С каждым годом мобильная связь становится все более развитой и совершенной, предлагая пользователям новые возможности для общения, работы и развлечений. Сейчас одним из самых актуальных и продвинутых стандартов мобильной связи является 4G, который обладает высокой скоростью передачи данных и качеством связи. Но что же такое 4G и как оно работает? Давайте разберемся.
4G - это сокращение от английского выражения fourth generation, что переводится как четвертое поколение. Это общее название для новых технологий мобильной связи, которые позволяют передавать данные со скоростью до 100 Мбит/с для подвижных абонентов и до 1 Гбит/с для стационарных абонентов . Такая скорость дает возможность использовать мобильный интернет для разных целей, например, для видеозвонков, онлайн-игр, потокового видео, облачных сервисов и других.
История 4G началась в начале 2000-х годов, когда мир только осваивал технологию связи третьего поколения 3G. Некоторые компании и организации начали разрабатывать новые технологии для увеличения пропускной способности и скорости мобильной связи. Среди них были Hewlett-Packard , NTT DoCoMo , Ericsson , AT&T , Nortel Networks и другие . В результате появились два основных стандарта 4G: LTE (Long-Term Evolution) и WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access). Оба этих стандарта были официально признаны Международным союзом электросвязи (ITU) в 2012 году . С тех пор 4G распространяется по всему миру, включая Россию.
Особенности технологии 4G
4G отличается от предыдущих поколений мобильной связи не только скоростью, но и другими характеристиками. Рассмотрим некоторые из них.
Методы модуляции. Модуляция - это процесс изменения характеристик радиоволн для передачи информации. В 4G используются такие методы модуляции, как OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) и MIMO (Multiple Input Multiple Output). OFDM позволяет разбивать сигнал на множество поднесущих частот, которые передаются параллельно, уменьшая помехи и повышая эффективность. MIMO позволяет использовать несколько антенн на передатчике и приемнике, увеличивая пропускную способность и надежность .
Полосы частот. Полоса частот - это диапазон частот, который используется для передачи сигнала. В 4G поддерживаются разные полосы частот, в зависимости от региона и оператора. Например, в России используются полосы 450 МГц, 800 МГц, 1800 МГц и 2600 МГц . Чем выше частота, тем больше скорость и ёмкость сети, но тем меньше радиус действия и проникновение сигнала в здания.
Скорость передачи данных. Скорость передачи данных - это количество информации, которое может быть передано за единицу времени. В 4G теоретически возможна скорость до 1 Гбит/с для стационарных абонентов и до 100 Мбит/с для подвижных абонентов . На практике скорость зависит от многих факторов, таких как расстояние до базовой станции, загрузка сети, тип устройства, погодные условия и другие. По данным за 2020 год, средняя скорость 4G в России составляла около 20 Мбит/с .
Задержка. Задержка - это время, которое требуется для передачи данных от отправителя к получателю. В 4G задержка снижена до 2 миллисекунд , что позволяет обеспечить более качественную связь и лучшее взаимодействие с интернет-сервисами.
Радиус действия. Радиус действия - это расстояние, на котором можно получать сигнал от базовой станции. В 4G радиус действия зависит от мощности излучения и частоты сигнала. Теоретический предел для скорости в 1 Мбит/с составляет от 3,2 км (2600 МГц) до 19,7 км (450 МГц) . На практике радиус действия может быть меньше из-за препятствий, таких как здания, деревья, горы и другие.
Совместимость с другими стандартами. Совместимость - это способность устройств и сетей разных стандартов работать вместе. В 4G совместимость обеспечивается за счет использования технологии SDR (Software-Defined Radio), которая позволяет переключаться между разными частотами и протоколами в зависимости от доступности и качества сигнала. Таким образом, 4G может работать с 3G, 2G и другими технологиями, такими как Wi-Fi, Bluetooth, NFC и другие .
Примеры операторов и устройств, поддерживающих 4G
Сегодня 4G доступно в большинстве стран мира, включая Россию. В России есть несколько операторов мобильной связи, которые предоставляют услуги 4G, например, Мегафон, МТС, Билайн, Теле2 и другие.
Для того, чтобы пользоваться 4G, нужно иметь соответствующее устройство, которое поддерживает этот стандарт. Таких устройств сейчас много на рынке, например, смартфоны, планшеты, ноутбуки, роутеры и другие. Некоторые из популярных моделей смартфонов, поддерживающих 4G, это Samsung Galaxy S21 , Apple iPhone 12 , Huawei P40 , Xiaomi Mi 11 и другие .
Недостатки и ограничения 4G
Хотя 4G имеет много преимуществ перед предыдущими поколениями мобильной связи, у этой технологии есть и недостатки и ограничения. Рассмотрим некоторые из них.
Высокая стоимость. Переход на 4G требует больших затрат на инфраструктуру и оборудование как для операторов, так и для пользователей. Операторам нужно устанавливать новые базовые станции и модернизировать существующие, а пользователям нужно покупать новые устройства или менять тарифные планы. В результате цена за услуги 4G может быть выше, чем за услуги 3G или 2G.
Неравномерное покрытие. Покрытие 4G зависит от расположения базовых станций и частоты сигнала. В некоторых регионах или местах может быть слабый или отсутствующий сигнал 4G, особенно в сельских или горных районах. В таких случаях приходится переключаться на более низкие стандарты связи или использовать другие технологии, такие как Wi-Fi.
Большое потребление электроэнергии. Использование 4G требует больше энергии от устройств, чем использование более низких стандартов связи. Это может приводить к быстрому разряду батареи или перегреву устройства. Для того, чтобы продлить время работы устройства на одном заряде, можно использовать различные способы экономии энергии, такие как режим полета, ограничение фоновых приложений или снижение яркости экрана.
Перспективы и развитие 4G в будущем
4G - это не конечная точка развития мобильной связи, а лишь один из этапов. В настоящее время ведутся работы над созданием и внедрением следующего поколения мобильной связи - 5G, которое обещает еще большую скорость, меньшую задержку, большее покрытие и больше возможностей для пользователей и сервисов. Первые коммерческие запуски 5G уже произошли в некоторых странах, включая Россию, и ожидается, что к 2025 году 5G будет доступно в большинстве регионов мира . Однако это не означает, что 4G станет устаревшим или исчезнет. Скорее всего, 4G и 5G будут сосуществовать и дополнять друг друга, предоставляя пользователям выбор и гибкость в использовании мобильной связи.
Итог
4G - это современный и продвинутый стандарт мобильной связи, который позволяет передавать данные со скоростью до 1 Гбит/с и обеспечивает высокое качество связи. 4G имеет ряд особенностей, таких как методы модуляции, полосы частот, задержка, радиус действия и совместимость с другими стандартами. 4G доступно во многих странах мира, включая Россию, и поддерживается многими операторами и устройствами. 4G имеет также недостатки и ограничения, такие как высокая стоимость, неравномерное покрытие и большое потребление энергии. 4G продолжает развиваться и улучшаться, но уже готовится к появлению следующего поколения мобильной связи - 5G, которое будет еще быстрее, надежнее и функциональнее.