f92ecf84a0 [CNews Telecom 2018: The largest telecommunication companies in Russia]. (date accessed: 28.03.2019)

17. Kakie luchshie sotovye operatory Rossii? -- Vybor predstavitelya mobil'noj svyazi: Krupnejshie telekommunikacionnye kompanii Rossii. URL: https://4gconnect.ru/sotovye- operatory-rossii [What are the best cellular operators in Russia? - Selection of a representative of mobile communications]. (date accessed: 28.03.2019)

18. Kachestvosvyazi.URL:https://geo.minsvyaz.ru/#/-1/-1/12/59.93895099999098/30.31563499999999/4 [Connection quality]. (date accessed:29.03.2019)

Размещено на Allbest.ru