Vergleich der Mobilfunkstandards - Comparison of mobile phone standards

Dies ist ein Vergleich der Standards von Mobiltelefonen . Seit der Einführung von 1G- Systemen im Jahr 1979 und Anfang bis Mitte der 1980er Jahre ist etwa alle zehn Jahre eine neue Generation von Mobilfunkstandards erschienen .

Probleme

Global System for Mobile Communications (GSM, rund 80–85 % Marktanteil) und IS-95 (rund 10–15 % Marktanteil) waren 2007 die beiden am weitesten verbreiteten 2G-Mobilfunktechnologien. Bei 3G war UMTS die am weitesten verbreitete Technologie mit CDMA-2000 in enger Konkurrenz.

Alle Funkzugangstechnologien müssen die gleichen Probleme lösen: das endliche HF-Spektrum möglichst effizient auf mehrere Nutzer aufzuteilen . GSM verwendet TDMA und FDMA zur Trennung von Benutzern und Zellen. UMTS, IS-95 und CDMA-2000 verwenden CDMA . WiMAX und LTE verwenden OFDM .

• Time-Division Multiple Access (TDMA) bietet Mehrbenutzerzugriff, indem der Kanal in sequentielle Zeitscheiben zerlegt wird. Jeder Benutzer des Kanals wechselt sich ab, um Signale zu senden und zu empfangen. In Wirklichkeit nutzt nur eine Person den Kanal zu einem bestimmten Zeitpunkt. Dies ist analog zum Time-Sharing auf einem großen Computerserver.
• Frequency-Division Multiple Access (FDMA) bietet Mehrbenutzerzugriff durch Trennen der verwendeten Frequenzen. Dies wird in GSM verwendet, um Zellen zu trennen, die dann TDMA verwenden, um Benutzer innerhalb der Zelle zu trennen.
• Code-Division Multiple Access (CDMA) Dies verwendet eine digitale Modulation, die als Spreizspektrum bezeichnet wird und die Sprachdaten über einen sehr breiten Kanal in pseudozufälliger Weise unter Verwendung eines benutzer- oder zellenspezifischen Pseudozufallscodes verteilt. Der Empfänger macht die Randomisierung rückgängig, um die Bits zusammenzufassen und die Originaldaten zu erzeugen. Da die Codes pseudozufällig sind und so ausgewählt werden, dass sie sich gegenseitig nur minimal stören, können mehrere Benutzer gleichzeitig sprechen und mehrere Zellen können dieselbe Frequenz teilen. Dies führt zu einem zusätzlichen Signalrauschen, das alle Benutzer dazu zwingt, mehr Strom zu verbrauchen, was im Gegenzug die Zellenreichweite und die Batterielebensdauer verringert.
• Orthogonaler Frequenzmultiplex-Mehrfachzugriff (OFDMA) verwendet eine Bündelung von mehreren kleinen Frequenzbändern, die zueinander orthogonal sind, um eine Trennung von Benutzern bereitzustellen. Die Benutzer werden im Frequenzbereich gemultiplext, indem einzelnen Benutzern spezifische Teilbänder zugewiesen werden. Dies wird oft dadurch verbessert, dass auch TDMA ausgeführt wird und die Zuweisung periodisch geändert wird, so dass verschiedene Benutzer zu verschiedenen Zeiten verschiedene Teilbänder erhalten.

Theoretisch haben CDMA, TDMA und FDMA genau die gleiche spektrale Effizienz, aber praktisch hat jeder seine eigenen Herausforderungen – Leistungssteuerung im Fall von CDMA, Timing im Fall von TDMA und Frequenzerzeugung/-filterung im Fall von FDMA.

Als klassisches Beispiel zum Verständnis des grundlegenden Unterschieds von TDMA und CDMA stellen Sie sich eine Cocktailparty vor, bei der Paare in einem einzigen Raum miteinander sprechen. Der Raum stellt die verfügbare Bandbreite dar:

TDMA: Ein Sprecher spricht abwechselnd mit einem Zuhörer. Der Sprecher redet kurz und bleibt dann stehen, um ein anderes Paar sprechen zu lassen. Es spricht nie mehr als ein Sprecher im Raum, niemand muss sich Sorgen machen, dass sich zwei Gespräche vermischen. Der Nachteil ist, dass es die praktische Anzahl von Diskussionen im Raum (bandbreitenmäßig) begrenzt.

CDMA: Jeder Sprecher kann jederzeit sprechen; jedoch verwendet jeder eine andere Sprache. Jeder Zuhörer kann nur die Sprache seines Partners verstehen. Da immer mehr Paare sprechen, wird das Hintergrundgeräusch (das den Grundrauschen darstellt ) lauter, aber aufgrund der unterschiedlichen Sprachen vermischen sich die Gespräche nicht. Der Nachteil ist, dass man irgendwann nicht mehr lauter sprechen kann. Wenn das Rauschen danach immer noch ansteigt (mehr Leute schließen sich der Gruppe/der Zelle an), kann der Zuhörer nicht verstehen, worüber der Sprecher spricht, ohne näher an den Sprecher heranzukommen. Tatsächlich nimmt die CDMA-Zellenabdeckung ab, wenn die Anzahl aktiver Benutzer zunimmt. Dies wird als Zellatmung bezeichnet.

Vergleichstabelle

Stärken und Schwächen von IS-95 und GSM

Vorteile von GSM

• Weniger Signalverschlechterung innerhalb von Gebäuden.
• Fähigkeit, Repeater zu verwenden .
• Die Sprechzeit ist bei GSM-Telefonen aufgrund der Impulsübertragung im Allgemeinen höher.
• Die Verfügbarkeit von Subscriber Identity Modules ermöglicht Benutzern, abgesehen von einer Subventionssperre, nach Belieben Netze und Mobilteile zu wechseln .
• GSM deckt praktisch alle Teile der Welt ab, sodass internationales Roaming kein Problem darstellt.
• Die viel größere Anzahl von Abonnenten weltweit führt zu einem besseren Netzwerkeffekt für Hersteller von GSM-Handys, Netzbetreiber und Endbenutzer.

Nachteile von GSM

• Stört einige Elektronik, insbesondere bestimmte Audioverstärker.
• Geistiges Eigentum konzentriert sich auf einige wenige Branchenteilnehmer, wodurch Markteintrittsbarrieren für neue Marktteilnehmer entstehen und der Wettbewerb zwischen Telefonherstellern eingeschränkt wird. Bei CDMA-basierten Systemen wie IS-95, bei denen Qualcomm der größte Inhaber des geistigen Eigentums ist, ist die Situation jedoch noch schlimmer.
• GSM hat eine feste maximale Mobilfunkreichweite von 120 km, die durch technische Beschränkungen auferlegt wird . Diese wird von der alten Grenze von 35 km erweitert.

Vorteile von IS-95

• Kapazität ist das größte Kapital von IS-95; es können mehr Benutzer pro aufnehmen MHz der Bandbreite als jede andere Technologie.
• Hat keine integrierte Begrenzung für die Anzahl gleichzeitiger Benutzer.
• Verwendet präzise Uhren, die die Entfernung, die ein Turm zurücklegen kann, nicht begrenzen.
• Verbraucht weniger Strom und deckt große Bereiche ab, sodass die Zellengröße in IS-95 größer ist.
• Fähig, einen vernünftigen Anruf mit niedrigeren Signalpegeln (Handyempfang) zu produzieren.
• Verwendet weiches Handoff , um die Wahrscheinlichkeit von abgebrochenen Anrufen zu verringern.
• Die Sprachcodierer mit variabler Rate von IS-95 reduzieren die Übertragungsrate, wenn der Sprecher nicht spricht, wodurch der Kanal effizienter gepackt werden kann.
• Hat einen klar definierten Weg zu höheren Datenraten.

Nachteile von IS-95

• Die meisten Technologien sind patentiert und müssen von Qualcomm lizenziert werden .
• Atmung von Basisstationen, bei denen der Abdeckungsbereich unter Last schrumpft. Wenn die Anzahl der Abonnenten, die eine bestimmte Site verwenden, steigt, sinkt die Reichweite dieser Site.
• Da IS-95-Türme sich gegenseitig stören, werden sie normalerweise auf viel kürzeren Türmen installiert. Aus diesem Grund funktioniert der IS-95 in hügeligem Gelände möglicherweise nicht gut.
• USSD, PTT, verkettete/E-SMS werden von IS-95/CDMA nicht unterstützt
• IS-95 deckt einen kleineren Teil der Welt ab, und IS-95-Telefone sind im Allgemeinen nicht in der Lage, international zu roamen.
• Aufgrund des kleineren Marktes zögern Hersteller oft, IS-95-Geräte auf den Markt zu bringen, so dass Features manchmal erst spät auf IS-95-Geräten kommen.
• Selbst ohne Subventionssperren sind CDMA-Telefone über ESN mit einem bestimmten Netzwerk verbunden, sodass Telefone in der Regel nicht zwischen Anbietern portiert werden können.

Entwicklung des Marktanteils von Mobilfunkstandards

Diese Grafik vergleicht die Marktanteile der verschiedenen Mobilfunkstandards.

Mobilfunkabonnenten nach Technologie (linke Y-Achse) und Gesamtzahl der Abonnenten weltweit (rechte Y-Achse)

In einem schnell wachsenden Markt wächst GSM/3GSM (rot) schneller als der Markt und gewinnt Marktanteile, die CDMA-Familie (blau) wächst etwa gleich schnell wie der Markt, während andere Technologien (grau) auslaufen

Vergleich der WLAN-Internetstandards

Als Referenz folgt ein Vergleich von mobilen und nicht-mobilen drahtlosen Internetstandards.

Hinweise: Alle Geschwindigkeiten sind theoretische Höchstwerte und variieren durch eine Reihe von Faktoren, einschließlich der Verwendung externer Antennen, der Entfernung vom Turm und der Geschwindigkeit über Grund (z. B. kann die Kommunikation in einem Zug schlechter sein als im Stillstand). Normalerweise wird die Bandbreite von mehreren Endgeräten geteilt. Die Leistung jeder Technologie wird durch eine Reihe von Beschränkungen bestimmt, darunter die spektrale Effizienz der Technologie, die verwendeten Zellengrößen und die Menge des verfügbaren Spektrums. Weitere Informationen finden Sie unter Vergleich von drahtlosen Datenstandards .

Weitere Vergleichstabellen finden Sie unter Bitraten-Fortschrittstrends , Vergleich von Mobiltelefonstandards , Spektraleffizienz-Vergleichstabelle und OFDM-System-Vergleichstabelle .

Siehe auch

• Vergleich drahtloser Datenstandards
• Vergleichstabelle der spektralen Effizienz
• SMS – enthalten den Inhalt seiner Standardisierung

Verweise