Мобильные стандарты, оставшиеся в прошлом: от аналога к «Wi-Fi на стероидах»

С развитием мобильных технологий операторы отказываются от устаревших стандартов связи, переходя на новые и более эффективные. Мы решили вспомнить, какие мобильные технологии, ушедшие в прошлое, оставили свой след в телеком-индустрии.

Первое поколение мобильной связи — 1G — использовало аналоговую модуляцию радиосигналов. На заре технологии в разных странах и регионах были разработаны собственные системы, несовместимые друг с другом:

• NMT (Nordic Mobile Telephone) — Северная Европа, Швейцария, Нидерланды, Восточная Европа и Россия;
• NTT — (Nippon Telephone and Telegraph system) — Япония;

• AMPS (Advanced Mobile Phone System) — США, Канада, Австралия и Южная Америка;
• TACS (Total Access Communications System) — Великобритания, Ирландия, Испания и Австрия;
• С-450 — Германия и Португалия;
• RTMS (Radio Telephone Mobile System) — Италия;
• Radiocom 2000 — Франция.

Стандарты 1G позволяли пользователям только звонить, так как никто ещё не задумывался о передаче данных. Также у них был существенный минус — низкая ёмкость сети. Например, в 1980-х сеть мобильной связи в Нью-Йорке могла поддерживать одновременно лишь 12 голосовых соединений — остальным абонентам приходилось ждать очереди.

Кроме того, разговоры по телефону не подвергались шифрованию, следовательно, злоумышленники легко могли их подслушать. Всё это подтолкнуло исследователей к разработке других технологий — начиная с 2G сети мобильной связи стали цифровыми.

Европейские операторы понимали проблему «лоскутного одеяла» из несовместимых аналоговых систем и перешли к единому общеевропейскому стандарту GSM. В свою очередь, в США разнообразие стандартов в мире не смущало телеком-компании. AMPS стал популярным в стране — из-за этого американские операторы решили не переходить на глобальные стандарты, а найти собственный выход. Им стал стандарт D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone System), который позволил переключаться между цифровыми и аналоговыми системами в одном и том же диапазоне. Он работал в диапазонах 800 МГц и 1900 МГц.

Первая коммерческая сеть стандарта D-AMPS появилась в 1990 году. Также технология нашла распространение ещё в 80 странах, в том числе в России. С D-AMPS начинал бизнес «ВымпелКом» в 1994 году.

Главный вклад D-AMPS в развитие мировых систем — применение технологии TDMA (Time Division Multiple Access), множественного доступа с временным разделением. Это способ использования радиочастот, когда в одном частотном интервале находится несколько абонентов, которые задействуют разные временные слоты для передачи информации. Благодаря этому ёмкость сети была увеличена в три раза по сравнению с AMPS. Технология TDMA теперь используется в стандарте GSM, спутниковой связи и в кабельных сетях.

В 2003 году по всему миру количество абонентов, подключённых к сетям стандарта D-AMPS, составляло 111 млн. Для сравнения: число пользователей GSM превышало 860 млн — на сети этого стандарта приходилось 72% абонентской базы мобильных цифровых коммуникаций. В дальнейшие годы подключённых к D-AMPS устройств становилось меньше.

D-AMPS терял свои позиции из-за проблем с роумингом: в Европе почти не было сетей с этим стандартом, следовательно, американские абоненты не могли воспользоваться услугами связи в этом регионе. Другая проблема — пользователь не мог сменить абонентский номер или оператора без похода в офис телеком-компании, так как идентификационные данные вшивались непосредственно в телефон. В то же время стандарт GSM уже применял сим-карты. Ещё одной причиной потери позиций стало отсутствие режима идентификации оборудования и владельца телефона, поэтому в D-AMPS остро стояла проблема двойников.

В 2007 году крупнейший D-AMPS-оператор в США и мире, американский AT&T, отказался от сетей в этом стандарте — компания освободила используемый спектр для развивающихся GSM и UMTS (WCDMA). Это стало поворотной точкой в развитии технологии. D-AMPS проработал во всем мире примерно до 2012 года — в России операторам пришлось «очистить» от него диапазон 800 МГц для развития цифрового телевидения. В нашей стране последняя сеть стандарта D-AMPS, которая принадлежала калининградской компании «Связьинформ», завершила работу 1 октября 2012 года.

Это ещё один стандарт связи, который США подарили миру. В 1993 году компания Qualcomm разработала на базе технологии CDMA стандарт IS-95 — он стал известен под брендинговым названием cdmaOne. В коммерческую эксплуатацию стандарт вышел в 1995 году — как и D-AMPS, работал в диапазонах 800 МГц и 1900 МГц. cdmaOne был развернут не только в США, но и Южной Корее, Гонконге и даже России — сети этого стандарта появились в Москве в 1998 году. Крупнейшим игроком на этом рынке была компания «Сонет», проработавшая до 2005 года.

Основа стандарта — технология CDMA, которая применяет кодовое разделение сигналов, в отличие от GSM и D-AMPS, задействовавших технологию TDMA. При CDMA каждый абонент, подключённый к базовой станции, использует весь доступный частотный ресурс, общий для всех пользователей. При этом базовая станция «общается со всеми одновременно». Радиосигнал каждого собеседника зашифрован специальным кодом, что выделяет его из общего радиоэфира.

У cdmaOne был ряд преимуществ перед GSM и другими конкретными стандартами:

• более высокое качество передачи речи;
• более надежная защита разговоров — перехваченный в cdmaOne сигнал выглядит как шум, из которого тяжело выделить отдельного абонента;
• при CDMA мобильные телефоны задействуют меньше энергии;
• в несколько раз эффективнее использует частотный ресурс;
• пропускная способность при передаче данных 1xRTT выше, чем у GPRS от GSM.

Так как cdmaOne эффективно использовал радиочастотный спектр, на его основе развились сети третьего поколения — стандарты CDMA2000 и WCDMA (UMTS).

Тем не менее cdmaOne тоже остался в прошлом по схожим с D-AMPS причинам — отсутствие полноценного роуминга во всём мире и невозможность поменять идентификационный номер без похода в салон связи (у cdmaOne тоже не было поддержки сим-карт).

Также телефоны, работающие с cdmaOne, оказывали влияние на другие радиоустройства и создавали им помехи. Кроме того, развитие этого стандарта требовало больших вычислительных мощностей и финансовых вложений.

В 2003 году количество абонентов сетей в cdmaOne достигло 157 млн человек, а к 2008 году — 431 млн. В истории цифровых сетей 2G именно этот стандарт стал наиболее динамично растущим, хоть и был запущен позже, чем D-AMPS и GSM. Но ему всё равно не удалось побороть европейского конкурента, и с 2007–2008 годов он начал терять популярность. Постепенное отключение cdmaOne всё еще происходит в США, а последняя сеть в России была отключена в 2018 году.

Стандарт (Worldwide Interoperability for Microwave Access) — одно из самых спорных явлений в телекоммуникационной индустрии. Например, специалисты области радиосвязи дискутировали, считать ли «мобильный» WiMAX сотовой связью.

С одной стороны, технология основана на «немобильных» стандартах (на базе IP), и у неё нет предшествующих инноваций в сетях второго поколения. С другой стороны, стандарт всё-таки имеет признаки сотовых систем связи. Главный из них — ячеистая структура радиопокрытия, которая позволяет переиспользовать частоты в другой географической зоне. Также Mobile WiMAX даёт возможность хэндовера между сотами — установленное в области покрытия одной базовой станции соединение может без разрыва передаваться в соседнюю соту.

При этом WiMAX близок к Wi-Fi по самой технологии. Стандарт иногда называют «Wi-Fi на стероидах» за его более высокую пропускную способность по сравнению с Wi-Fi-сетями.

Принято относить WiMAX к четвёртому поколению связи. Это обусловлено высокой скоростью передачи данных (несколько сотен мегабит в секунду, что сравнимо с LTE) и отсутствием голосовой связи в самом стандарте — звонки в WiMAX реализуются по технологии VoIP (Voice over IP).

У WiMAX было много достоинств, операторы связи рассматривали его как перспективную технологии и собирались с его помощью закрыть «последнюю милю». Стандарт обладал широкой пропускной способностью (до 75 Мбит/с), отличался простотой развёртывания и легкой масштабируемостью, а его радиус действия составлял 25–80 км.

Название «WiMAX» было создано WiMAX Forum — организацией, которая была основана в июне 2001 года с целью продвижения и развития данной технологии.

С 2005 по 2010 год сети WiMax начали появляться по всему миру.

Первым российским оператором, который применил технологию, стал Yota. В 2008 году компания установила в Москве и Санкт-Петербурге 150 базовых станций, работающих в диапазоне 2,5–2,7 ГГц.

В середине 2010 года количество пользователей WiMAX по всему миру достигло 10 млн человек. Из них 600 тысяч приходилось на Yota — аналитики посчитали компанию крупнейшим WiMAX-оператором в Европе. Также в тройку лидеров вошли американский Clearwire и ирландский Imagine Communications.

Но к 2012 году стало понятно, что WiMAX не выдерживает конкуренции ни с фиксированными сетями (они уже были хорошо развиты и имели более высокие скорости), ни со стандартом LTE, сети которого операторы стали активно развёртывать в разных странах.

В этом же году Yota отказалась от WiMAX, успешно «пересадив» своих пользователей на первую в России LTE-сеть. Своим клиентам оператор бесплатно заменил оборудование. Покрытие базовых станций LTE обеспечило более комфортную зону обслуживания и предоставило качественно новый уровень связи по сравнению с WiMAX.

Несмотря на то, что LTE появился позже, чем WiMAX, для операторов переход на сети этого стандарта стал обновлением существующей инфраструктуры. При этом WiMAX был для них совершенно новой технологией, поэтому телеком-компании опасались вкладывать значительные средства.

Для своего времени WiMAX предлагал невероятные скорости мобильного интернета и впервые использовал технологию MIMO (Multiple Input Multiple Output) — метод пространственного кодирования сигнала, позволяющий увеличить полосу пропускания канала. Стандарт LTE взял решение MIMO на вооружение.

Благодаря эволюции связи сегодня мы можем не только мгновенно позвонить в любую страну, но и передать видео и фото, получая данные даже из космоса. Каждое новое поколение технологий связано с существенным увеличением возможностей. Специалисты постоянно работают над тем, чтобы найти новые решения, которые смогут повысить скорость и надёжность передачи данных.