Сравнение стандартов беспроводной передачи данных

Существует множество различных технологий беспроводной передачи данных, некоторые из которых прямо конкурируют друг с другом, другие предназначены для конкретных приложений. Беспроводные технологии можно оценивать по множеству различных показателей, некоторые из которых описаны в этой статье.

Стандарты можно сгруппировать следующим образом в порядке возрастания диапазона:

Системы персональной вычислительной сети (PAN) предназначены для связи на небольшом расстоянии между устройствами, обычно управляемыми одним человеком. Некоторые примеры включают беспроводные гарнитуры для мобильных телефонов или беспроводные датчики сердечного ритма, взаимодействующие с наручными часами. Некоторые из этих технологий включают такие стандарты, как ANT UWB , Bluetooth , Zigbee и Wireless USB .

Беспроводные сенсорные сети (WSN / WSAN), как правило, представляют собой сети маломощных и недорогих устройств, которые соединяются между собой по беспроводной сети для сбора, обмена и иногда обработки данных, собранных из их физической среды, - «сенсорных сетей». Узлы обычно соединяются по топологии «звезда» или «ячеистая сеть». Хотя ожидается, что большинство отдельных узлов в WSAN будут иметь ограниченный радиус действия ( Bluetooth , Zigbee, 6LoWPAN и т. д.), отдельные узлы могут быть способны к более обширной связи ( Wi-Fi , сотовые сети и т. д.), и любой отдельный WSAN может охватывать широкий географический диапазон. Примером WSAN может быть набор датчиков, расположенных по всему сельскохозяйственному объекту для мониторинга уровня влажности почвы, передачи данных обратно на компьютер в главном офисе для анализа и моделирования тенденций и, возможно, включения автоматических поливных кранов, если уровень влажности слишком низко.

Для более широкой связи беспроводная локальная сеть используется (WLAN). Сети WLAN часто называют коммерческим продуктом Wi-Fi . Эти системы используются для обеспечения беспроводного доступа к другим системам в локальной сети, таким как другие компьютеры, общие принтеры и другие подобные устройства или даже к Интернету. Обычно WLAN предлагает гораздо лучшие скорости и задержки в локальной сети, чем доступ в Интернет среднего потребителя . К более старым системам, обеспечивающим функциональность WLAN, относятся DECT и HIPERLAN . Однако они больше не получили широкого распространения. Одной из типичных характеристик сетей WLAN является то, что они в основном очень локальны и не имеют возможности плавного перехода из одной сети в другую.

Сотовые сети или WAN предназначены для общегородских/национальных/глобальных зон покрытия и обеспечивают плавную мобильность от одной точки доступа (часто определяемой как базовая станция ) к другой, что обеспечивает бесшовное покрытие на очень обширных территориях. Технологии сотовых сетей часто делятся на сети 2-го поколения 2G , 3G и 4G . Первоначально сети 2G были ориентированы на передачу голоса или даже на цифровую сотовую систему только для передачи голоса (в отличие от аналоговых сетей 1G). Типичные стандарты 2G включают GSM и IS-95 с расширениями через GPRS , EDGE и 1xRTT , обеспечивая доступ в Интернет пользователям сетей 2G, изначально ориентированных на голосовую связь. И EDGE , и 1xRTT являются стандартами 3G по определению ITU , но обычно продаются как 2,9G из-за их сравнительно низких скоростей и высоких задержек по сравнению с настоящими технологиями 3G.

Настоящие системы 3G, такие как EV-DO , W-CDMA (включая HSPA и HSPA+ ), с самого начала предоставляют комбинированные услуги передачи данных и голосовой связи с коммутацией каналов и пакетов , обычно с гораздо более высокими скоростями передачи данных, чем сети 2G с их расширениями. Все эти услуги можно использовать для обеспечения комбинированного мобильного голосового доступа и доступа в Интернет в удаленных точках.

Сети 4G обеспечивают еще более высокие скорости передачи данных и множество архитектурных улучшений, которые не обязательно заметны потребителю. В настоящее время широко распространенными системами 4G являются WIMAX и LTE . Эти две сети представляют собой чисто пакетные сети без традиционных возможностей голосовых каналов. Эти сети предоставляют голосовые услуги через VoIP или VoLTE .

Некоторые системы предназначены для связи «точка-точка» в прямой видимости; как только два таких узла окажутся слишком далеко друг от друга, они больше не смогут общаться. Другие системы предназначены для формирования беспроводной ячеистой сети с использованием одного из множества протоколов маршрутизации . В ячеистой сети, когда узлы находятся слишком далеко друг от друга, чтобы обмениваться данными напрямую, они все равно могут взаимодействовать косвенно через промежуточные узлы.

Стандарты

В это сравнение включены следующие стандарты.

Беспроводная глобальная сеть (WWAN)

КРАЙ
Стандарты EV-DO x1 Rev 0, Rev A, Rev B и x3.
Flash-OFDM : FLASH (быстрый доступ с малой задержкой и плавной передачей обслуживания)-OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов)
GPRS
Стандарты HSPA D и U.
Лораван
ЛТЕ
РТТ
UMTS через W-CDMA
UMTS-TDD
WiMAX : стандарт 802.16
Узкополосный Интернет вещей
Нет.

Беспроводная локальная сеть (WLAN)

Wi-Fi : стандарты 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac, 802.11ax.

Беспроводная персональная сеть (WPAN) и большинство беспроводных сенсорных сетей (WSAN)

6LoWPAN
Bluetooth V4.0 со стандартным протоколом и протоколом низкого энергопотребления
IEEE 802.15.4-2006 (определения протоколов низкого уровня, соответствующие физическому и канальному уровням модели OSI . Zigbee, 6LoWPAN и т. д. строятся вверх в стеке протоколов и соответствуют сетевому и транспортному уровням.)
Поток (сетевой протокол)
СШП
Беспроводной USB
Зигби
АНТ+
MiraOS — беспроводная ячеистая сеть от LumenRadio

Обзор

Сравнение способов мобильного доступа в Интернет
Общий имя	Семья	Основное использование	Радиотехника	Ниже по течению (Мбит/с)	вверх по течению (Мбит/с)	Примечания
HSPA+	3GPP	Мобильный Интернет	CDMA / TDMA / ФДД НЕСМОТРЯ НА	21 42 84 672	5.8 11.5 22 168	HSPA+ широко распространен . В версии 11 3GPP указано, что пропускная способность HSPA+ составит 672 Мбит/с.
ЛТЕ	3GPP	Мобильный Интернет	OFDMA / TDMA / MIMO / SC-FDMA / для LTE-FDD / для LTE-TDD	100 Кат3 150 Кат4 300 Кат5 25065 Кат17 1658 Кот19 (в FDD 20 МГц) ^[1]	50 Кат3/4 75 Кат5 2119 Кат17 13563 Кат19 (в FDD 20 МГц) ^[1]	LTE-Advanced Pro предлагает мобильным пользователям скорость выше 3 Гбит/с.
WiMax версия 1	802.16	WirelessMAN	МИМО - СОФДМА	37 (10 МГц TDD)	17 (10 МГц TDD)	С 2x2 MIMO. ^[2]
WiMax версия 1.5	802.16-2009	WirelessMAN	МИМО - СОФДМА	83 (20 МГц TDD) 141 (2x20 МГц FDD)	46 (20 МГц TDD) 138 (2x20 МГц FDD)	С 2x2 MIMO. Расширено каналами 20 МГц в стандарте 802.16-2009. ^[2]
WiMAX версия 2.0	802,16 м	WirelessMAN	МИМО - СОФДМА	2x2 МИМО 110 (20 МГц TDD) 183 (2x20 МГц FDD) 4х4 МИМО 219 (20 МГц TDD) 365 (2x20 МГц FDD)	2x2 МИМО 70 (20 МГц TDD) 188 (2x20 МГц FDD) 4х4 МИМО 140 (20 МГц TDD) 376 (2x20 МГц FDD)	Кроме того, пользователи с низкой мобильностью могут объединить несколько каналов, чтобы получить пропускную способность загрузки до 1 Гбит/с. ^[2]
Flash-OFDM	Flash-OFDM	Мобильный Интернет мобильность до 200 миль в час (350 км/ч)	Flash-OFDM	5.3 10.6 15.9	1.8 3.6 5.4	Диапазон мобильной связи 30 км (18 миль) Увеличенная дальность действия: 55 км (34 мили)
ГИПЕРМАН	ГИПЕРМАН	Мобильный Интернет	ОЧМ	56.9
Wi-Fi	802.11 ( 11 токс )	Беспроводная локальная сеть	OFDM / OFDMA / CSMA / MIMO / MU-MIMO / полудуплекс	9600 Wi-Fi 6		Усовершенствования антенны , радиочастотного интерфейса и незначительные настройки таймера протокола помогли развернуть P2P- сети большого радиуса действия с компромиссом в отношении радиального покрытия, пропускной способности и/или эффективности использования спектра ( 310 км и 382 км ).
iBurst	802.20	Мобильный Интернет	HC-SDMA / TDD / MIMO	95	36	Радиус ячейки: 3–12 км. Скорость: 250 км/ч Спектральная эффективность: 13 бит/с/Гц/ячейка Коэффициент повторного использования спектра: «1».
Эволюция EDGE	GSM	Мобильный Интернет	МДВМА / ФДД	1.6	0.5	3GPP, версия 7
UMTS W-CDMA HSPA ( HSDPA + HSUPA )	3GPP	Мобильный Интернет	CDMA / ФДД CDMA/FDD/ МИМО	0.384 14.4	0.384 5.76	HSDPA широко распространен . Типичные сегодня скорости нисходящей линии связи 2 Мбит/с, восходящая линия ~200 кбит/с; Нисходящий канал HSPA+ до 56 Мбит/с.
UMTS-TDD	3GPP	Мобильный Интернет	CDMA / ТДД	16		Заявленные скорости согласно IPWireless с использованием модуляции 16QAM, аналогичной HSDPA + HSUPA.
EV-DO Рел. 0 EV-DO Ред.А EV-DO Ред.Б	3GPP2	Мобильный Интернет	CDMA / ФДД	2.45 3.1 4,9xN	0.15 1.8 1,8хН	Примечание для версии B: N — количество используемых несущих частотой 1,25 МГц. EV-DO не предназначен для голосовой связи и требует перехода на 1xRTT при размещении или приеме голосового вызова.

Примечания: Все скорости являются теоретическими максимумами и будут варьироваться в зависимости от ряда факторов, включая использование внешних антенн, расстояние от вышки и путевую скорость (например, связь в поезде может быть хуже, чем когда он стоит на месте). Обычно полоса пропускания распределяется между несколькими терминалами. Производительность каждой технологии определяется рядом ограничений, включая спектральную эффективность технологии, размеры используемых ячеек и объем доступного спектра.

Дополнительные таблицы сравнения см. в разделах « Тенденции изменения скорости передачи данных» , «Сравнение стандартов мобильных телефонов» , «Таблица сравнения спектральной эффективности» и «Таблица сравнения систем OFDM» .

Пиковая скорость передачи данных и пропускная способность

При обсуждении пропускной способности часто различают пиковую скорость передачи данных физического уровня, теоретическую максимальную пропускную способность данных и типичную пропускную способность.

Пиковая скорость передачи данных стандарта — это чистая скорость передачи данных, обеспечиваемая физическим уровнем в самом быстром режиме передачи (с использованием самой быстрой схемы модуляции и кода ошибки), исключая кодирование с прямым исправлением ошибок и другие служебные данные физического уровня.

Теоретическая максимальная пропускная способность для конечного пользователя явно ниже пиковой скорости передачи данных из-за более высоких накладных расходов на уровне. Даже этого невозможно достичь, если тест не проводится в идеальных лабораторных условиях.

Типичная пропускная способность — это то, что пользователи испытывают большую часть времени, когда они находятся в пределах полезного диапазона до базовой станции. Типичную пропускную способность трудно измерить, и она зависит от многих проблем протокола, таких как схемы передачи (более медленные схемы используются на большем расстоянии от точки доступа из-за лучшей избыточности), повторной передачи пакетов и размера пакета. Типичная пропускная способность часто даже ниже из-за ограничения другого трафика, использующего ту же сеть или ячейку, помех или даже пропускной способности фиксированной линии связи от базовой станции.

Обратите внимание, что эти цифры нельзя использовать для прогнозирования эффективности того или иного стандарта в любой конкретной среде, а скорее как ориентиры, с которыми можно сравнивать фактический опыт.

Скорость передачи данных (Мбит/с)
Стандартный	Пик нисходящей линии связи	Пик восходящей линии связи	Приблизительная максимальная дальность действия в метрах	Типичная пропускная способность нисходящей линии связи
CDMA2000 1xRTT	0.3072	0.1536	29000	0.125
CDMA2000 EV-DO Версия 0	2.4580	0.1536	29000	1 ^{[ нужна ссылка ]}
CDMA2000 EV-DO Ред. А	3.1	1.8	29000	2 ^{[ нужна ссылка ]}
CDMA2000 EV-DO Версия B	4.9	1.8	29000
GSM GPRS класс 10	0.0856	0.0428	26000	0.014 ^{[ нужна ссылка ]}
GSM EDGE тип 2	0.4736	0.4736	26000	0.034 ^{[ нужна ссылка ]}
GSM усовершенствованный EDGE	1.8944	0.9472	26000
UMTS W-CDMA R99	0.3840	0.3840	29000	0.195 ^{[ нужна ссылка ]}
UMTS W-CDMA HSDPA	14.4	0.3840	200000 ^[3]	2 ^{[ нужна ссылка ]}
UMTS W-CDMA HSUPA	14.4	5.76	200000 ^[3]
UMTS W-CDMA HSPA+	168	22	200000 ^[3]
UMTS-TDD	16 ^[4]	16
ЛТЕ	326.4	86.4
iBurst : iBurst	24	8	12000	>2
Флэш-OFDM : Флэш-OFDM	5.3	1.8	29000	в среднем 2,5 ^{[ нужна ссылка ]}
WiMAX : 802.16e	70	70	6400	>10 ^{[ нужна ссылка ]}
Wi-Fi : 802.11a	54	54	30	20
Wi-Fi: 802.11b	11	11	30	5 ^{[ нужна ссылка ]}
Wi-Fi: 802.11g	54	54	30	20 ^{[ нужна ссылка ]}
Wi-Fi: 802.11n	600	600	50
Wi-Fi: 802.11ac	1,300	1,300	50
Wi-Fi: 802.11ad	7,000	7,000	3.3
Wi-Fi: 802.11ax	10,000	10,000

Нисходящая линия связи — это пропускная способность от базовой станции до пользовательского телефона или компьютера.
Восходящая линия связи — это пропускная способность от трубки пользователя или компьютера до базовой станции.
Диапазон — это максимальный диапазон, возможный для приема данных со скоростью 25 % от типичной скорости.

Типичное использование спектра

Частота

Выделенные частоты
Стандартный	Частоты	Тип спектра
UMTS-FDD	850 МГц, 900 МГц, 2,0, 1,9/2,1, 2,1 и 1,7/2,1 ГГц	Лицензированный
UMTS-TDD	450, 850 МГц, 1,9, 2, 2,5 и 3,5 ГГц ^[5] 2 ГГц	Лицензировано (сотовая связь, 3G TDD, BRS/IMT-ext, FWA) Без лицензии (см. примечание)
CDMA2000 (включая EV-DO, 1xRTT)	450, 850, 900 МГц 1,7, 1,8, 1,9 и 2,1 ГГц	Лицензировано (сотовая связь/PCS/3G/AWS)
EDGE/GPRS	850 МГц, 900 МГц, 1,8 ГГц и 1,9 ГГц	Лицензированный (сотовая связь/PCS/PCN)
iBurst	1,8, 1,9 и 2,1 ГГц	Лицензированный
Flash-OFDM	450 и 870 МГц	Лицензированный
Bluetooth/BLE	2,4 ГГц	Нелицензионный ISM
Низкая скорость WPAN (802.15.4)	868 МГц, 915 МГц, 2,4 ГГц	Нелицензионный ISM
802.11	2,4, 3,6, 4,9, 5,0, 5,2, 5,6, 5,8, 5,9 и 60 ГГц ^[6]	Нелицензионный ISM
WiМакс (802.16e)	2,3, 2,5, 3,5, 3,7 и 5,8 ГГц	Лицензированный
Беспроводной USB, СШП	от 3,1 до 10,6 ГГц	Нелицензированный сверхширокополосный доступ
VEmesh *	868 МГц, 915 МГц и 953 МГц	Нелицензионный ISM
ЭнОкеан*	868,3 МГц	Нелицензионный ISM

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б «ЛТЕ» . Веб-сайт 3GPP . 2009 . Проверено 20 августа 2011 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с «WiMAX и стандарт радиоинтерфейса IEEE 802.16m» (PDF) . Форум WiMax. 4 апреля 2010 г. Проверено 7 февраля 2012 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с « Ericsson и Telstra впервые в мире добились покрытия мобильной широкополосной связи в радиусе 200 км ». www.physorg.com.
^ «IP-беспроводной» . Архивировано из оригинала 1 января 2007 г. Проверено 30 декабря 2006 г.
^ «Замечания по частоте разработчика UMTS-TDD» . Архивировано из оригинала 27 ноября 2006 г. Проверено 30 декабря 2006 г.
^ IEEE 802.11 , Список каналов WLAN.

Внешние ссылки

[ltedef-1] Перейти обратно: ^а ^б «ЛТЕ» . Веб-сайт 3GPP . 2009 . Проверено 20 августа 2011 г.

[autogenerated1-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с «WiMAX и стандарт радиоинтерфейса IEEE 802.16m» (PDF) . Форум WiMax. 4 апреля 2010 г. Проверено 7 февраля 2012 г.

[autogenerated1b-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с « Ericsson и Telstra впервые в мире добились покрытия мобильной широкополосной связи в радиусе 200 км ». www.physorg.com.

[4] «IP-беспроводной» . Архивировано из оригинала 1 января 2007 г. Проверено 30 декабря 2006 г.

[5] «Замечания по частоте разработчика UMTS-TDD» . Архивировано из оригинала 27 ноября 2006 г. Проверено 30 декабря 2006 г.

[6] IEEE 802.11 , Список каналов WLAN.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

v т и Телекоммуникации
History	Beacon Broadcasting Cable protection system Cable TV Communications satellite Computer network Data compression audio DCT image video Digital media Internet video online video platform social media streaming Drums Edholm's law Electrical telegraph Fax Heliographs Hydraulic telegraph Information Age Information revolution Internet Mass media Mobile phone Smartphone Optical telecommunication Optical telegraphy Pager Photophone Prepaid mobile phone Radio Radiotelephone Satellite communications Semaphore Phryctoria Semiconductor device MOSFET transistor Smoke signals Telecommunications history Telautograph Telegraphy Teleprinter (teletype) Telephone The Telephone Cases Television digital streaming Undersea telegraph line Videotelephony Whistled language Wireless revolution
Pioneers	Nasir Ahmed Edwin Howard Armstrong Mohamed M. Atalla John Logie Baird Paul Baran John Bardeen Alexander Graham Bell Emile Berliner Tim Berners-Lee Francis Blake (telephone) Jagadish Chandra Bose Charles Bourseul Walter Houser Brattain Vint Cerf Claude Chappe Yogen Dalal Daniel Davis Jr. Donald Davies Amos Dolbear Thomas Edison Lee de Forest Philo Farnsworth Reginald Fessenden Elisha Gray Oliver Heaviside Robert Hooke Erna Schneider Hoover Harold Hopkins Gardiner Greene Hubbard Internet pioneers Bob Kahn Dawon Kahng Charles K. Kao Narinder Singh Kapany Hedy Lamarr Innocenzo Manzetti Guglielmo Marconi Robert Metcalfe Antonio Meucci Samuel Morse Jun-ichi Nishizawa Charles Grafton Page Radia Perlman Alexander Stepanovich Popov Tivadar Puskás Johann Philipp Reis Claude Shannon Almon Brown Strowger Henry Sutton Charles Sumner Tainter Nikola Tesla Camille Tissot Alfred Vail Thomas A. Watson Charles Wheatstone Vladimir K. Zworykin
Transmission media	Coaxial cable Fiber-optic communication optical fiber Free-space optical communication Molecular communication Radio waves wireless Transmission line telecommunication circuit
Network topology and switching	Bandwidth Links Nodes terminal Network switching circuit packet Telephone exchange
Multiplexing	Space-division Frequency-division Time-division Polarization-division Orbital angular-momentum Code-division
Concepts	Communication protocol Computer network Data transmission Store and forward Telecommunications equipment
Types of network	Cellular network Ethernet ISDN LAN Mobile NGN Public Switched Telephone Radio Television Telex UUCP WAN Wireless network
Notable networks	ARPANET BITNET CYCLADES FidoNet Internet Internet2 JANET NPL network Toasternet Usenet
Locations	Africa Americas North South Antarctica Asia Europe Oceania (Global telecommunications regulation bodies)
Telecommunication portal Category Outline Commons