SITNA CREVCA<>
082016<><>

Mobilne mreže

Čekajući 5G

Odlučili smo da opišemo ukratko istorijat mobilnih mreža, šta se trenutno dešava na tom polju, ali i da prikažemo trenutne planove za budućnost.

Mobilni telefoni su sjajne spravice pomoću kojih možemo da razgovaramo sa bilo kim u zemlji i svetu gde god da se nalazimo, da imamo ceo svoj imenik uvek sa sobom, pregledamo informacije sa interneta, igramo igre, slušamo muziku, koristimo ih za navigaciju i mnogo toga drugog. Sve to ne bi bilo moguće bez korišćenja mobilnih mreža. Iako smo se na mobilne telefone navikli toliko da ne možemo da zamislimo svakodnevni život bez njih, još uvek za većinu nas postoje nedoumice vezane za određene karakteristike, funkcije i opcije – bilo da su to proste stvari poput Vibera, ili neke komplikovanije poput termina – 5G.

Pre svega, počnimo od toga kako mobilna mreža u stvari funkcioniše. Za početak, bitno je znati da je mobilna mreža u stvari zasnovana na radio tehnologiji – sofisticiranoj radio tehnologiji u odnosu na „standardnu”, ali radio tehnologiji u suštini.

Ćelijske mreže

Mobilne mreže koriste koncept ćelijskih mreža (eng. cellular network) i imaju tu prednost da zahvaljujući deljenju površine grada na manje ćelije imaju mogućnost ponovnog korišćenja radio frekvencija kroz grad. Na taj način omogućavaju korišćenje mnogo većeg broja mobilnih telefona istovremeno.

U tipičnoj analognoj ćelijskoj mreži, komunikacioni provajder ima oko 800 frekvencija za korišćenje u određenom gradu. Površina grada se deli na ćelije, od kojih svaka ima veličinu od oko 26 kvadratnih kilometara. Ćelije su obično osmougaonog oblika i nalaze se na mreži osmouglova.

U svakoj ćeliji postoji bazna stanica koja se sastoji od tornja i prizemnog prostora u koju je smešten ostatak tehničke opreme, poput radio primopredajnika koji su povezani kablovima sa antenama na vrhu stuba. S obzirom na to da su primopredajnici u baznim stanicama i mobilnim telefonima niske snage, frekvencije se mogu ponovo koristiti u ćelijama koje nisu susedne.

Kanali

Jedna ćelija u analognom ćelijskom sistemu koristi sedminu raspoloživih dvostrukih glasovnih kanala, tako da ima jedinstven set frekvencija među kojima nema kolizija. Ako za primer uzmemo da komunikacioni provajder ima tačno 832 radio frekvencije na raspolaganju u jednom gradu, da svaki telefon koristi dve frekvencije po pozivu i da postoje 42 frekvencije koje se koriste kao kontrolni kanali, preostaje 395 glasovnih kanala za korišćenje. S toga, svaka ćelija barata sa oko 56 slobodnih glasovnih kanala, ili drugim rečima, u svakoj ćeliji 56 ljudi može u jednom trenutku da razgovara svojim mobilnim telefonom. Analogni ćelijski sistemi se smatraju mobilnim mrežama prve generacije (1G). Sa mrežama druge generacije (2G) dolaze digitalne prenosne metode i broj slobodnih kanala se povećava.

Mreže prve generacije – 1G

Daleke 1983. godine uveden je napredni mobilni telefonski sistem (skraćeno AMPS) i prvi put korišćen u Čikagu, u SAD. Ovaj sistem je koristio raspon frekvencija od 824 do 894 megaherca za analogne telefone. Svaki provajder usluga dobijao je po 832 frekvencije – 790 za glasovne pozive i 42 za podatke. Par frekvencija je služilo za formiranje jednog kanala – jedna za slanje, druga za prijem. Širina kanala je bila 30 kiloherca, da bi kvalitet zvuka koji se prenosi imao približan kvalitet onome u fiksnoj telefoniji.

Frekvencije za slanje i primanje svakog glasovnog kanala su odvojene sa 45 megaheca da ne bi bilo smetnji. Ukupan broj glasovnih kanala je bio 395, a tu su bili i podatkovni kanali kojih je bilo 21, a oni su korišćeni za registraciju poziva i pejdžing sistem.

Postojala je i verzija ovog sistema koja je koristila neke digitalne tehnologije pod nazivom NAMPS (Narrowband AMPS). Te digitalne tehnologije omogućavale su sistemu da izvršava do tri puta više poziva nego originalna verzija. Iako koristi digitalnu tehnologiju u jednom delu, smatra se mrežom prve generacije. AMPS i NAMPS rade samo u opsegu od 800 megaherca i ne daju mnoge opcije koje postoje u digitalnim sistemima.

Mreže druge generacije – 2G

Mreže druge generacije koriste digitalne tehnologije preko istih radio tehnologija koje su koristile mreže prve generacije, ali na drugi način. Analogni sistemi ne iskorišćavaju signal između telefona i ćelijske mreže u potpunosti – analogni signali ne mogu biti kompresovani, niti se sa njima može manipulisati sa lakoćom kao što se može činiti sa digitalnim signalima. Korišćenjem digitalne tehnologije, u isti propusni opseg može se ubaciti mnogo više kanala. Digitalni sistemi konvertuju glas u binarne podatke i onda ih kompresuju. Ova kompresija omogućava da između tri i deset digitalnih kanala koriste propusni opseg koji je zauzimao samo jedan analogni.

Postoje tri uobičajene tehnologije korišćene za prenos informacija u mrežama druge generacije: FDMA (Frequency Division Multiple Access), TDMA (Time Division Multiple Access) i CDMA (Code Division Multiple Access). Iako zvuče vrlo zastrašujuće, iz samog naziva se može jednostavno zaključiti kako otprilike funkcionišu – prva reč govori o tome koji je tip pristupa u pitanju, a druga reč govori o tome da deli pozive prema tipu pristupa. FDMA stavlja svaki poziv na zasebnu frekvenciju, TDMA dodeljuje svakom pozivu određeno vreme na određenoj frekvenciji, a CDMA dodeljuje jedinstven kôd svakom pozivu i „prostire” ga preko slobodnih frekvencija. Poslednji deo svakog naziva označava jednostavno da više od jednog korisnika može da koristi jednu ćeliju.

TDMA

TDMA se koristi u nekoliko standarda: Interim Standard 54 (IS-54), Interim Standard 136 (IS-136) i Global System for Mobile Communications (GSM). Koristeći TDMA, propusni opseg širine 30 kiloherca i dužine 6,7 milisekundi, vreme je podeljeno u tri vremenska slota. Na taj način razgovor dobija radio vezu na jednu trećinu vremena, što omogućava konverzija u digitalni oblik i kompresija, tako da joj treba dosta manje prostora za prenos. Zbog toga kod TDMA imamo tri puta veći kapacitet nego kod analognog na istom broju kanala. Kod IS-54 radna frekvencija je na 800 megaherca, a kod IS-136 na 1900 megaherca.

Kod GSM standarda, stvari su nešto drugačije – GSM implementira TDMA različito i nekompatibilno sa IS-136. To možemo uporediti na sledeći način. O GSM-u i IS-136 možemo razmišljati kao o dva operativna sistema koja rade na istoj platformi – kao što je slučaj sa Windows i Linux operativnim sistemima na x64 platformi. GSM sistemi koriste šifrovanje da bi načinili glasovne pozive sigurnijim. On funkcioniše na opsezima od 900 i 1800 megaherca u Evropi i Aziji, i na 850 i 1900 megaherca u SAD.

GSM je internacionalni standard i koristi se u Evropi, Australiji, većem delu Azije i Afrike, i nekim delovima SAD. U pokrivenim područjima, korisnici mobilnih telefona mogu kupiti jedan telefon koji će raditi bilo gde, gde je standard podržan. Da bi se povezali sa određenim provajderom usluga u različitim zemljama, sve što je potrebno je promena SIM (Subscriber Identification Module) kartice i telefon koji radi na tim frekvencijama. SIM kartice sadrže sve potrebne podatke za povezivanje i identifikatore koji su potrebni za pristup mreži određenog provajdera.

CDMA

CDMA ima potpuno drugačiji pristup od TDMA. CDMA nakon digitalizacije podataka koristi slobodnu širinu propusnog opsega za slanje. Nekoliko poziva se preklapaju na jednom kanalu, ali svakom je dodeljen jedinstveni kod, te nema mešanja. CDMA je neki oblik Spread Spectrum tehnologije, što uprošćeno znači da se podaci šalju u malim delićima preko nekoliko diskretnih frekvencija raspoloživih za upotrebu u bilo kom trenutku u zadatom opsegu.

Svi korisnici emituju u istom širokopojasnom delu opsega. Svaki korisnički signal je poslat preko celog opsega sa jedinstvenim kodom slanja. Na prijemniku taj isti jedinstveni kod se koristi za rekonstrukciju signala. Između osam i 10 zasebnih poziva može biti smešteno u istu širinu kanala kao kod analognih sistema. CDMA tehnologija je osnova standarda Interim Standard 95 (IS-95) i radi na opsezima od 800 i 1900 megaherca.

U teoriji, TDMA i CDMA sistemi su „nevidljivi” jedni za druge, ali u praksi se pokazalo da može da bude problema. CDMA signali visoke snage podižu prag šuma za TDMA prijemnike, a TDMA signali visoke snage mogu da prouzrokuju preopterećenje i rušenje CDMA prijemnika.

Mreže druge i po generacije – 2.5G

Između druge i treće generacije mobilnih mreža krenuo je sa razvojem set protokola koji je napredniji od 2G, ali nije dovoljno inovativan da bi se smatrao 3G tehnologijom. O njima se govori kao o 2.5G tehnologijama, od kojih su neke još uvek u upotrebi.

General Packet Radio Services (GPRS) je bežični servis za prenos podataka. Za razliku od glasovnog prenosa, ovaj servis je uvek uključen. On omogućava telefonima pristup internetu, dopisivanje preko instant mesindžera, izigravanje modema za bežično povezivanje sa internetom i primanje e-pošte. Maksimalna brzina koja je postizana preko njega bila je 114 kbit/s.

Drugi protokol koji se još uvek koristi, a brži je od GPRS-a zove se Enhanced Data GSM Environment (EDGE). EDGE može da šalje i prima podatke na brzinama do 384 kbit/s.

Mreže treće generacije – 3G

3G je treća generacija mobilnih mreža i namenjena je za multimedijalnu upotrebu mobilnih telefona, sada već poznatih pod popularnim nazivom smartfon. Multimedijalne opcije su dovele do povećanja potrebe za širim propusnim opsegom i većim brzinama prenosa, kao i potrebe za bržim pristupom internetu, audio i video strimingu.

3G može koristiti jedan od tri različita sistema za ćelijski pristup: WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) / UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), CDMA2000 baziran na 2G CDMA i TD-SCDMA (Time Division Synchonous Code Division).

3G mreže imaju transfere koji se kreću od tri do čak 20 Mbit/s, za razliku od 2.5G u kojima je išao od 144 do 384 kbit/s. 3G je iz tog razloga odličan za surf internetom, kao i za preuzimanje multimedijalnih fajlova, ali i osnovnih radnji kao što je recimo e-pošta sa dodacima i faks. Takođe, kao opcija se pojavljuju i video poziv, video konferencije i strimovanje videa.

Mreže pre četvrte generacije – 3.9G

Određeni izvori smatraju prva izdanja LTE i Mobile WiMAX implementacija za „pre-4G” ili „skoro 4G” rešenja iz razloga što ta rešenja ne ispunjavaju potpuno planirane i propisane zahteve propusnog opsega od jednog Gbit/s za stacionarnu primopredaju i 100 Mbit/s za primopredaju u stanju pokreta. Konfuziji su (naravno) doprineli mobilni telekom provajderi koji su (u želji da zarade još više) lansirali proizvode reklamirane kao 4G, a koji ne ispunjavaju sve ITU-R smernice definisane za mreže četvrte generacije. Otud šaljivi naziv 3.9G (skoro 4G, al’ ne baš...). Implementacije mobilnog WiMAX-a i prve generacije LTE-a su zapravo privremena rešenja koja treba da „popune rupu”, odnosno ponude značajna poboljšanja pre početka implementacije WiMAX 2 (baziranog na 802.16m specifikaciji) i LTE Advanced rešenja koja predstavljaju pravi 4G. 3.9G je poslednja generacija primenjena u mobilnim komunikacijama u većini zemalja u svetu, uključujući i Srbiju.

Mreže četvrte generacije – 4G

4G sistem mora da obezbedi mogućnosti definisane od strane ITU (International Telecommunication Union) u standardu IMT Advanced (International Mobile Telecommunications Advanced). Potencijalne i trenutne primene uključuju napredan pristup mobilnom internetu, IP telefoniju, gejming servise, mobilnu TV visoke definicije, video konferencije i 3D televiziju.

Nasuprot prethodnim generacijama, 4G sistem ne podržava tradicionalne telefonske servise, već samo servise potpuno bazirane na IP-u (Internet Protocol), kao što je na primer IP telefonija. Spread Spectrum radio tehnologija korišćena u 3G sistemima je potpuno napuštena u svim 4G sistemima i zamenjena OFDMA Multi-Carrier prenosima i drugim FDE (Frequency Domain Equalization) šemama, što omogućava prenos veoma visokih bit rate-ova uprkos obimnoj Multi-Path radio propagaciji (eho). Vršni bit rate je dalje poboljšan pomoću tehnologije Smart Antenna Array za MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) komunikacije.

Sve tehnologije koje su predložene, predate i odobrene od strane ITU kao 4G kandidati bazirane su na jednoj od ove dve tehnologije: LTE Advanced standardizovane od strane 3GPP (3rd Generation Partnership Project) i 802.16m (kao što je npr. WiMAX Release 2) standardizovane od strane IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Mobile WiMAX Release 2 (WirelessMAN Advanced, 802.16m) i LTE Advanced (LTE-A) su IMT Advanced unazad kompatibilne verzije sa 3.9G sistemima, sa kojima bi trebalo da dođe obećana brzina od 1 Gbit/s.

Cilj LTE Advanced je da ispuni i prevaziđe ITU zahteve, dok WirelessMAN Advanced za cilj ima samo da ispuni IMT Advanced kriterijume. S obzirom na to da su ovo samo nadogradnje na postojeće sisteme, ovaj put olakšava (cenovnu) tranziciju telekom provajderima, te će se tako (nadamo se) brže stići do primene punih 4G mreža. Očekuje se da će deseto izdanje LTE da postigne IMT Advanced brzine. Trenutno aktuelno osmo izdanje podržava brzine do 300 Mbit/s za preuzimanje, što i dalje ne ispunjava IMT Advanced standarde. Očekivane vršne brzine za LTE-Advanced su jedan Gbit/s za preuzimanje i 500 Mbit/s za slanje podataka, dok se za WirelessMAN Advanced očekuje jedan Gbit/s za statične situacije i 100 Mbit/s za mobilne situacije.

• • •

Iako još nisu puštene u rad ni standardizovane verzije 4G mreža, industrija već uveliko razmišlja o mrežama pete generacije, odnosno 5G mrežama. Peta generacija mobilnih mreža predstavlja sledeću veliku fazu u razvoju standarda mobilnih telekomunikacija. Planovi za 5G uključuju veće Internet brzine i druga poboljšanja. Next Generation Mobile Networks Alliance definiše sledeće zahteve za buduće 5G mreže: prenos podataka od nekoliko desetina Mbit/s, za desetine hiljada korisnika, do jednog Gbit/s istovremeno, nekoliko stotina hiljada istovremenih konekcija mreže bežičnih senzora, znatno poboljšanu spektralnu efikasnost u odnosu na 4G, poboljšanje pokrivenosti i efikasnost, kao i smanjenje kašnjenja.

Većina telekom provajdera očekuje da će 5G konkretno doneti sledeće performanse: propusni opseg do 10 Gbit/s kroz vazduh, kašnjenje reda veličine jedne milisekunde i omogućiti kreiranje interneta stvari (Internet of Things – IoT) sa uređajima koji će moći da rade na baterije do deset godina. Ova generacija se ne očekuje u implementaciji pre 2020. godine.

Petar LONČAREVIĆ

 
 TRŽIŠTE
SoftBank preuzima ARM Holdings

 PRIMENA
Upotreba 3D laserskih skenera u forenzičke svrhe

 NA LICU MESTA
Schneider Electric donacija Muzeju Nikole Tesle
VoxxedDays Belgrade 2016 (najava)
Tromesečna praksa u Nordeusu za studente (najava)
AMD Polaris – evropska premijera
Ericsson Roadshow 2016
Asseco Journey 2016

 KOMPJUTERI I FILM
Suicide Squad
Secret Life of Pets
Filmovi, ukratko

 SITNA CREVCA
Mobilne mreže
Šta mislite o ovom tekstu?

 VREMENSKA MAŠINA
Linus Torvalds i ronilački kompjuteri

 PRST NA ČELO
Ona je bolja od nas
Home / Novi brojArhiva • Opšte temeInternetTest driveTest runPD kutakCeDetekaWWW vodič • Svet igara
Svet kompjutera Copyright © 1984-2018. Politika a.d. • RedakcijaKontaktSaradnjaOglasiPretplata • Help • English
SKWeb 3.22
Opšte teme
Internet
Test Drive
Test Run
PD kutak
CeDeteka
WWW vodič
Svet igara



Naslovna stranaPrethodni brojeviOpšte informacijeKontaktOglašavanjePomoćInfo in English

Svet kompjutera