La tecnologia 3G e 4G sono associate agli standard di comunicazione mobile. La comunicazione mobile è una delle aree in costante sviluppo per offrire esperienze di banda larga mobile più veloci e migliori. Ogni nuova tecnologia offre il progresso significativo in termini di prestazioni e funzionalità rispetto al suo predecessore. Offre la possibilità di accedere a Internet su diversi dispositivi come schede, laptop, desktop e telefoni cellulari.
Grafico comparativo
| Base per il confronto | Tecnologia 3G | Tecnologia 4G |
|---|---|---|
| Larghezza di banda dati | 2 Mbps - 21 Mbps | 2 Mbps - 1 Gbps |
| Picco di upload | 5 Mbps | 500 Mbps |
| Picco di download | 21 Mbps | 1 Gbps |
| Tecnica di commutazione | Commutazione di pacchetto | Commutazione di pacchetto, Commutazione dei messaggi |
| Standards | IMT 2000 3.5G HSDPA 3.75G HSUPA | Singolo standard unificato Wimax e LTE |
| Tecnologia Pila | Dati a pacchetto a banda larga digitale CDMA 2000, UMTS, EDGE ecc. | Digital Packband Data Pack Wimax2 e LTE Advances. |
| Banda di frequenza | 1, 8 - 2, 5 GHz | 2 - 8 GHz |
| Architettura di rete | A celle larghe | Integrazione di Wireless LAN e Wide Area |
| Forward Error Correction | 3G utilizza codici turbo per la correzione degli errori. | I codici concatenati sono utilizzati per la correzione degli errori in 4G. |
| Giù le mani | Orizzontale | Orizzontale e verticale |
Definizione della tecnologia 3G
3G è una generazione di standard per servizi di telecomunicazione mobile che soddisfa l' International Mobile Telecommunications -2000 (IMT-2000) offre la possibilità di trasferire voce e dati (download di musica, e-mail e messaggistica istantanea) sulla stessa rete contemporaneamente.
Offre capacità di banda larga, supporta un numero maggiore di clienti voce e dati con costi incrementali inferiori rispetto al predecessore 2G. 3G utilizza la commutazione di circuito per la comunicazione vocale e la commutazione di pacchetto per la comunicazione dati.
Massime velocità di trasferimento dati supportate dal 3G:
- 2, 05 Mbit / secondo per dispositivi fissi.
- 384 Kbit / secondo per dispositivi che si muovono a passo lento.
- 128 Kbit / secondo per dispositivi in movimento ad alta velocità.
FORMAZIONE DI 3GPP
Il 3GPP (Third Generation Partnership Project) è stato sviluppato durante la formazione di organi di governo che includevano la collaborazione di GSM e UMTS. 3GPP stava lavorando sotto osservazione dell'ITU-R (International Telecommunication Union-radiocomunication sector) uno dei settori dell'ITU.
È responsabile della gestione dello spettro di frequenze radio internazionali, per garantire l'uso efficiente dello spettro e definisce le famiglie di tecnologie, associa parti specifiche dello spettro alle famiglie.
ITU ha infine ratificato una famiglia di cinque standard 3G che fanno parte del framework 3G noto come IMT-2000, dopo aver tentato di creare un singolo standard 3G:
- Tre standard basati su CDMA (Code Division Multiple Access), ovvero:
- CDMA2000
- WCDMA (accesso multiplo a divisione di codici a larga banda) / HSPA + (accesso a pacchetti ad alta velocità)
- TDSCDMA.
- Due standard basati su TDMA (Time Division Multiple Access), ovvero:
- FDMA / TDMA
- TDMA-SC (EDGE).
Definizione della tecnologia 4G
4G è l'acronimo di 4th Generation Technology, ed è un'eventualità da sviluppare, incorporare gli attuali sistemi 2G (2nd Generation), 3G (3rd Generation), WLAN (Wireless Local Area Network), a corto raggio e fissi in un singolo e broadcast, internetwork interamente funzionale, coerente e coerente.
Si tratta di un'estensione della tecnologia 3G che fornisce funzionalità definite da ITU (International Telecommunications Union) in IMT (International Mobile Telecommunications) e include funzionalità quali scalabilità, flessibilità, efficienza, auto-governance, sicurezza per supportare l'interfacciamento con diversi tipi di reti e una moltitudine di servizi nuovi ed esistenti.
Offre servizi personalizzati completamente convergenti (voce, dati e multimedia) a velocità di trasmissione dati fino a 100 Mbps e accesso mobile pervasivo per:
- Televisione mobile ad alta risoluzione
- Telefonia IP
- Servizi di gioco
- Videoconferenze
- Televisione 3D
Le versioni potenziate delle tecnologie attuali riguardano GSM, GPRS, CDMA, IMT-2000, W-CDMA, CDMAone, LAN wireless e Bluetooth sono integrate in 4G. È previsto lo streaming audio / video di alta qualità su protocollo Internet end-to-end.
Le versioni di Mobile LTE (Long Term Evolution) e WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) supportano unisono molto meno di 1 Gbit / s di bit rate elevato, sono etichettate 4G dai fornitori di servizi, ma non c'è completa conformità IMT-Advanced.
L'obiettivo principale di 4G LTE era raggiungere un'elevata mobilità e connettività globale.
La rete IP Core è ulteriormente sviluppata per supportare velocità elevate dei dati, servizi applicativi avanzati e gestione della rete IP e radio in modo più efficiente e ha requisiti molto più rigorosi.
La tecnologia radio a spettro esteso utilizzata in 3G è stata sostituita da:
- Trasmissione multi-carrier OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access).
- Stratagemma FDE (Equalizzazione del Dominio di Frequenza).
Di conseguenza, trasferisce bit rate molto alti senza essere influenzati dall'immensa propagazione radio multipath.
Per le comunicazioni MIMO (Multiple-Input Multiple-Output), il bit rate di picco è ulteriormente migliorato utilizzando gli array di antenne intelligenti. Viene utilizzata la modulazione di ordine superiore fino a 64 QAM e MBMS (servizi Multicast Broadcast Multimediale) per la trasmissione.
Differenze chiave tra la tecnologia 3G e 4G
I punti illustrati di seguito presentano la differenza tra la tecnologia 3G e 4G:
- Quando si parla di larghezza di banda dati 3G offre 21 Mbps e 4G offre una larghezza di banda massima di 1 Gbps.
- La velocità massima di caricamento del 3G è 5 Mbps, mentre 500 Mbps è il più alto tasso di upload del 4G.
- Il più alto tasso di download di 3G è 21 Mbps. Come contro 4G offre una velocità di download massima di 1 Gbps.
- 3G utilizza la commutazione di pacchetto per la trasmissione dei dati. D'altra parte, sia la commutazione di pacchetti che di messaggi vengono utilizzati in 4G.
- In 4G, viene utilizzata l'architettura di rete ibrida. Al contrario, 3G utilizza una rete basata su celle ad ampia area.
- CDMA è utilizzato in 3G. Per contro, 4G utilizza OFDMA (accesso multiplo per divisione ortogonale di frequenza).
- La gestione degli handoff avviene verticalmente in 3G, ma in 4G è fatta sia verticalmente che orizzontalmente.
- La rete IP completa è supportata in 4G. Tuttavia, nel caso del 3G, è basato su circuiti e pacchetti.
Architettura 3G / UMTS
Le parti costitutive della rete 3G UMTS sono
• Mobile Station: potrebbe essere qualsiasi cosa come telefoni cellulari, schede o computer abilitati per dati e voce che potrebbero essere utilizzati come utenti finali.
• RAN (Radio Access Network) : è costituito da stazioni base e controller di accesso radio che colmano il divario tra la Mobile Station e la rete principale. Controlla e gestisce inoltre l'interfaccia aerea per l'intera rete.
• CN (rete principale) : fornisce l'elaborazione e la gestione principali dei sottosistemi. L'architettura della rete 3G UMTS è migrata dal GSM con alcuni miglioramenti negli elementi di rete core.
- Dominio a commutazione di circuito : utilizza la rete a commutazione di circuito in cui viene fornito un collegamento o un canale dedicato per un determinato intervallo di tempo al gruppo di utenti. I due blocchi mostrati in Circuit Switched Domain sono:
- MSC - Mobile Switching Center gestisce le chiamate a commutazione di circuito.
- GMSC - Gateway MSC funge da intermediario tra reti esterne e interne.
- Dominio a commutazione di pacchetto : utilizza la rete IP in cui gli IP sono responsabili della trasmissione e ricezione di dati tra due o più dispositivi. I due blocchi mostrati in Packet Switched Domain sono:
- SGSN (Serving GPRS Support Node) : le varie funzioni fornite da SGSN sono gestione della mobilità, gestione delle sessioni, fatturazione, comunicazione con altre aree della rete.
- GGSN (Gateway Support Node GPRS) : può essere considerato un router molto complesso e gestisce le operazioni interne tra le reti a commutazione di pacchetto esterne e la rete a commutazione di pacchetto UMTS.
- IMS (IP Multimedia Subsystem) : è una struttura architettonica che fornisce servizi multimediali IP.
Architettura 4G LTE
Le parti costitutive della rete 4G LTE sono
- User Equipment (UE) : Potrebbe essere qualsiasi dispositivo in grado di stabilire funzioni di comunicazione come telefoni cellulari, schede, computer, ecc.
- Rete di accesso radio terrestre UMTS evoluta (E-UTRAN): controlla la comunicazione radio tra l'attrezzatura utente e l'EPC. LTE mobile può connettersi con una sola cella e una stazione base alla volta. Principali operazioni eseguite da EBS (Evolved Base Station)
- Le funzioni di elaborazione analogiche e digitali dell'interfaccia aerea LTE vengono utilizzate per trasmettere e ricevere la trasmissione radio a tutti i dispositivi abilitati per LTE.
- Gestisce operazioni di basso livello inviando messaggi e comandi di segnalazione.
- Evolved Packet Core (EPC) : comunica con le reti dati a pacchetto interne ed esterne e il sottosistema multimediale IP. Consiste dei seguenti blocchi:
- HSS: Home Subscriber Server contiene tutte le informazioni su tutti gli abbonati dell'operatore di rete in un database centrale.
- MME: Mobility Management Entity gestisce l'operazione ad alto livello tramite i messaggi di segnalazione e HSS.
- S-GW: Signaling Gateway esegue l'ancoraggio della mobilità e inoltra i dati tra il gateway PDN e la stazione base.
- P-GW: Packet Data Network Gateway comunica con le interfacce che utilizzano PDN. Esegue operazioni come l'allocazione degli indirizzi IP e il filtraggio dei pacchetti.
- PCRF: la politica e la regola della carica è responsabile del controllo delle operazioni di addebito basate sul flusso nella funzione di controllo dei criteri (PCEF) e del processo decisionale relativo al controllo delle politiche.
Vantaggi del 3G
- Impiega bande di frequenza 2G con larghezze di banda fino a 230 MHz per raggiungere il roaming globale e i servizi multipli.
- Canale radio a banda larga per supportare servizi ad alta velocità: il canale di portante radio utilizza una larghezza di banda fino a 20 M che improvvisa velocità di chip e dissolvenza anti-multipath.
- Nel canale a banda larga, la qualità del business può essere controllata applicando multiplexing di tempo e riutilizzo del codice. Diversi fattori di diffusione, diverse velocità di QOS differenti possono essere mappate nel canale a banda larga per la trasmissione multi-servizio e multi-rate .
- Per migliorare le prestazioni del canale di trasmissione in downlink viene applicata la tecnologia di controllo dell'alimentazione ad anello chiuso.
- Per adattare la potenza in modo adattivo, ridurre l'autointerferenza del sistema e migliorare la sensibilità del ricevitore e aumentare la capacità del sistema, gli array di antenne adattivi sono implementati nella stazione base 3G.
WCDMA, comprendente principalmente i seguenti due aspetti: codifica del canale e controllo dell'alimentazione. - La tecnologia di commutazione è necessaria per la comunicazione di reti terminali e mobili quando i terminali non sono fermi e cambiano posizione dalla copertura di una stazione base a un'altra stazione base.
Vantaggi del 4G
- Ritardi ridotti sia per la connessione che per la latenza della trasmissione .
- Aumento della velocità dei dati dell'utente.
- Aumento del bit rate del bordo della cella .
- Costo per bit minimizzato che sfrutta l'efficienza spettrale migliorata .
- Architettura di rete semplificata.
- Mobilità senza soluzione di continuità tra le diverse tecnologie di accesso radio .
- Consumo di energia ragionevole per il dispositivo mobile.
- Riduce al minimo il costo delle attrezzature in quanto elimina la necessità di costosi equalizzatori di frequenza al ricevitore.
- Fornisce servizi di sicurezza integrati .
Limitazioni di 3G
- Il costo dell'infrastruttura cellulare, l'aggiornamento delle stazioni di base è molto alto.
- Il roaming e il lavoro di dati / voce collettivamente non sono ancora stati implementati.
- L'utilizzo di energia è alto.
- Ha bisogno di stazioni base a breve distanza e costose.
Limitazioni di 4G
- Il coordinamento della posizione e il coordinamento delle risorse per aggiungere nuovi dispositivi non sono adeguati.
- Le chiamate e i servizi vocali limitati possono essere gestiti un momento.
- Essendo un servizio dati concentrato, richiede un'ampia larghezza di banda.
- Non fornisce buoni servizi nelle aree rurali a causa della necessità della rete wireless e la rete 4G non è espansa bene in quelle aree.
Conclusione
Le tecnologie 4G offrono servizi migliori rispetto alle tecnologie 3G; in termini di throughput dei dati, bit rate del bordo della cella, costo, mobilità, consumo energetico per i dispositivi mobili. Tuttavia, ci sono alcuni problemi di compatibilità in 4G.
