Šiuolaikinis mobilusis ryšys yra neatsiejama kasdienybės dalis, o jo veikimą užtikrina sudėtinga technologija, apimanti mobiliuosius bokštus, stiebus ir antenas. Šiame straipsnyje gilinsimės į GSM veikimo dažnius ir WCDMA technologiją, aptarsime jų evoliuciją ir vaidmenį Lietuvos mobiliojo ryšio rinkoje.
Mobiliojo Ryšio Infrastruktūra ir Operatoriai Lietuvoje
Kad mobilusis ryšys veiktų, būtina naudoti mobiliuosius bokštus ir stiebus, ant kurių montuojamos GSM bazinių stočių antenos. Lietuvoje pagrindinius mobiliojo ryšio paslaugų teikėjus sudaro fiziniai operatoriai: „Bitė“ (veikiantis su prekės ženklu „Labas“), „Tele2“ (su prekės ženklu „Pildyk“) ir „Telia“ (anksčiau žinoma kaip „Omnitel“). Be jų, egzistuoja ir virtualūs mobiliojo ryšio operatoriai, tokie kaip „Teledema“ ir „CSC Telecom“, kurie naudoja kitų operatorių infrastruktūrą, visų pirma „Bitės“ tinklą.
Antrosios Kartos (2G) Tinklai: GSM
Antros kartos (2G) tinklas, plačiai žinomas kaip GSM (Global System for Mobile Communication), yra globalus mobiliųjų telefonų ryšio standartas. Nuo 2004 metų jis buvo labiausiai paplitęs mobiliųjų telefonų ryšio standartas pasaulyje. GSM technologija naudoja laiko padalijimo multipleksavimo (Time Division Multiple Access - TDMA) metodą duomenų perdavimui. Ši sistema konvertuoja duomenis į skaitmeninį signalą ir perduoda juos dviem skirtingais, laiko žymėtais kanalais, pasiekiant 64-120 kbps duomenų perdavimo spartą. GSM tinklai veikia 850 MHz iki 1900 MHz dažnių diapazone. Nors daugelyje šalių GSM tinklai yra palaipsniui atsisakomi, jie vis dar naudojami paveldėtose sistemose bei kai kuriose mažo duomenų srauto daiktų interneto (IoT) ir mašinų-mašinoms (M2M) komunikacijų programose.
GSM Duomenų Perdavimo Technologijos: GPRS ir EDGE
Siekiant pagerinti GSM tinklų duomenų perdavimo spartą, buvo įdiegtos papildomos technologijos. Viena iš tokių yra General Packet Radio Service (GPRS) - GSM mobiliojo ryšio technologija, skirta duomenų perdavimui GSM tinkluose. Informacijos parsisiuntimo metu GPRS sparta siekia 16-48 kbps, o informacijos išsiuntimo metu - 8-24 kbps. GPRS naudoja tuos pačius resursus kaip ir balso telefonija, tačiau taiko visiškai kitą signalo perdavimo būdą. GPRS palaiko IP ir PPP protokolus, leidžiančius mobiliojo telefono naudotojams dirbti internete ar siųsti el. pašto pranešimus. GPRS naudoja laisvus bazinės stoties balso kanalus, todėl greitis priklauso nuo mobiliojo prietaiso gebėjimo panaudoti daugiau kanalų. Mobilieji prietaisai skirstomi į klases pagal vienu metu naudojamų kanalų skaičių (GPRS Multislot Class).
Kita GSM tinklo plėtros kryptis - Enhanced Data rates for Global Evolution (EDGE). Tai populiaresnės GPRS technologijos versija, leidžianti pasiekti didesnę duomenų perdavimo spartą. EDGE teorinis greitis gali siekti iki 240 kbps. Nors EDGE buvo laikoma „3.5G“ technologija, ji nebuvo plačiai paplitusi Europoje, tačiau JAV ji buvo laikoma svarbiausia EDGE technologijos rinka, kur operatoriai, tokie kaip „Cingular“ ir „AT&T Wireless“, ją įdiegė. EDGE pasiekiama duomenų perdavimo sparta yra artima 3G.
Trečiosios Kartos (3G) Tinklai: WCDMA ir jo Poveikis
Trečiosios kartos (3G) ryšys Lietuvoje pradėtas naudoti 2006 m. Ši karta atnešė ženklesnį duomenų perdavimo spartos padidėjimą, lyginant su 2G. Viena iš pagrindinių 3G technologijų yra WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access). WCDMA yra technologija, naudojama mobiliojoje telefonijoje belaidžiam duomenų ir skambučių perdavimui. Ji daugiausia naudojama 3G tinkluose, siekiant užtikrinti greitą ir efektyvų ryšį tarp mobiliųjų įrenginių ir bazinių stočių.
WCDMA technologija naudoja platų kanalą duomenų perdavimui, kas leidžia pasiekti aukštas duomenų spartas ir užtikrinti geresnę aprėptį, lyginant su senesnėmis mobiliojo ryšio technologijomis. Naudodama CDMA (Code Division Multiple Access) principą, kuomet keli vartotojai dalijasi tuo pačiu dažnių kanalu, naudodami skirtingus kodus, WCDMA leidžia efektyviai išnaudoti dažnių juostą ir padidinti tinklo talpą. WCDMA veikia 900 MHz ir 2100 MHz dažniais, užtikrindama didesnius nei 2G greičius.
WCDMA Pagrindu Veikiančios Technologijos: HSPA ir HSPA+
Ant WCDMA technologijos pagrindų veikia ir pažangesnės technologijos, tokios kaip HSPA (High Speed Packet Access) ir HSPA+. Šios technologijos dar labiau padidina duomenų perdavimo spartą ir pagerina našumą vartotojams, kurie naudojasi mobiliaisiais duomenimis naršymui internete, vaizdo žiūrėjimui ar žaidimams.
Nuo 2020 m. prasidėjo 3G ryšio saulėlydis, operatoriams nusprendus 2022 metais jį išjungti, siekiant atlaisvinti dažnius naujesnėms technologijoms, tokioms kaip 5G.
Ketvirtosios Kartos (4G) Tinklai: LTE ir jo Poveikis
Apie 2015 metus daugelis mobiliojo ryšio operatorių Lietuvoje pradėjo naudoti 4G ryšį, o vėliau ir 4G/4G+. Ketvirtosios kartos tinklai, daugiausia paremti LTE (Long Term Evolution) technologija, atnešė dar didesnį duomenų perdavimo spartos padidėjimą. LTE yra 4G komunikacijos standartas, sukurtas būti maždaug 10 kartų greitesnis nei standartinis 3G. Jis užtikrina IP pagrindu veikiančią balso, multimedijos ir transliacijų komunikaciją, pasiekiant 100 Mbit/s iki 1 Gbit/s greitį. LTE turi algoritmą, kuris leidžia siųsti didelius duomenų paketus per IP, taip supaprastindamas srautą ir mažindamas vėlavimą.
Lietuvoje „Bitės“ 4G/4G+ tinklo maksimalus teorinis greitis siekia 600 Mbps. Testavimai parodė, kad praktiškai vartotojų patiriamas vidutinis greitis 4G+ ryšio zonoje yra apie 80 Mbps, o 4G - apie 30 Mbps. LTE plačiai naudojamas išmaniuosiuose telefonuose, IoT įrenginiuose, maršrutizatoriuose ir pramoniniuose mobiliuosiuose įrenginiuose dėl gero greičio, aprėpties ir patikimumo derinio.
Penktosios Kartos (5G) Tinklai: Ateities Mobilusis Ryšys
Nuo 2020 m. lapkričio 10 d. „Telia“ Lietuvoje pradėjo diegti 5G ryšį, o kiti tinklai kol kas to daryti nežadėjo. 5G (5th-generation wireless systems) yra naujos kartos ryšio technologija, žadanti revoliucinius pokyčius mobiliojo ryšio srityje. 5G tinklai veiks 700 MHz, 2,3 GHz ir 3,5 GHz dažnių ruožuose, leisdami pasiekti daugiau nei 3 Gbps greitį ir užtikrinti mažesnį nei 10 ms vėlavimą.
Pagrindinė 5G technologijos esmė yra ženklesnis duomenų perdavimo spartos padidėjimas, didelis dėmesys daiktų internetui (IoT), automobilių autonomiškumui ir vaizdo perdavimui. Ji siekia sujungti visus galimus įtaisus į vieną tinklą, bet kurioje vietoje ir bet kuriuo metu. 5G yra suprojektuotas palaikyti tris pagrindinius naudojimo atvejus: patobulintą mobilųjį plačiajuostį ryšį (eMBB), itin patikimą mažo vėlavimo komunikaciją (URLLC) ir masinį mašininio tipo ryšį (mMTC), todėl jis idealiai tinka IoT, automatizacijai ir išmaniajai infrastruktūrai. 5G diegimas reikalauja pažangių antenų dizaino, kad būtų palaikomi didesni dažniai ir MIMO (Multiple-Input-Multiple-Output) konfigūracijos.
Dažnių Juostos ir Jų Naudojimas
- GSM: Veikia dažnių diapazone nuo 850 MHz iki 1900 MHz.
- WCDMA (3G): Naudoja 900 MHz ir 2100 MHz dažnius.
- LTE (4G): Dažniausiai naudoja žemesnius nei 6 GHz dažnius (sub-6 GHz) plačiai aprėpčiai.
- 5G: Naudoja įvairias dažnių juostas, įskaitant žemesnius (low-band), vidutinius (mid-band) ir milimetrinius bangų (millimeter wave - MMW) dažnius (pvz., 26, 28, 38, 60 GHz).
Be mobiliojo ryšio dažnių, svarbu paminėti ir ISM (Industrial, Scientific, and Medical) dažnių juostas. Tai neregistruotos radijo dažnių juostos, skirtos medicinos, mokslo ir pramonės reikmėms, tačiau jos plačiai naudojamos ir telekomunikacijose. Dažniausiai naudojamos ISM juostos apima 433 MHz, 915 MHz, 2.4 GHz ir 5.8 GHz, kurios naudojamos Wi-Fi, Bluetooth, LoRa, Zigbee ir kitose IoT sistemose.
Duomenų Perdavimo Spartos Vėlavimo Faktoriai
Svarbu žinoti, kad duomenų perdavimo greitis mobiliajame internete priklauso nuo daugelio veiksnių: atstumo iki bazinės stoties, geografinių ir urbanistinių vietos ypatumų (pvz., kalvotumo, užstatymo intensyvumo, aplinkinių pastatų aukščio ir techninių charakteristikų), vartotojų naudojamų įrenginių ir konkrečios bazinės stoties apkrovimo tuo metu.
Išvados apie Mobiliojo Ryšio Technologijas
Kiekviena mobiliojo ryšio technologija - GSM, WCDMA, LTE ir 5G - atstovauja vis didesnį spartos, talpos ir funkcionalumo patobulinimą. Nuo ankstyvųjų 2G tinklų, skirtų balso skambučiams ir ribotam duomenų perdavimui, iki šiuolaikinių 5G tinklų, galinčių palaikyti didžiulius duomenų srautus ir naujas inovacijas, mobiliojo ryšio evoliucija yra nuolatinis procesas, skatinantis technologinę pažangą ir keičiantis mūsų bendravimo bei informacijos naudojimo būdus.