Vergleich der Handynormen - Comparison of mobile phone standards

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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 ungefähr alle zehn Jahre eine neue Generation von Mobilfunkstandards aufgetaucht .

Probleme

Globales System für Mobilkommunikation (GSM, Marktanteil ca. 80–85%) und IS-95 (Marktanteil ca. 10–15%) waren 2007 die beiden am weitesten verbreiteten 2G-Mobilkommunikationstechnologien. In 3G war UMTS die am weitesten verbreitete Technologie mit CDMA-2000 in enger Auseinandersetzung.

Alle Funkzugangstechnologien müssen die gleichen Probleme lösen: das endliche HF-Spektrum so effizient wie möglich auf mehrere Benutzer aufteilen . GSM verwendet TDMA und FDMA zur Trennung von Benutzer und Zelle. UMTS, IS-95 und CDMA-2000 verwenden CDMA . WiMAX und LTE verwenden OFDM .

  • TDMA (Time-Division Multiple Access) bietet Mehrbenutzerzugriff, indem der Kanal in aufeinanderfolgende Zeitscheiben zerlegt wird. Jeder Benutzer des Kanals sendet und empfängt abwechselnd Signale. In Wirklichkeit nutzt zu einem bestimmten Zeitpunkt nur eine Person den Kanal. Dies ist analog zur Zeitteilung auf einem großen Computerserver.
  • Der Frequenzmultiplex-Mehrfachzugriff (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.
  • CDMA (Code-Division Multiple Access) Hierbei wird eine digitale Modulation verwendet, die als Spread-Spektrum bezeichnet wird und die Sprachdaten unter Verwendung eines benutzer- oder zellenspezifischen Pseudozufallscodes pseudozufällig über einen sehr breiten Kanal verteilt . Der Empfänger macht die Randomisierung rückgängig, um die Bits zusammen zu sammeln und die Originaldaten zu erzeugen. Da die Codes pseudozufällig sind und so ausgewählt werden, dass sie sich nur minimal gegenseitig stören, können mehrere Benutzer gleichzeitig sprechen und mehrere Zellen können dieselbe Frequenz gemeinsam nutzen. Dies führt zu einem zusätzlichen Signalrauschen, das alle Benutzer dazu zwingt, mehr Strom zu verbrauchen, was im Gegenzug die Zellreichweite und die Batterielebensdauer verringert.
  • Der OFDMA ( Orthogonal Frequency Division Multiple Access ) verwendet die Bündelung mehrerer kleiner Frequenzbänder, die orthogonal zueinander sind, um eine Trennung der Benutzer zu ermöglichen. Die Benutzer werden im Frequenzbereich gemultiplext, indem bestimmten Benutzern bestimmte Teilbänder zugewiesen werden. Dies wird häufig dadurch verbessert, dass auch TDMA durchgeführt und die Zuordnung regelmäßig geändert wird, sodass unterschiedliche Benutzer zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedliche Teilbänder erhalten.

Theoretisch haben CDMA, TDMA und FDMA genau die gleiche spektrale Effizienz, aber praktisch hat jede ihre eigenen Herausforderungen - Leistungssteuerung bei CDMA, Timing bei TDMA und Frequenzerzeugung / -filterung bei FDMA.

Stellen Sie sich als klassisches Beispiel für das Verständnis des grundlegenden Unterschieds zwischen TDMA und CDMA eine Cocktailparty vor, bei der Paare in einem einzigen Raum miteinander sprechen. Der Raum repräsentiert die verfügbare Bandbreite:

TDMA: Ein Sprecher spricht abwechselnd mit einem Zuhörer. Der Sprecher spricht 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 zwei Gespräche gemischt werden. Der Nachteil ist, dass es die praktische Anzahl von Diskussionen im Raum begrenzt (bandbreitenmäßig).
CDMA: Jeder Redner kann jederzeit sprechen. Jeder verwendet jedoch eine andere Sprache. Jeder Zuhörer kann nur die Sprache seines Partners verstehen. Während 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 danach das Geräusch immer noch steigt (mehr Leute treten der Party / Zelle bei), kann der Hörer nicht erkennen, wovon der Sprecher spricht, ohne näher an den Sprecher heranzukommen. Tatsächlich nimmt die CDMA-Zellabdeckung mit zunehmender Anzahl aktiver Benutzer ab. Dies nennt man Zellatmung.

Vergleichstabelle

Generation Technologie Feature Codierung Jahr der ersten Verwendung Wandernd Interoperabilität des Mobilteils Gemeinsame Interferenz Signalqualität / Abdeckungsbereich Frequenznutzung / Anrufdichte Weiterleiten Sprache und Daten gleichzeitig
1G FDMA NMT Analog 1981 Nordics und mehrere andere europäische Länder Keiner Keiner Gute Abdeckung durch niedrige Frequenzen Sehr geringe Dichte Schwer Nein
2G TDMA und FDMA GSM Digital 1991 Weltweit alle Länder außer Japan und Südkorea SIM Karte Einige Elektronikgeräte, z. B. Verstärker Gute Abdeckung in Innenräumen mit 850/900 MHz. Repeater möglich. 35 km harte Grenze. Sehr geringe Dichte Schwer Ja GPRS Klasse A.
2G CDMA IS-95 (CDMA eins) Digital 1995 Begrenzt Keiner Keiner Unbegrenzte Zellengröße, geringe Sendeleistung ermöglicht große Zellen Sehr geringe Dichte Sanft Nein
3G CDMA IS-2000 (CDMA 2000) Digital 2000/2002 Begrenzt RUIM (selten verwendet) Keiner Unbegrenzte Zellengröße, geringe Sendeleistung ermöglicht große Zellen Sehr geringe Dichte Sanft Nein EVDO / Ja SVDO
3G W-CDMA UMTS (3GSM) Digital 2001 Weltweit SIM Karte Keiner Kleinere Zellen und geringere Abdeckung in Innenräumen bei 2100 MHz; Gleichwertige Abdeckung in Innenräumen und überlegene Reichweite gegenüber GSM bei 850/900 MHz. Sehr geringe Dichte Sanft Ja
4G OFDMA LTE Digital 2009 Begrenzt SIM Karte Keiner Kleinere Zellen und geringere Abdeckung des S-Bandes . Sehr geringe Dichte Schwer Nein (nur Daten) Sprache
über VoLTE oder Fallback auf 2G / 3G möglich
5G OFDMA NR Digital 2018 Begrenzt SIM Karte Keiner Dichte Zellen auf Millimeterwellen . Sehr geringe Dichte Schwer Nein (nur Daten) Sprache
über VoNR möglich


Netzwerkkompatibilität und Standard
Netzwerkkompatibilität Standard oder Revision
GSM ( TDMA , 2G ) GSM (1991), GPRS (2000), EDGE (2003)
cdmaOne ( CDMA , 2G ) cdmaOne (1995)
CDMA2000 ( CDMA / TDMA , 3G ) EV-DO (1999), Rev. A (2006), Rev. B (2006), SVDO (2011)
UMTS ( CDMA , 3G ) UMTS (1999), HSDPA (2005), HSUPA (2007), HSPA + (2009)
4G LTE (2009), LTE Advanced (2011)
5G NR (2018)

Stärken und Schwächen von IS-95 und GSM

Vorteile von GSM

Nachteile von GSM

  • Beeinträchtigt einige elektronische Geräte, insbesondere bestimmte Audioverstärker.
  • Das geistige Eigentum konzentriert sich auf einige wenige Branchenbeteiligte, was Eintrittsbarrieren für Neueinsteiger schafft und den Wettbewerb zwischen Telefonherstellern einschränkt. Bei CDMA-basierten Systemen wie IS-95, bei denen Qualcomm der wichtigste IP-Inhaber ist, ist die Situation jedoch schlechter.
  • GSM hat eine feste maximale Reichweite des Mobilfunkstandorts von 120 km, die durch technische Einschränkungen vorgegeben ist . Dies wird von der alten Grenze von 35 km erweitert.

Vorteile von IS-95

  • Die Kapazität ist das größte Kapital von IS-95. es können mehr Benutzer pro aufnehmen MHz der Bandbreite als jede andere Technologie.
  • Die Anzahl der gleichzeitigen Benutzer ist nicht begrenzt.
  • 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.
  • Kann einen vernünftigen Anruf mit niedrigeren Signalpegeln (Handyempfang) erzeugen.
  • Verwendet eine weiche Übergabe , um die Wahrscheinlichkeit von unterbrochenen Anrufen zu verringern.
  • Die Sprachcodierer mit variabler Rate des IS-95 reduzieren die Übertragungsrate, wenn der Sprecher nicht spricht, wodurch der Kanal effizienter gepackt werden kann.
  • Hat einen genau definierten Pfad 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 sich IS-95-Türme 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 können im Allgemeinen nicht international Roaming betreiben.
  • Aufgrund des kleineren Marktes zögern Hersteller häufig, IS-95-Geräte herauszubringen, sodass Funktionen für IS-95-Geräte manchmal erst spät verfügbar sind.
  • Selbst wenn keine Subventionssperren vorhanden sind , werden CDMA-Telefone von ESN mit einem bestimmten Netzwerk verbunden, sodass Telefone in der Regel nicht anbieterübergreifend portierbar sind.

Entwicklung des Marktanteils mobiler Standards

Diese Grafik vergleicht die Marktanteile der verschiedenen Mobilfunkstandards.

Mobilfunkteilnehmer nach Technologie (linke Y-Achse) und Gesamtzahl der Teilnehmer 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 ungefähr mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Markt, während andere Technologien (grau) auslaufen

Vergleich der Standards für drahtloses Internet

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

Vergleich der Methoden des mobilen Internetzugangs
Allgemeiner
Name
Familie Hauptnutzen Radio Tech Downstream
(Mbit / s)
Upstream
(Mbit / s)
Anmerkungen
HSPA + 3GPP Mobiles Internet CDMA / TDMA / FDD
MIMO
21
42
84
672
5,8
11,5
22
168
HSPA + ist weit verbreitet . Revision 11 des 3GPP besagt, dass HSPA + voraussichtlich eine Durchsatzkapazität von 672 Mbit / s haben wird.
LTE 3GPP Mobiles Internet OFDMA / TDMA / MIMO / SC-FDMA / für LTE-FDD / für LTE-TDD 100 Cat3
150 Cat4
300 Cat5
(in 20 MHz FDD)
50 Cat3 / 4
75 Cat5
(in 20 MHz FDD)
Das LTE-Advanced- Update soll mobilen Benutzern Spitzenraten von bis zu 1 Gbit / s und 100 Mbit / s bieten.
WiMax rel 1 802.16 WirelessMAN MIMO - SOFDMA 37 (10 MHz TDD) 17 (10 MHz TDD) Mit 2x2 MIMO.
WiMax rel 1.5 802.16-2009 WirelessMAN MIMO - SOFDMA 83 (20 MHz TDD)
141 (2 × 20 MHz FDD)
46 (20 MHz TDD)
138 (2 × 20 MHz FDD)
Mit 2x2 MIMO. Verbessert mit 20-MHz-Kanälen in 802.16-2009
WiMAX rel 2.0 802,16 m WirelessMAN MIMO - SOFDMA 2x2 MIMO
110 (20 MHz TDD)
183 (2x20 MHz FDD)
4x4 MIMO
219 (20 MHz TDD)
365 (2x20 MHz FDD)
2 × 2 MIMO
70 (20 MHz TDD)
188 (2 × 20 MHz FDD)
4 × 4 MIMO
140 (20 MHz TDD)
376 (2 × 20 MHz FDD)
Benutzer mit geringer Mobilität können auch mehrere Kanäle zusammenfassen, um einen Download-Durchsatz von bis zu 1 Gbit / s zu erzielen
Flash-OFDM Flash-OFDM Mobile Internetmobilität
bis zu 350 km / h
Flash-OFDM 5.3
10.6
15.9
1,8
3,6
5,4
Mobile Reichweite 30 km (18 Meilen)
Erweiterte Reichweite 55 km (34 Meilen)
HIPERMAN HIPERMAN Mobiles Internet OFDM 56.9
W-lan 802.11
( 11n )
WLAN OFDM / CSMA / MIMO / Halbduplex 288,8 (bei Verwendung einer 4x4-Konfiguration in einer Bandbreite von 20 MHz) oder 600 (bei Verwendung einer 4x4-Konfiguration in einer Bandbreite von 40 MHz)

Antennen- , RF-Front-End- Verbesserungen und geringfügige Änderungen des Protokoll-Timers haben dazu beigetragen, P2P- Netzwerke mit großer Reichweite bereitzustellen , die die radiale Abdeckung, den Durchsatz und / oder die Effizienz der Spektren ( 310 km und 382 km ) beeinträchtigen.

ich platze 802.20 Mobiles Internet HC-SDMA / TDD / MIMO 95 36 Zellradius: 3–12 km
Geschwindigkeit: 250 km / h
Spektrale Effizienz: 13 Bit / s / Hz /
Zellspektrum Wiederverwendungsfaktor: "1"
EDGE Evolution GSM Mobiles Internet TDMA / FDD 1.6 0,5 3GPP Release 7
UMTS W-CDMA
HSPA ( HSDPA + HSUPA )
UMTS / 3GSM Mobiles Internet CDMA / FDD

CDMA / FDD / MIMO
0,384
14,4
0,384
5,76
HSDPA ist weit verbreitet . Typische Downlink-Raten heute 2 Mbit / s, ~ 200 kbit / s Uplink; HSPA + Downlink bis zu 56 Mbit / s.
UMTS-TDD UMTS / 3GSM Mobiles Internet CDMA / TDD 16 Gemeldete Geschwindigkeiten gemäß IPWireless unter Verwendung einer 16QAM-Modulation ähnlich HSDPA + HSUPA
EV-DO  rel. 0
EV-DO Rev.A
EV-DO Rev.B
CDMA2000 Mobiles Internet CDMA / FDD 2,45
3,1
4,9xN
0,15
1,8 1,8
x N.
Rev. B Hinweis: N ist die Anzahl der verwendeten 1,25-MHz-Träger. EV-DO ist nicht für Sprache ausgelegt und erfordert einen Fallback auf 1xRTT, wenn ein Sprachanruf getätigt oder empfangen wird.

Hinweise: Alle Geschwindigkeiten sind theoretische Höchstwerte und variieren durch eine Reihe von Faktoren, einschließlich der Verwendung externer Antennen, der Entfernung vom Turm und der Bodengeschwindigkeit (z. B. kann die Kommunikation in einem Zug schlechter sein als im Stillstand). Normalerweise wird die Bandbreite von mehreren Terminals geteilt. Die Leistung jeder Technologie wird durch eine Reihe von Einschränkungen bestimmt, einschließlich der spektralen Effizienz der Technologie, der verwendeten Zellgrößen und der Menge des verfügbaren Spektrums. Weitere Informationen finden Sie unter Vergleich der Standards für drahtlose Daten .

Weitere Vergleichstabellen finden Bitrate Fortschritt Trends , den Vergleich der Mobilfunkstandards , die spektralen Effizienz Vergleichstabelle und OFDM - System Vergleichstabelle .

Siehe auch

Verweise

  1. ^ "Abonnentenstatistik Ende Q1 2007" (PDF) . Archiviert vom Original (PDF) am 27. September 2007 . Abgerufen am 22. September 2007 .
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