Vergleich drahtloser Datenstandards - Comparison of wireless data standards

Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher drahtloser Datentechnologien, die teilweise in direkter Konkurrenz zueinander stehen, andere für bestimmte Anwendungen konzipiert sind. Drahtlose Technologien können durch eine Vielzahl unterschiedlicher Metriken bewertet werden, von denen einige in diesem Beitrag beschrieben werden.

Standards können wie folgt in aufsteigender Reihenfolge gruppiert werden:

Personal Area Network (PAN)-Systeme sind für die Kommunikation über kurze Distanzen zwischen Geräten gedacht, die typischerweise von einer einzelnen Person gesteuert werden. Einige Beispiele umfassen drahtlose Headsets für Mobiltelefone oder drahtlose Herzfrequenzsensoren, die mit einer Armbanduhr kommunizieren. Einige dieser Technologien umfassen Standards wie ANT UWB , Bluetooth , ZigBee und Wireless USB .

Drahtlose Sensornetzwerke (WSN / WSAN) sind im Allgemeinen Netzwerke von stromsparenden, kostengünstigen Geräten, die drahtlos miteinander verbunden sind, um Daten zu sammeln, auszutauschen und manchmal darauf zu reagieren, die aus ihrer physischen Umgebung - "Sensornetzwerken" - gesammelt werden. Knoten verbinden sich normalerweise in einer Stern- oder Maschentopologie. Während von den meisten einzelnen Knoten in einem WSAN erwartet wird, dass sie eine begrenzte Reichweite haben ( Bluetooth , ZigBee , 6LoWPAN usw.), können bestimmte Knoten jedoch zu umfangreicheren Kommunikationen ( Wi-Fi , Mobilfunknetze usw.) ein breites geografisches Spektrum. Ein Beispiel für ein WSAN wäre eine Sammlung von Sensoren, die in einer landwirtschaftlichen Einrichtung angeordnet sind, um den Bodenfeuchtigkeitsgehalt zu überwachen, die Daten zur Analyse und Trendmodellierung an einen Computer im Hauptbüro zurückzugeben und möglicherweise automatische Bewässerungsstutzen zu aktivieren, wenn der Wert niedrig ist zu niedrig.

Für die Weitverkehrskommunikation wird ein drahtloses lokales Netzwerk (WLAN) verwendet. WLANs sind oft unter ihrem kommerziellen Produktnamen Wi-Fi bekannt . Diese Systeme werden verwendet, um drahtlosen Zugriff auf andere Systeme im lokalen Netzwerk wie andere Computer, gemeinsam genutzte Drucker und andere derartige Geräte oder sogar das Internet bereitzustellen. Typischerweise bietet ein WLAN viel bessere Geschwindigkeiten und Verzögerungen innerhalb des lokalen Netzwerks als der Internetzugang eines durchschnittlichen Verbrauchers . Ältere Systeme mit WLAN-Funktionalität sind DECT und HIPERLAN . Diese sind jedoch nicht mehr weit verbreitet. Ein typisches Merkmal von WLANs ist, dass sie meist sehr lokal sind, ohne die Möglichkeit einer nahtlosen Bewegung von einem Netzwerk in ein anderes.

Mobilfunknetze oder WAN sind für stadtweite/nationale/globale Abdeckungsbereiche und nahtlose Mobilität von einem Zugangspunkt (oft als Basisstation definiert ) zu einem anderen ausgelegt, was eine nahtlose Abdeckung für sehr weite Bereiche ermöglicht. Mobilfunktechnologien werden oft in 2G- , 3G- und 4G- Netze der zweiten Generation unterteilt . Ursprünglich waren 2G-Netze sprachzentrierte oder sogar sprachgebundene digitale Mobilfunksysteme (im Gegensatz zu den analogen 1G-Netzen). Zu den typischen 2G-Standards gehören GSM und IS-95 mit Erweiterungen über GPRS , EDGE und 1xRTT , die Benutzern von ursprünglich sprachzentrierten 2G-Netzen einen Internetzugang bieten. Sowohl EDGE als auch 1xRTT sind 3G-Standards, wie von der ITU definiert , werden jedoch aufgrund ihrer vergleichsweise niedrigen Geschwindigkeiten und hohen Verzögerungen im Vergleich zu echten 3G-Technologien normalerweise als 2.9G vermarktet.

Echte 3G-Systeme wie EV-DO , W-CDMA (einschließlich HSPA ) bieten von Anfang an kombinierte leitungsvermittelte und paketvermittelte Daten- und Sprachdienste, in der Regel mit weitaus besseren Datenraten als 2G-Netze mit ihren Erweiterungen. Alle diese Dienste können verwendet werden, um an entfernten Standorten einen kombinierten mobilen Sprach- und Internetzugang bereitzustellen.

4G-Netzwerke bieten noch höhere Bitraten und viele architektonische Verbesserungen, die für den Verbraucher nicht unbedingt sichtbar sind. Die derzeit weit verbreiteten 4G-Systeme sind HSPA+ , WIMAX und LTE . Die beiden letztgenannten sind reine paketbasierte Netzwerke ohne traditionelle Sprachleitungsfähigkeiten. Diese Netze stellen Sprachdienste über VoIP bereit .

Einige Systeme sind für die Punkt-zu-Punkt-Sichtverbindung ausgelegt. Wenn zwei solcher Knoten zu weit voneinander entfernt sind, können sie nicht mehr kommunizieren. Andere Systeme sind so konzipiert, dass sie ein drahtloses Mesh-Netzwerk bilden , das eines von einer Vielzahl von Routing-Protokollen verwendet . Wenn Knoten in einem Mesh-Netzwerk zu weit voneinander entfernt sind, um direkt zu kommunizieren, können sie immer noch indirekt über Zwischenknoten kommunizieren.

Normen

Die folgenden Standards sind in diesem Vergleich enthalten.

Drahtloses Weitverkehrsnetzwerk (WWAN)

Drahtloses lokales Netzwerk (WLAN)

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

Wireless Personal Area Network (WPAN) und die meisten drahtlosen Sensor-Aktor-Netzwerke (WSAN)

Überblick

Vergleich mobiler Internet-Zugangsmethoden
Allgemeiner
Name		 Familie Hauptnutzen Funktechnik 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)		 LTE-Advanced- Update wird voraussichtlich Spitzenraten von bis zu 1 Gbit/s Festgeschwindigkeit und 100 Mbit/s für mobile Benutzer 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 (2x20-MHz-FDD)		 46 (20-MHz-TDD)
138 (2x20-MHz-FDD)		 Mit 2x2 MIMO.Enhanced mit 20 MHz Kanälen in 802.16-2009
WiMAX rel 2.0 802,16m WirelessMAN MIMO - SOFDMA 2x2 MIMO
110 (20 MHz TDD)
183 (2x20 MHz FDD)
4x4 MIMO
219 (20 MHz TDD)
365 (2x20 MHz FDD)		 2x2 MIMO
70 (20 MHz TDD)
188 (2x20 MHz FDD)
4x4 MIMO
140 (20 MHz TDD)
376 (2x20 MHz FDD)		 Außerdem können Benutzer mit geringer Mobilität mehrere Kanäle aggregieren, um einen Download-Durchsatz von bis zu 1 Gbit/s zu erreichen
Flash-OFDM Flash-OFDM Mobile Internet-
Mobilität 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 (mit 4x4-Konfiguration in 20 MHz Bandbreite) oder 600 (mit 4x4-Konfiguration in 40 MHz Bandbreite)

Antenne , HF-Front-End- Verbesserungen und kleinere Optimierungen des Protokoll-Timers haben dazu beigetragen, P2P- Netzwerke mit großer Reichweite bereitzustellen , die die radiale Abdeckung, den Durchsatz und/oder die Spektreneffizienz beeinträchtigen ( 310 km & 382 km ).
ich platze 802.20 Mobiles Internet HC-SDMA / TDD / MIMO 95 36 Zellenradius: 3–12 km
Geschwindigkeit: 250 km/h
Spektrale Effizienz: 13 Bit/s/Hz/Zelle
Spectrum Reuse Factor: "1"
EDGE-Entwicklung GSM Mobiles Internet TDMA / FDD 1,6 0,5 3GPP- Version 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 56 Mbit/s.
UMTS-TDD UMTS/3GSM Mobiles Internet CDMA / TDD 16 Gemeldete Geschwindigkeiten gemäß IPWireless mit 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
1,8xN		 Anmerkung zu Rev B: N ist die Anzahl der verwendeten 1,25-MHz-Träger. EV-DO ist nicht für Sprache ausgelegt und erfordert ein 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 Geschwindigkeit über Grund (z. B. kann die Kommunikation in einem Zug schlechter sein als im Stillstand). Üblicherweise 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 .

Spitzenbitrate und -durchsatz

Bei der Diskussion des Durchsatzes wird oft zwischen der Spitzendatenrate der Bitübertragungsschicht, dem theoretischen maximalen Datendurchsatz und dem typischen Durchsatz unterschieden.

Die Spitzenbitrate des Standards ist die Nettobitrate, die von der Bitübertragungsschicht im schnellsten Übertragungsmodus (unter Verwendung des schnellsten Modulationsschemas und Fehlercodes) bereitgestellt wird, ohne Vorwärtsfehlerkorrekturcodierung und anderen Overhead der Bitübertragungsschicht.

Der theoretische maximale Durchsatz für den Endbenutzer ist aufgrund des höheren Layer-Overheads deutlich niedriger als die Spitzendatenrate. Auch dies ist nur dann zu erreichen, wenn der Test unter perfekten Laborbedingungen durchgeführt wird.

Der typische Durchsatz ist der, den Benutzer die meiste Zeit erlebt haben, wenn sie sich innerhalb des nutzbaren Bereichs zur Basisstation befinden. Der typische Durchsatz ist schwer zu messen und hängt von vielen Protokollproblemen wie Übertragungsschemata (langsamere Schemata werden aufgrund besserer Redundanz in größerer Entfernung vom Zugangspunkt verwendet), Paketneuübertragungen und Paketgröße ab. Der typische Durchsatz ist oft noch geringer, da sich anderer Verkehr das gleiche Netz oder die gleiche Zelle teilt, Interferenzen oder sogar die Festnetzkapazität ab der Basisstation begrenzt sind.

Beachten Sie, dass diese Zahlen nicht verwendet werden können, um die Leistung eines bestimmten Standards in einer bestimmten Umgebung vorherzusagen, sondern vielmehr als Benchmarks dienen, mit denen die tatsächlichen Erfahrungen verglichen werden können.

Bitrate (Mbit/s)
Standard Spitzen-Downlink Spitzen-Uplink Ungefähre maximale Reichweite in Metern Typischer Downlink-Durchsatz
CDMA2000 1xRTT 0,3072 0,1536 29000 0,125
CDMA2000 EV-DO Rev. 0 2.4580 0,1536 29000 1
CDMA2000 EV-DO Rev. A 3.1 1,8 29000 2
CDMA2000 EV-DO Rev. B 4.9 1,8 29000
GSM- GPRS- Klasse 10 0,0856 0,0428 26000 0,014
GSM- EDGE- Typ 2 0,4736 0,4736 26000 0,034
GSM Evolved EDGE 1.8944 0,9472 26000
UMTS W-CDMA R99 0,3840 0,3840 29000 0,195
UMTS W-CDMA HSDPA 14,4 0,3840 200000 2
UMTS W-CDMA HSUPA 14,4 5,76 200000
UMTS W-CDMA HSPA+ 168 22 200000
UMTS-TDD 16 16
LTE 326.4 86,4
iBurst : iBurst 24 8 12000 >2
Flash-OFDM : Flash-OFDM 5.3 1,8 29000 durchschnittlich 2,5
WiMAX : 802.16e 70 70 6400 >10
WLAN : 802.11a 54 54 30 20
WLAN: 802.11b 11 11 30 5
WLAN: 802.11g 54 54 30 20
WLAN: 802.11n 600 600 50
WLAN: 802.11ac 1.300 1.300 50
WLAN: 802.11ad 7.000 7.000 3.3
WLAN: 802.11ax 10.000 10.000
  • Downlink ist der Durchsatz von der Basisstation zum Benutzerhandgerät oder Computer.
  • Uplink ist der Durchsatz vom Handgerät oder Computer des Benutzers zur Basisstation.
  • Die Reichweite ist die maximal mögliche Reichweite, um Daten mit 25 % der typischen Rate zu empfangen.

Typische spektrale Verwendung

Frequenz

Zugeteilte Frequenzen
Standard Frequenzen Spektrumtyp
UMTS-FDD 850 MHz, 900 MHz, 2,0, 1,9/2,1, 2,1 und 1,7/2,1 GHz Lizenziert
UMTS-TDD 450, 850 MHz, 1,9, 2, 2,5 und 3,5 GHz
2 GHz		 Lizenziert (Mobilfunk, 3G TDD, BRS/IMT-ext, FWA)
Nicht lizenziert ( siehe Hinweis)
CDMA2000 (inkl. EV-DO, 1xRTT) 450, 850, 900 MHz 1,7, 1,8, 1,9 und 2,1 GHz Lizenziert (Mobilfunk/PCS/3G/AWS)
RAND/GPRS 850 MHz, 900 MHz, 1,8 GHz und 1,9 GHz Lizenziert (Mobilfunk/PCS/PCN)
ich platze 1,8, 1,9 und 2,1 GHz Lizenziert
Flash-OFDM 450 und 870 MHz Lizenziert
Bluetooth/BLE 2,4 GHz Nicht lizenziertes ISM
WPAN mit niedriger Rate (802.15.4) 868 MHz, 915 MHz, 2,4 GHz Nicht lizenziertes ISM
802.11 2,4, 3,6, 4,9, 5,0, 5,2, 5,6, 5,8, 5,9 und 60 GHz Nicht lizenziertes ISM
WiMax (802.16e) 2,3, 2,5, 3,5, 3,7 und 5,8 GHz Lizenziert
Kabelloses USB, UWB 3,1 bis 10,6 GHz Nicht lizenziertes Ultrabreitband
VEmesh * 868 MHz, 915 MHz und 953 MHz Nicht lizenziertes ISM
EnOcean* 868,3 MHz Nicht lizenziertes ISM

Siehe auch

Verweise

  1. ^ a b "LTE" . 3GPP-Website . 2009 . Abgerufen am 20. August 2011 .
  2. ^ a b c "WiMAX und der IEEE 802.16m Air Interface Standard" (PDF) . WiMax-Forum. 4. April 2010 . Abgerufen 2012-02-07 .
  3. ^ a b c " Ericsson, Telstra erreichen die weltweit erste mobile Breitbandabdeckung mit 200 km Reichweite ". www.physorg.com.
  4. ^ "IPWireless" . Archiviert vom Original am 01.01.2007 . Abgerufen 2006-12-30 .
  5. ^ "Frequenzhinweise des UMTS-TDD-Entwicklers" . Archiviert vom Original am 27.11.2006 . Abgerufen 2006-12-30 .
  6. ^ IEEE 802.11 , Liste der WLAN-Kanäle

Externe Links