Confronto degli standard di telefonia mobile - Comparison of mobile phone standards
Questo è un confronto tra gli standard dei telefoni cellulari . Una nuova generazione di standard cellulari è apparsa circa ogni dieci anni dall'introduzione dei sistemi 1G nel 1979 e dall'inizio alla metà degli anni '80.
Problemi
Global System for Mobile Communications (GSM, circa l'80-85% di quota di mercato) e IS-95 (circa il 10-15% di quota di mercato) sono state le due tecnologie di comunicazione mobile 2G più diffuse nel 2007. Nel 3G, la tecnologia prevalente era l' UMTS con CDMA-2000 in stretta contesa.
Tutte le tecnologie di accesso radio devono risolvere gli stessi problemi: dividere lo spettro RF finito tra più utenti nel modo più efficiente possibile. Il GSM utilizza TDMA e FDMA per la separazione di utenti e celle. UMTS, IS-95 e CDMA-2000 utilizzano CDMA . WiMAX e LTE utilizzano OFDM .
- L'accesso multiplo a divisione di tempo (TDMA) fornisce l'accesso multiutente suddividendo il canale in intervalli di tempo sequenziali. Ogni utente del canale, a turno, trasmette e riceve segnali. In realtà, solo una persona sta effettivamente utilizzando il canale in un momento specifico. Questo è analogo alla condivisione del tempo su un server di computer di grandi dimensioni.
- L'accesso multiplo a divisione di frequenza (FDMA) fornisce l'accesso multiutente separando le frequenze utilizzate. Questo viene utilizzato in GSM per separare le celle, che quindi utilizzano TDMA per separare gli utenti all'interno della cella.
- Accesso multiplo a divisione di codice (CDMA) Questo utilizza una modulazione digitale chiamata spettro diffuso che diffonde i dati vocali su un canale molto ampio in modo pseudocasuale utilizzando un codice pseudocasuale specifico dell'utente o della cella. Il ricevitore annulla la randomizzazione per raccogliere i bit e produrre i dati originali. Poiché i codici sono pseudocasuali e selezionati in modo tale da causare un'interferenza minima tra loro, più utenti possono parlare contemporaneamente e più celle possono condividere la stessa frequenza. Ciò causa un ulteriore rumore del segnale costringendo tutti gli utenti a utilizzare più energia, il che in cambio riduce la portata delle celle e la durata della batteria.
- L'accesso multiplo a divisione di frequenza ortogonale (OFDMA) utilizza il raggruppamento di più piccole bande di frequenza ortogonali tra loro per consentire la separazione degli utenti. Gli utenti vengono multiplexati nel dominio della frequenza assegnando specifiche sottobande ai singoli utenti. Questo è spesso migliorato eseguendo anche TDMA e modificando periodicamente l'allocazione in modo che utenti diversi ottengano diverse sottobande in momenti diversi.
In teoria, CDMA, TDMA e FDMA hanno esattamente la stessa efficienza spettrale, ma in pratica ognuno ha le sue sfide: controllo della potenza nel caso del CDMA, tempo nel caso del TDMA e generazione/filtraggio della frequenza nel caso dell'FDMA.
Per un esempio classico per comprendere la differenza fondamentale di TDMA e CDMA, immagina un cocktail party in cui le coppie parlano tra loro in una stanza singola. La stanza rappresenta la larghezza di banda disponibile:
- TDMA: Un oratore, a turno, parla con un ascoltatore. L'oratore parla per un po' e poi si ferma per far parlare un'altra coppia. Non c'è mai più di un oratore che parla nella stanza, nessuno deve preoccuparsi che due conversazioni si mescolino. Lo svantaggio è che limita il numero pratico di discussioni nella stanza (in termini di larghezza di banda).
- CDMA: qualsiasi oratore può parlare in qualsiasi momento; tuttavia ognuno usa una lingua diversa. Ogni ascoltatore può capire solo la lingua del proprio partner. Man mano che sempre più coppie parlano, il rumore di fondo (che rappresenta il rumore di fondo ) diventa più forte, ma a causa della differenza di lingue, le conversazioni non si mescolano. Lo svantaggio è che a un certo punto non si può parlare più forte. Dopo questo, se il rumore aumenta ancora (più persone si uniscono alla festa/cella) l'ascoltatore non può capire di cosa sta parlando l'oratore senza avvicinarsi all'oratore. In effetti, la copertura cellulare CDMA diminuisce all'aumentare del numero di utenti attivi. Questo si chiama respirazione cellulare.
Tavola di comparazione
Generazione | Tecnologia | Caratteristica | Codifica | Anno del primo utilizzo | Roaming | Interoperabilità del telefono | Interferenza comune | Qualità del segnale/area di copertura | Utilizzo della frequenza/densità di chiamata | Giù le mani | Voce e dati allo stesso tempo |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1G | FDMA | NMT | Analogico | 1981 | Nordici e molti altri paesi europei | Nessuna | Nessuna | Buona copertura grazie alle basse frequenze | Densità molto bassa | Difficile | No |
2G | TDMA e FDMA | GSM | Digitale | 1991 | In tutto il mondo, tutti i paesi tranne Giappone e Corea del Sud South | carta SIM | Alcuni componenti elettronici, ad esempio amplificatori | Buona copertura indoor su 850/900 MHz. Ripetitori possibili. Limite difficile 35 km. | Densità molto bassa | Difficile | Sì GPRS Classe A |
2G | CDMA | IS-95 (CDMA uno) | Digitale | 1995 | Limitato | Nessuna | Nessuna | Dimensioni della cella illimitate, la bassa potenza del trasmettitore consente celle di grandi dimensioni | Densità molto bassa | morbido | No |
3G | CDMA | IS-2000 (CDMA 2000) | Digitale | 2000 / 2002 | Limitato | RUIM (usato raramente) | Nessuna | Dimensioni della cella illimitate, la bassa potenza del trasmettitore consente celle di grandi dimensioni | Densità molto bassa | morbido | No EVDO / Sì SVDO |
3G | W-CDMA | UMTS (3GSM) | Digitale | 2001 | In tutto il mondo | carta SIM | Nessuna | Celle più piccole e copertura interna inferiore a 2100 MHz; copertura equivalente in interni e portata superiore al GSM su 850/900 MHz. | Densità molto bassa | morbido | sì |
4G | OFDMA | LTE | Digitale | 2009 | Limitato | carta SIM | Nessuna | Più piccole celle e minore copertura sulla banda S . | Densità molto bassa | Difficile | No (solo dati) Voce possibile tramite VoLTE o fallback su 2G/3G |
5G | OFDMA | NR | Digitale | 2018 | Limitato | carta SIM | Nessuna | Cellule dense su onde millimetriche . | Densità molto bassa | Difficile | No (solo dati) Voce possibile tramite VoNR |
Compatibilità di rete | Standard o revisione |
---|---|
GSM ( TDMA , 2G ) | GSM (1991), GPRS (2000), EDGE (2003) |
cdmaOne ( CDMA , 2G ) | cdmaOne (1995) |
CDMA2000 ( CDMA / TDMA , 3G ) | EV-DO (1999), Rev. A (2006), Rev. B (2006), SVDO (2011) |
UMTS ( CDMA , 3G ) | UMTS (1999), HSDPA (2005), HSUPA (2007), HSPA+ (2009) |
4G | LTE (2009), LTE avanzato (2011), LTE avanzato Pro (2016) |
5G | NR (2018) |
Punti di forza e di debolezza di IS-95 e GSM
Vantaggi del GSM
- Minor deterioramento del segnale all'interno degli edifici.
- Possibilità di utilizzare ripetitori .
- Il tempo di conversazione è generalmente più elevato nei telefoni GSM a causa della natura a impulsi della trasmissione.
- La disponibilità dei moduli di identità dell'abbonato consente agli utenti di cambiare rete e telefono a piacimento, a parte un blocco di sovvenzione .
- Il GSM copre praticamente tutte le parti del mondo, quindi il roaming internazionale non è un problema.
- Il numero molto maggiore di abbonati a livello globale crea un effetto di rete migliore per i produttori di telefoni GSM, i gestori e gli utenti finali.
Svantaggi del GSM
- Interferisce con alcuni componenti elettronici, in particolare con alcuni amplificatori audio.
- La proprietà intellettuale è concentrata tra pochi operatori del settore, creando barriere all'ingresso di nuovi operatori e limitando la concorrenza tra i produttori di telefoni. La situazione è tuttavia peggiore nei sistemi basati su CDMA come IS-95, dove Qualcomm è il principale titolare di IP.
- Il GSM ha una portata massima fissa del sito cellulare di 120 km, imposta da limitazioni tecniche . Questo è ampliato dal vecchio limite di 35 km.
Vantaggi di IS-95
- La capacità è la più grande risorsa di IS-95; può ospitare più utenti per MHz di larghezza di banda rispetto a qualsiasi altra tecnologia.
- Non ha limiti predefiniti al numero di utenti simultanei.
- Utilizza orologi precisi che non limitano la distanza che una torre può coprire.
- Consuma meno energia e copre grandi aree, quindi la dimensione della cella in IS-95 è maggiore.
- In grado di produrre una chiamata ragionevole con livelli di segnale (ricezione del telefono cellulare) inferiori.
- Utilizza soft handoff , riducendo la probabilità di chiamate perse.
- I codificatori vocali a velocità variabile di IS-95 riducono la velocità di trasmissione quando l'altoparlante non sta parlando, il che consente di impacchettare il canale in modo più efficiente.
- Ha un percorso ben definito per velocità di trasmissione dati più elevate.
Svantaggi di IS-95
- La maggior parte delle tecnologie è brevettata e deve essere concessa in licenza da Qualcomm .
- Respirazione delle stazioni base, dove l'area di copertura si restringe sotto carico. Man mano che il numero di abbonati che utilizzano un determinato sito aumenta, l'intervallo di quel sito diminuisce.
- Poiché le torri IS-95 interferiscono tra loro, vengono normalmente installate su torri molto più corte. Per questo motivo, IS-95 potrebbe non funzionare bene su terreni collinari.
- USSD, PTT, concatenati/E-sms non sono supportati da IS-95/CDMA
- IS-95 copre una porzione più piccola del mondo e i telefoni IS-95 generalmente non sono in grado di effettuare il roaming internazionale.
- I produttori sono spesso riluttanti a rilasciare i dispositivi IS-95 a causa del mercato più piccolo, quindi le funzionalità a volte arrivano in ritardo sui dispositivi IS-95.
- Anche escludendo i blocchi delle sovvenzioni , i telefoni CDMA sono collegati da ESN a una rete specifica, quindi i telefoni in genere non sono portatili tra i provider.
Questo grafico confronta le quote di mercato dei diversi standard mobili.
In un mercato in rapida crescita, GSM/3GSM (rosso) cresce più velocemente del mercato e sta guadagnando quote di mercato, la famiglia CDMA (blu) cresce all'incirca allo stesso ritmo del mercato, mentre altre tecnologie (grigio) vengono gradualmente eliminate
Confronto degli standard Internet wireless
Come riferimento, segue un confronto tra gli standard Internet wireless mobili e non mobili.
Nome comune |
Famiglia | Uso primario | Tecnologia radiofonica |
A valle (Mbit/s) |
A monte (Mbit/s) |
Appunti |
---|---|---|---|---|---|---|
HSPA+ | 3GPP | Internet mobile |
CDMA / TDMA / FDD MIMO |
21 42 84 672 |
5,8 11,5 22 168 |
HSPA+ è ampiamente diffuso . La revisione 11 del 3GPP afferma che HSPA+ dovrebbe avere una capacità di trasmissione di 672 Mbit/s. |
LTE | 3GPP | Internet mobile | OFDMA / TDMA / MIMO / SC-FDMA / per LTE-FDD / per LTE-TDD | 100 Cat3 150 Cat4 300 Cat5 (in 20 MHz FDD) |
50 Cat3/4 75 Cat5 (in 20 MHz FDD) |
L' aggiornamento LTE-Advanced dovrebbe offrire velocità di picco fino a 1 Gbit/s di velocità fissa e 100 Mb/s agli utenti mobili. |
WiMax rel 1 | 802.16 | WirelessMAN | MIMO - SOFDMA | 37 (10 MHz TDD) | 17 (10 MHz TDD) | Con MIMO 2x2. |
WiMax rel 1.5 | 802.16-2009 | WirelessMAN | MIMO - SOFDMA | 83 (20 MHz TDD) 141 (2x20 MHz FDD) |
46 (20 MHz TDD) 138 (2x20 MHz FDD) |
Con 2x2 MIMO. Potenziato con canali da 20 MHz in 802.16-2009 |
WiMAX versione 2.0 | 802.16 m | WirelessMAN | MIMO - SOFDMA |
2x2 MIMO 110 (20 MHz TDD) 183 (2x20 MHz FDD) 4x4 MIMO 219 (20 MHz TDD) 365 (2x20 MHz FDD) |
2x2 MIMO 70 (20 MHz TDD) 188 (2x20 MHz FDD) 4x4 MIMO 140 (20 MHz TDD) 376 (2x20 MHz FDD) |
Inoltre, gli utenti con mobilità ridotta possono aggregare più canali per ottenere un throughput di download fino a 1 Gbit/s |
Flash-OFDM | Flash-OFDM | Mobilità Internet mobile fino a 200 mph (350 km/h) |
Flash-OFDM | 5,3 10,6 15,9 |
1.8 3.6 5.4 |
Autonomia mobile 30 km (18 miglia) Autonomia estesa 55 km (34 miglia) |
HIPERMAN | HIPERMAN | Internet mobile | OFDM | 56.9 | ||
Wifi | 802.11 ( 11n ) |
LAN senza fili | OFDM / CSMA / MIMO / Half Duplex | 288,8 (utilizzando la configurazione 4x4 con larghezza di banda di 20 MHz) o 600 (utilizzando la configurazione 4x4 con larghezza di banda di 40 MHz) |
Antenna , miglioramenti del front-end RF e piccole modifiche al timer del protocollo hanno aiutato a implementare reti P2P a lungo raggio compromettendo la copertura radiale, il throughput e/o l'efficienza degli spettri ( 310 km e 382 km ) |
|
iBurst | 802.20 | Internet mobile | HC-SDMA / TDD / MIMO | 95 | 36 | Raggio cella: 3–12 km Velocità: 250 km/h Efficienza spettrale: 13 bit/s/Hz/cella Fattore di riutilizzo dello spettro: "1" |
EDGE Evolution | GSM | Internet mobile | TDMA / FDD | 1.6 | 0,5 | 3GPP versione 7 |
UMTS W-CDMA HSPA ( HSDPA + HSUPA ) |
UMTS/3GSM | Internet mobile |
CDMA / FDD CDMA/FDD/ MIMO |
0,384 14,4 |
0,384 5,76 |
HSDPA è ampiamente distribuito . Velocità di downlink tipiche oggi 2 Mbit/s, uplink ~200 kbit/s; Downlink HSPA+ fino a 56 Mbit/s. |
UMTS-TDD | UMTS/3GSM | Internet mobile | CDMA / TDD | 16 | Velocità riportate secondo IPWireless con modulazione 16QAM simile a HSDPA + HSUPA | |
EV-DO Rel. 0 EV-DO Rev.A EV-DO Rev.B |
CDMA2000 | Internet mobile | CDMA / FDD | 2,45 3,1 4,9xN |
0,15 1,8 1,8xN |
Nota Rev B: N è il numero di portanti 1,25 MHz utilizzate. EV-DO non è progettato per la voce e richiede un fallback a 1xRTT quando viene effettuata o ricevuta una chiamata vocale. |
Note: Tutte le velocità sono massime teoriche e varieranno in base a una serie di fattori, compreso l'uso di antenne esterne, la distanza dalla torre e la velocità al suolo (ad es. le comunicazioni su un treno possono essere più scarse rispetto a quando si è fermi). Solitamente la larghezza di banda è condivisa tra più terminali. Le prestazioni di ciascuna tecnologia sono determinate da una serie di vincoli, tra cui l' efficienza spettrale della tecnologia, le dimensioni delle celle utilizzate e la quantità di spettro disponibile. Per ulteriori informazioni, vedere Confronto tra standard di dati wireless .
Per ulteriori tabelle di confronto, vedere le tendenze di avanzamento della velocità in bit , il confronto degli standard dei telefoni cellulari , la tabella di confronto dell'efficienza spettrale e la tabella di confronto del sistema OFDM .
Guarda anche
- Confronto degli standard di dati wireless
- Tabella comparativa dell'efficienza spettrale
- SMS – contengono il contenuto della sua standardizzazione
Riferimenti
- ^ "Statistiche degli abbonati fine Q1 2007" (PDF) . Archiviato dall'originale (PDF) il 27 settembre 2007 . Estratto il 22 settembre 2007 .
- ^ "Il gruppo di sviluppo CDMA annuncia 'SVDO': gestire chiamate e dati allo stesso tempo" . Wpcentral.com . 18 agosto 2009 . Estratto il 30 luglio 2018 .
- ^ "La rete più grande e affidabile della nazione - AT&T" . Wireless.att.com . Archiviato dall'originale il 15 agosto 2018 . Estratto il 30 luglio 2018 .
- ^ "IS-95 (CDMA) e GSM (TDMA)" . Archiviato dall'originale il 26 febbraio 2011 . Estratto il 3 febbraio 2011 .
- ^ "Copia archiviata" . Archiviato dall'originale il 23 gennaio 2011 . Estratto il 18 gennaio 2011 .CS1 maint: copia archiviata come titolo ( link )
- ^ "Copia archiviata" . Archiviato dall'originale il 9 maggio 2006 . Estratto il 14 giugno 2006 .CS1 maint: copia archiviata come titolo ( link )
- ^ "Domande frequenti sui PC" . Archiviato dall'originale il 9 maggio 2005.
- ^ a b "LTE" . Sito web 3GPP . 2009 . Estratto il 20 agosto 2011 .
- ^ a b c "WiMAX e IEEE 802.16m Air Interface Standard" (PDF) . WiMax Forum. 4 aprile 2010 . Estratto il 7 febbraio 2012 .