4G (от — четвёртое поколение) — четвёртое поколение мобильной связи с повышенными требованиями. К четвёртому поколению принято относить технологии, позволяющие осуществлять передачу данных со скоростью до 100 Мбит/с подвижным (с высокой мобильностью) и до 1 Гбит/с — стационарным абонентам (с низкой мобильностью).
Технологии LTE Advanced (LTE-A) и WiMAX 2 (WMAN-Advanced, IEEE 802.16m) (SIM-карта не требуется) были официально признаны беспроводными стандартами связи четвёртого поколения 4G (IMT-Advanced) Международным союзом электросвязи на конференции в Женеве в 2012 году.
История Спецификации любого поколения связи, как правило, относятся к изменению фундаментального характера обслуживания, несовместимым технологиям передачи, более высоким пиковым битрейтом, новыми полосами частот, более широким каналом полосы пропускания, выражаемой в единицах частоты — герцах, а также большей ёмкостью для множественной одновременной передачи данных (более высокой системой спектральной эффективности, измеряемой в бит/с/Гц/сектор).
Новые поколения мобильной связи начинали разрабатываться практически через каждые десять лет с момента перехода от разработок первого поколения аналоговых сотовых сетей в 1970-х годах (1G) к сетям с цифровой передачей (2G) в 1980-х годах. От начала разработок до реального внедрения проходило достаточное количество времени (например, сети 1G были внедрены в 1984 году, сети 2G — в 1991 году). В 1990-х годах начал разрабатываться стандарт 3G, основанный на методе множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA); он был внедрён только в 2000-х годах (в России — в 2002 году). Сети поколения 4G, основанные на IP-протоколе, стали разрабатываться в 2000 году и начали внедряться во многих странах с 2010 года.
В 2000 году, когда только шло освоение технологии связи третьего поколения 3G, один из ведущих производителей персональных компьютеров Hewlett-Packard и японский гигант сотовой связи NTT DoCoMo объявили о начале совместных исследований по разработке технологий передачи мультимедиа-данных в беспроводных сетях четвёртого поколенияDoCoMo и Hewlett-Packard создают беспроводные сети четвёртого поколения // Нетоскоп, 21 декабря 2011. Помимо них, разработки вели Ericsson и AT&T совместно с Nortel Networks.
Впоследствии появилось два действительно пригодных к реализации стандарта: LTE и WiMAX, которые, по мнению , и стали новой эрой в развитии сети (сумятицу в умах конечных пользователей может создавать тот факт, что эти две версии несовместимы, и нельзя точно предсказать, как они будут конкурировать и какая из них в итоге доминирует).
LTE
Стандарт LTE разрабатывался в рамках 3GPP (The 3rd Generation Partnership Project) как продолжение CDMA и UMTS и первоначально не относился к четвёртому поколению мобильной связиAbout 3GPP // 3gpp.org. Международным союзом электросвязи как стандарт связи, отвечающий всем требованиям беспроводной связи четвёртого поколения, был избран десятый релиз LTE — LTE Advanced, который впервые был представлен японской компанией NTT DoCoMo. Так как данный стандарт можно реализовать на существующих сотовых сетях, то он стал более популярен у операторов сотовой связи. В апреле 2008 года компания Nokia заручилась поддержкой ряда компаний (Sony Ericsson, NEC) для развития стандарта LTE и придания этому стандарту конкурентоспособности против WiMAXLTE против WiMAX // Вокруг света, 16 апреля 2008Nokia набирает союзников в борьбе за стандарт связи // Газета.ru, 17 апреля 2008. В том же году аналитическая компания Analysys Mason спрогнозировала увеличение роста потребности сотовых технологий, таких как LTE, нежели WiMAXБеспроводные миллиарды. Развитые страны выберут сотовую связь вместо WiMAX // РБК Daily, 31 июля 2008..
Первая коммерческая сеть LTE была запущена 14 декабря 2009 года шведской телекоммуникационной компанией TeliaSonera совместно с Ericsson в Стокгольме и Осло.
WiMAX
Стандарт WiMAX (или IEEE 802.16) разрабатывается созданной в июне 2001 года организацией WiMAX Forum и является продолжением беспроводного стандарта Wi-Fi, альтернативой выделенным линиям связи и DSLAbout the WiMAX Forum WiMAX Forum. У стандарта WiMAX много версий, но преимущественно они подразделяются на фиксированный WiMAX (спецификация IEEE 802.16d, также известная как IEEE 802.16-2004, которая была утверждена в 2004 году) и мобильный WiMAX (спецификация IEEE 802.16e, более известная как IEEE 802.16-2005, которая была утверждена в 2005 году). По названиям стандартов ясно, что фиксированный WiMAX предоставляет услуги только «статичным» абонентам после установления и закрепления соответствующего оборудования, а мобильный WiMAX предоставляет возможность подключения пользователям, передвигающимся в зоне покрытия со скоростью до 115 км/час. Преимуществом стандарта WiMAX было то, что он гораздо раньше стандарта LTE стал пригоден к коммерческой эксплуатации. В настоящее время компаниями, составляющими WiMAX Forum, являются такие известные производители, как Intel Corporation, Samsung, Huawei Technologies, Hitachi и многие другиеWiMAX Forum Member Companies WiMAX Forum.
Первую сеть, основанную на технологии WiMAX, построила в Канаде компания Nortel 7 декабря 2005 годаNortel to build first WiMAX network in Canada with Alberta Special Areas Board Nortel, 7 декабря 2005.
Через два дня услуги беспроводного широкополосного доступа в сеть интернет стала предоставлять украинская компания «Украинские новейшие технологии» (тем самым став первой в странах СНГ) на основе микросхем Intel® PRO/Wireless 5116Государственный международный аэропорт «Борисполь» — главные воздушные ворота Украины — стал беспроводным // Вечерний Харьков, 9 декабря 2005.
Технология В марте 2008 года Сектор радиосвязи Международного союза электросвязи (ITU-R) определил ряд требований для стандарта международной подвижной беспроводной широкополосной связи 4G, получившего название спецификаций International Mobile Telecommunications Advanced (IMT-Advanced), в частности, установив требования к скорости передачи данных для обслуживания абонентов: скорость 100 Мбит/с должна предоставляться высокоподвижным абонентам (например, поездам и автомобилям), а абонентам с небольшой подвижностью (например, пешеходам и фиксированным абонентам) должна предоставляться скорость 1 Гбит/сITU global standard for international mobile telecommunications «IMT-Advanced» , Circular letter, March 2008..
Так как первые версии мобильного WiMAX и LTE поддерживают скорости значительно меньше 1 Гбит/с, их нельзя назвать технологиями, соответствующими IMT-Advanced, хотя они часто упоминаются поставщиками услуг как технологии 4G. В свою очередь, после запуска мобильными операторами сетей LTE-Advanced в маркетинговых целях их стали называть 4G+. 6 декабря 2010 года МСЭ-Р признал, что наиболее продвинутые технологии рассматривают как «4G», хотя этот термин не определён.
Системы связи 4G основаны на пакетных протоколах передачи данных. Для пересылки данных используется протокол IPv4; в будущем планируется поддержка IPv6.
Для передачи голоса в 4G предусмотрены технологии VoLTE ()Голос в сетях LTE MForum.ru
Основные исследования при создании систем связи четвёртого поколения ведутся в направлении использования технологии ортогонального частотного уплотнения OFDMG.S.V. Radha Krishna Rao,G. Radhamani. WiMAX: A Wireless Technology Revolution. — 2007, ISBN 0-8493-7059-0.. Кроме того, для максимальной скорости передачи используется технология передачи данных с помощью N-антенн и их приёма М-антеннами — MIMO. При данной технологии передающие и приёмные антенны разнесены так, чтобы достичь слабой корреляции между соседними антеннами.
Требования IMT-Advanced Передовые международные мобильные телекоммуникационные системы (IMT-Advanced), определённые ITU-R, должны отвечать некоторым требованиям, чтобы считаться сетями поколения 4GVilches J. Everything you need to know about 4G Wireless Technology. TechSpot.: основываются на коммутации пакетов, используя протоколы IP; пиковые скорости передачи данных от 100 Мбит/с для пользователей с высокой мобильностью (от 10 км/ч до 120 км/ч) и до 1 Гбит/с для пользователей с низкой мобильностью (до 10 км/ч); используются динамически разделяемые сетевые ресурсы для поддержки большего количества одновременных подключений к одной соте; их масштабируемая полоса частот канала 40 МГцMoray Rumney. IMT-Advanced: 4G Wireless Takes Shape in an Olympic Year // Agilent Measurement Journal, September 2008; минимальные значения для пиковой спектральной эффективности 15 бит/с/Гц в нисходящем канале и 6,75 бит/с/Гц в восходящем канале (имеется в виду, что скорость передачи информации 1 Гбит/с в нисходящем канале должна быть возможна при полосе пропускания радиоканала менее 67 МГц); спектральная эффективность на сектор в нисходящем канале от 1,1 до 3 бит/с/Гц/сектор и в восходящем канале от 0,7 до 2,25 бит/с/Гц/сектор; плавный хэндовер через различные сети; высокое качество мобильных услуг.
Аппаратное обеспечение Производителями оборудования на сегодняшний день являются такие ведущие компании, как Nokia Siemens Networks, Huawei, Alcatel-Lucent, и другие. В России выпуск сетевого оборудования начала компания Nokia Siemens Networks на базе совместного с НПФ «Микран» и корпорации «Роснано» предприятия под Томском. Выпускаемые ими мультистандартные базовые станции могут работать как в различных стандартах (2G/GSM/GPRS/EDGE, 3G/WCDMA/UMTS/HSPA и 4G/LTE/FDD/TDD/LTE-Advanced), так и большом количестве частотных диапазонов 800/900/1900/2100/2500/2700 МГцNokia Siemens Networks начала производство оборудования LTE в России // ICT-online, 13 декабря 2011.
Первые чипы для модемов (MDM9225, MDM9625), которые будут поддерживать сети LTE, компания Qualcomm планирует выпустить в конце 2012 годаChipsets // Qualcomm — Microchip Technology. Это первые чипсеты, которые поддерживают технологию агрегации несущих частот, позволяющую комбинировать несколько радиоканалов в нескольких полосах частот. Благодаря этой технологии операторы могут обойти ограничение стандарта LTE в части требования наличия 20 МГц непрерывного спектра и в имеющихся у них LTE-сетях повысить скорость работы пользователей до 150 Мбит/с. Чипы MDM9225 и MDM9625 обратно совместимы с более старыми стандартами мобильных сетей — EV-DO Advanced, TD-SCDMA и GSM, в результате чего модемы, в которых они будут устанавливаться, смогут работать в 7 разных режимах: CDMA2000 (1X, DO), GSM/EDGE, UMTS (WCDMA, TD-SCDMA) и LTE (причём, и в LTE-FDD и в LTE-TDD)Qualcomm готовит чипсеты для модемов LTE Advanced // ИКС-медиа, 7 марта 2012..
Новые системы на чипе Snapdragon 800, предназначенные для мобильных устройств, представила компания Qualcomm на выставке CES-2013. Это первый чип (MSM8974) со встроенным модемом 4G LTE, поддерживающим агрегацию каналов и скорость передачи данных Cat 4 до 150 Мбит/с. В 2014 году Intel планирует представить модем Intel XMM 7260 с поддержкой LTE Advanced.
Список диапазонов частот
В России: LTE B7 (от абонента) 2500—2570 МГц (к абоненту) 2620—2690 МГц — 2×30 компания «Скартел», 2×10 ОАО «Ростелеком», ОАО «Мобильные ТелеСистемы», ОАО «МегаФон», ОАО «Вымпел-Коммуникации». LTE B20 ↑832—862 МГц ↓791—821 МГц — 2×7,5 ОАО «Ростелеком», ОАО «Мобильные ТелеСистемы», ОАО «МегаФон», ОАО «Вымпел-Коммуникации». (план 2013—2019 г.) LTE B38(TDD) 2570..2620 МГц — 1×25 ОАО «МегаФон», ОАО «Мобильные ТелеСистемы», ООО «ЕКАТЕРИНБУРГ-2000» LTE B40(TDD) 2300..2400 МГц — ОАО «Ростелеком» (2013 г.), ОАО «Основа Телеком», ОАО «Вайнах Телеком» LTE B3 ↑1710—1785 МГц ↓1805—1880 МГц — ООО «ЕКАТЕРИНБУРГ-2000» 4G диапазон ↑720—750 МГц ↓761-791 МГц — 2×7,5 (рассмотрение в МСЭ) 4G диапазон 31 ↑452,5—457,5 МГц ↓462,5—467,5 МГц — ЗАО «Скай Линк»
В Западной Европе: 4G FDD Band 8 880,1—889,9 Мгц, 925,1—934,9 Мгц 2х9,8. Orange France 4G FDD Band 3 1710—1785 Мгц, 1805—1880 Мгц 2х75. Orange France, SFR, Bouygues Telecom, Free Mobile. 4G FDD Band 1 2100 Мгц — 2х60. Orange France.