4G (от англ. fourth generation — 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 , 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 поколения . 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 связи . Международным союзом электросвязи как стандарт связи, отвечающим 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 WiMAX . В том же году аналитическая компания Analysys Mason спрогнозировала увеличение роста потребности сотовых технологий, таких как LTE, нежели WiMAX .

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 DSL . 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 другие .

Первую сеть, основанную на технологии WiMAX, построила в Канаде компания Nortel 7 декабря 2005 года .

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 5116 .

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/с .

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 ( англ. Voice over LTE )

Основные исследования при создании систем связи четвёртого поколения ведутся в направлении использования технологии ортогонального частотного уплотнения OFDM . 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 сектором радиосвязи МСЭ, должны отвечать некоторым требованиям, чтобы считаться сетями поколения 4G :

• 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 от 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 МГц ;
• 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 МГц .

Первые чипы для модемов (MDM9225, MDM9625), которые будут поддерживать сети LTE, компания Qualcomm планирует выпустить в конце 2012 года . 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) .

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.
• 4G FDD Band 7 2500—2570 Мгц, 2620—2690 — 2х75. Orange France, SFR, Bouygues Telecom, Free Mobile.

В США:

• B2 ↑1850—1910 МГц ↓1930—1990 МГц — T-Mobile, MetroPCS (General Wireless).
• B4 — AT&T, T-Mobile, MetroPCS.
• B13 — Verizon.
• B2, B4, B5, B17 — AT&T.
• B25, B26 — Sprint.

Внедрение

В 2010 году расширение 4G-сети TeliaSonera продолжается в 25 городах и зон отдыха в Швеции и в 4 городах в Норвегии. До конца 2010 года TeliaSonera также внедрили коммерческие сети 4G для клиентов в Финляндии, Дании и Эстонии, а в апреле 2011 - и в Литве .

Оператор сотовой связи МТС запустил в коммерческую эксплуатацию сеть четвёртого поколения (4G) на базе технологии LTE в Узбекистане . Сеть развёрнута в центральной части Ташкента в частотном диапазоне 2,5—2,7 ГГц, лицензию на использование которого узбекская дочерняя компания МТС получила в октябре 2009 года. Поставщиком оборудования для строительства сети является китайская Huawei Technologies .

С февраля 2011 года армянский мобильный оператор VivaCell-MTS полностью перешёл к коммерческой эксплуатации сети в Ереване , и ныне развивается в регионах Армении .

Сеть LTE 4G на базе собственных технических ресурсов была развёрнута независимым альтернативным оператором связи Кыргызстана — ЗАО « ». Сеть покрыла всю столицу — Бишкек , а затем планируется покрыть сетью крупные города Чуйской области. Жители этих городов будут иметь полноценный широкополосный доступ в сеть интернет, которые будут на уровне текущих цен.

17 июня 2011 года в Тирасполе между компаниями СЗАО « Интерднестрком » и Alcatel-Lucent Украина был подписан контракт о строительстве в Приднестровье мобильной сотовой сети 4-го поколения на базе LTE.

20 апреля 2012 года запущена в эксплуатацию первая коммерческая сеть LTE.

К маю 2012 года все крупные города Финляндии имеют покрытие сетью 4G несколькими операторами стандарта LTE. В планах — обеспечить 95 % покрытие территории страны за 3 года и 99 % за 5 лет.

В конце второго квартала 2012 года азербайджанский оператор сотовой связи Azercell запустил сеть 4-го поколения в центре Баку .

26 декабря 2012 года 4G сеть на базе LTE запущена в Казахстане под торговой маркой Altel4g.

Министерство связи Бразилии и Huawei подписали соглашение (2012), в рамках которого Huawei разработает решение LTE в диапазоне 450 МГц, которое будет использоваться для обеспечения мобильным ШПД жителей удалённых и сельских территорий.

18 сентября 2013 года национальный оператор « Алтын Асыр » запустил 4G-сеть на базе LTE в Туркмении .

С 17 декабря 2015 года в Белоруссии инфраструктурным оператором beCloud в коммерческую эксплуатацию запущена сеть LTE Advanced . Поставщиком оборудования для LTE-сети стала компания Huawei . На сентябрь 2020 года LTE Advanced работает в трёх диапазонах — 800 МГц, 1800 МГц и 2600 МГц . Являясь единственной компанией в стране, которая имеет лицензию на осуществление деятельности в области связи стандарта LTE , beCloud предоставляет в пользование свою сеть другим операторам. С конца 2015 года — оператору МТС , с 2016 года — мобильному оператору life:) и провайдеру UNET.by, с марта 2019 — компании А1 . В декабре 2019 года компания А1 объявила о стратегическом партнёрстве на 3 года с beCloud по развитию мобильной связи стандарта 4G в Беларуси . Начиная с 2020 года А1 предоставил часть своей инфраструктуры под базовые станции, а также транспортную сеть, чтобы 4G-сеть в частотном диапазоне 800 МГц стала доступна в сельской местности. Благодаря этому с августа 2020 года по сентябрь 2021 года зона покрытия сети 4G расширилась: в Гомельской области — до 96,4 % , в Могилёвской области — до 81% , в Минской области — до 89% , в Витебской области — до 75% , в Брестской области до 67% . В ноябре 2022 компания А1 начала использовать новый частотный диапазон 2600 МГц на около 1,5 тыс. базовых станций LTE инфраструктурного оператора beCloud .

С 1 июля 2018 года на территории Украины начала внедряться 4G-сеть в диапазонах 1800 МГц и 2600 МГц.

В России

3 ноября 2012 года начинала тестирование на юге России новой платформы широкополосного беспроводного доступа Canopy PMP 450 4G по технологии LTE pro.

По состоянию на 1 декабря 2016 г. сети 4G/LTE действуют в 83 из 85 регионов России.

Самой значительной проблемой для развития сетей на обоих стандартах является то, что для них нужны одни и те же диапазоны частот. В первой половине мая 2008 года компания « Скартел » начала закупку десятка предприятий, владеющих необходимыми для внедрения беспроводных широкополосных сетей частотами, и во второй половине того же года уже был осуществлён запуск первой в России коммерческой сети WiMAX . 9 ноября 2009 года Федеральная служба по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) опубликовала извещение о проведении четырёх конкурсов по продаже лицензий для оказания услуг широкополосной беспроводной связи в диапазонах 2300—2400 МГц . Конкурсы были запланированы на 18 и 25 февраля, 4 и 11 марта 2010 года и включали 40 регионов России . В итоге 39 из 40 лицензий оказались у компании « Связьинвест », причём 38 из них у дочернего « Ростелекома »; единственным регионом, где «Связьинвест» не выиграл, стала Чеченская Республика и таким образом одна лицензия досталась ЗАО «Вайнах Телеком». Однако Министерство обороны сразу согласовало данные частотные присвоения лишь с ЗАО «Вайнах Телеком», а вот компании «Ростелеком» пришлось подождать аж до ноября 2011 года .

28 декабря 2010 года решением Государственной комиссии по радиочастотам создана некоммерческая организация — Консорциум 4G — представляющая собой союз, основанный на членстве таких учредителей, как ОАО «ВымпелКом» , ОАО «Мобильные ТелеСистемы» , ОАО «МегаФон» и ОАО «Ростелеком», целью которой является изучение возможностей и условий внедрения в России сетей 4G в диапазонах 800 и 900 МГц, 1,8, 2,1 и 2,5—2,7 ГГц для разработки условий конкурсов на эти частоты (сейчас большинство из них занято военными) . Привлечение компаний сотовой связи зародило уверенность в том, что в России будут развиваться сети LTE и, кроме того, членство в Консорциуме 4G предполагает возможные преимущества в дальнейшем распределении частот. В январе 2011 года возможность появления LTE-сетей в России была оформлена законодательно . По этой причине в феврале 2011 года пополнить ряды Консорциума захотела сотовая компания Tele2 , опираясь на опыт построения сети LTE в Швеции, но этого так и не произошло . В конце июля 2011 года Консорциум направил в Министерство связи исследования о том, что для развития LTE не стоит использовать отведённые под сети 2G и 3G частоты, а надо воспользоваться цифровым дивидендом — ресурсом в диапазонах 694—915 МГц и диапазоном 2,5—2,7 ГГц . Опираясь на данное исследование, Государственная комиссия по радиочастотам приняла решение, что двухдиапазонные сети (791—862 МГц и 2500—2600 МГц, FDD) смогут развернуть только четыре оператора и ещё три игрока смогут развернуть сети в одном диапазоне . Роскомнадзор обещал провести конкурсы на данные частоты в феврале 2012 года, но пока этого не сделал . Вне конкурса по всей России частоты получат «Скартел» и созданная при участии Министерства обороны компания «Основа Телеком» (получила частоты в январе 2012 года), в Москве — «МегаФон» и МТС, в регионах — компания «Ростелеком» .

В сентябре 2011 года Федеральная антимонопольная служба пригрозила возбуждением административного дела в отношении Министерства связи и массовых коммуникаций и Консорциума 4G за то, что в ходе распределения частотного радиоресурса не были учтены региональные операторы и за то, что в Консорциум 4G до сих пор не могут вступить другие операторы .

Тем временем в сентябре 2011 года проводились конкурсы на частоты для получения WiMAX-лицензий в диапазонах 3,4—3,45 ГГц и 3,5—3,55 ГГц в восьми регионах и 29 городах России . Позже Роскомнадзор признал конкурсы в шести регионах несостоявшимися из-за того, что было подано на них лишь по одной заявке, лицензии на два оставшихся региона (Чеченскую Республику и Республику Ингушетия ) достались ЗАО «Вайнах Телеком» и «Ингушэлектросвязь» соответственно . В городах Российской Федерации более всего комплектов лицензий на предоставление связи получил оператор ЗАО «Компания ТрансТелеКом » — одно из дочерних предприятий компании ОАО «Российские железные дороги» . Этот диапазон относится к диапазону сантиметровых волн и его особенностью является то, что сигнал слабо распространяется сквозь стены зданий и потребуется большее количество базовых станций, чтобы обеспечить покрытие .

Коммерческий запуск сетей, основанных на стандарте LTE, впервые в России был осуществлён в Новосибирске в конце декабря 2011 года компанией «Скартел», которая собирается в мае 2012 года полностью перевести все своё оборудование на эту технологию . А вот впервые в Москве (март 2012 года) сеть LTE была запущена принадлежащей предпринимателю Евгению Ройтману группе компаний « Антарес » . По состоянию на 16 ноября 2012 года LTE работает более чем в 23 крупных городах России.

В конце 2011 года в Томске открылся первый в России завод по производству станций 4G .

23 апреля 2012 года оператор сотовой связи МегаФон первым из операторов «большой тройки» предоставил своим клиентам в России возможность доступа к услугам мобильной связи четвёртого поколения (4G). Первым городом России, в котором была запущена сеть четвёртого поколения стал Новосибирск , а чуть позже — и Москва .

На конец I квартала 2014 года в России было около 2 млн абонентов четвёртого поколения мобильной связи (LTE), к концу года ожидается 3 млн абонентов LTE, а к 2018 году их количество вырастет до 20 млн .

Технологии четвёртого поколения мобильной связи также могут быть использованы в сферах телемедицины, безопасности и охраны общественного порядка, дистанционного образования, транспортного управления и т. д.

В 2015 году Мегафон запустил 4G-сеть в 95 городах Урала. По подсчётам оператора, около 10 млн человек получили доступ к сетям 4G .

Список городов сети 4G в России

Предоставление государством спектра частот операторам мобильной и стационарной связи для связи четвёртого поколения в России. Всего сети 4G действуют сейчас в России в 64 регионах.

На 1 мая 2014 г. коммерческую эксплуатацию сети 4G производят: Yota , Freshtel , МегаФон — в 55 регионах, МТС , — в 27 регионах, « Билайн » — в 11 регионах. «МОТИВ» — в Уральском регионе.

Радиус действия базовой станции зависит от мощности излучения, а максимальная скорость передачи данных — от радиочастоты и удалённости от базовой станции. Теоретический предел для скорости в 1 Мбит/сек — от 3,2 км (2600 МГц) до 19,7 км (450 МГц)

---

Подключены сети быстрого интернета и к небольшим посёлкам и станицам. К примеру, могут пойти Еремизино-Борисовская , Терновская, Вперёд и многие другие хутора, станицы и села (приведённые поселения покрывает Tele2 (4G)).

Критика

В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску ). Информация должна быть проверяема , иначе она может быть удалена. Вы можете статью, добавив ссылки на авторитетные источники в виде сносок . ( 23 июня 2020 )

• Недостаток аппаратов, способных работать с сетями 4G, заключается в их высоком энергопотреблении и немного более крупных габаритах.
• В сетях 4G по состоянию на 2013 год удаётся передавать только данные, для голосового звонка телефоны переключаются в режим 3G (за исключением стран, где экспериментально внедрено решение VoLTE , например, Южной Кореи).
• Наиболее важной проблемой распространения 4G является низкая активность инвесторов. Развитие сетей четвёртого поколения задерживает и то, что сети 3G имеют высокий потенциал интенсивного и экстенсивного развития, применительно к территории РФ к этой проблеме добавляется низкая плотность населения .

См. также

• 5G
• Связь 6G

Примечания

Литература

• В. Вишневский , С. Портной , И. Шахнович . Энциклопедия WiMax. Путь 4G. — М.: , 2009. — 472 с. — ISBN 978-5-94836-223-6 .
• Вишневский В. М. , Ляхов А. И. , Портной С. Л. , Шахнович И. Л. Широкополосные беспроводные сети передачи информации. М.: Техносфера, 2005

Ссылки

• Глобальный стандарт МСЭ для сотовой связи — «IMT-Advanced»:
• Стандарт LTE-Advanced :
• Стандарт WiMAX 2 :