Comparação de padrões de telefones celulares - Comparison of mobile phone standards

Esta é uma comparação de padrões de telefones celulares . Uma nova geração de padrões de celular apareceu aproximadamente a cada dez anos desde que os sistemas 1G foram introduzidos em 1979 e do início a meados da década de 1980.

questões

Sistema Global para Comunicações Móveis (GSM, cerca de 80–85% de participação de mercado) e IS-95 (cerca de 10–15% de participação de mercado) foram as duas tecnologias de comunicação móvel 2G mais prevalentes em 2007. Em 3G, a tecnologia mais prevalente foi UMTS com CDMA-2000 em disputa próxima.

Todas as tecnologias de acesso por rádio têm que resolver os mesmos problemas: dividir o espectro finito de RF entre vários usuários da maneira mais eficiente possível. O GSM usa TDMA e FDMA para separação de usuários e células. UMTS, IS-95 e CDMA-2000 usam CDMA . WiMAX e LTE usam OFDM .

  • O acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA) fornece acesso multiusuário, dividindo o canal em fatias de tempo sequenciais. Cada usuário do canal se reveza para transmitir e receber sinais. Na realidade, apenas uma pessoa está realmente usando o canal em um determinado momento. Isso é análogo ao compartilhamento de tempo em um grande servidor de computador.
  • O acesso múltiplo por divisão de frequência (FDMA) fornece acesso multiusuário, separando as frequências usadas. Isso é usado em GSM para separar células, que então usam TDMA para separar usuários dentro da célula.
  • Acesso múltiplo por divisão de código (CDMA) Este usa uma modulação digital chamada espectro de propagação que espalha os dados de voz por um canal muito amplo de forma pseudo-aleatória usando um código pseudo-aleatório específico de uma célula ou usuário. O receptor desfaz a randomização para coletar os bits juntos e produzir os dados originais. Como os códigos são pseudo-aleatórios e selecionados de forma a causar interferência mínima entre si, vários usuários podem falar ao mesmo tempo e várias células podem compartilhar a mesma frequência. Isso causa um ruído de sinal adicional, forçando todos os usuários a usarem mais energia, o que em troca diminui o alcance das células e a vida útil da bateria.
  • O acesso múltiplo por divisão de frequência ortogonal (OFDMA) usa o agrupamento de várias pequenas bandas de frequência que são ortogonais entre si para fornecer a separação de usuários. Os usuários são multiplexados no domínio da frequência, alocando sub-bandas específicas para usuários individuais. Isso geralmente é aprimorado também pela execução de TDMA e pela alteração da alocação periodicamente, de modo que diferentes usuários obtenham diferentes sub-bandas em momentos diferentes.

Em teoria, CDMA, TDMA e FDMA têm exatamente a mesma eficiência espectral, mas, praticamente, cada um tem seus próprios desafios - controle de potência no caso de CDMA, temporização no caso de TDMA e geração / filtragem de frequência no caso de FDMA.

Para um exemplo clássico de compreensão da diferença fundamental entre TDMA e CDMA, imagine um coquetel em que os casais conversem em um único cômodo. A sala representa a largura de banda disponível:

TDMA: um orador se reveza para falar com um ouvinte. O orador fala um pouco e depois para para deixar outro casal falar. Nunca há mais de um palestrante falando na sala, ninguém precisa se preocupar com a mistura de duas conversas. A desvantagem é que isso limita o número prático de discussões na sala (em termos de largura de banda).
CDMA: qualquer palestrante pode falar a qualquer hora; no entanto, cada um usa um idioma diferente. Cada ouvinte só pode entender a linguagem de seu parceiro. À medida que mais e mais casais conversam, o ruído de fundo (representando o piso de ruído ) fica mais alto, mas por causa da diferença de idiomas, as conversas não se misturam. A desvantagem é que, em algum momento, não se pode falar mais alto. Depois disso, se o ruído ainda aumentar (mais pessoas entram na festa / célula), o ouvinte não consegue entender o que o locutor está falando sem se aproximar dele. Com efeito, a cobertura de células CDMA diminui à medida que o número de usuários ativos aumenta. Isso é chamado de respiração celular.

Tabela de comparação

Geração Tecnologia Característica Codificação Ano do primeiro uso Roaming Interoperabilidade de aparelhos Interferência Comum Qualidade do sinal / área de cobertura Utilização de frequência / densidade de chamada Não interferir Voz e dados ao mesmo tempo
1G FDMA NMT Analógico 1981 Nórdicos e vários outros países europeus Nenhum Nenhum Boa cobertura devido às baixas frequências Densidade muito baixa Duro Não
2G TDMA e FDMA GSM Digital 1991 Em todo o mundo, todos os países, exceto Japão e Coreia do Sul cartão SIM Alguns eletrônicos, por exemplo, amplificadores Boa cobertura em ambientes internos em 850/900 MHz. Repetidores possíveis. Limite rígido de 35 km. Densidade muito baixa Duro Sim GPRS Classe A
2G CDMA IS-95 (CDMA um) Digital 1995 Limitado Nenhum Nenhum Tamanho de célula ilimitado, baixa potência do transmissor permite células grandes Densidade muito baixa Suave Não
3G CDMA IS-2000 (CDMA 2000) Digital 2000/2002 Limitado RUIM (raramente usado) Nenhum Tamanho de célula ilimitado, baixa potência do transmissor permite células grandes Densidade muito baixa Suave Não EVDO / Sim SVDO
3G W-CDMA UMTS (3GSM) Digital 2001 No mundo todo cartão SIM Nenhum Células menores e cobertura interna mais baixa em 2100 MHz; cobertura equivalente em ambientes internos e alcance superior ao GSM em 850/900 MHz. Densidade muito baixa Suave sim
4G OFDMA LTE Digital 2009 Limitado cartão SIM Nenhum Células menores e mais baixa a cobertura sobre a banda S . Densidade muito baixa Duro Não (somente dados)
Voz possível por meio de VoLTE ou substituto para 2G / 3G
5G OFDMA NR Digital 2018 Limitado cartão SIM Nenhum Células densas em ondas milimétricas . Densidade muito baixa Duro Não (apenas dados)
Voz possível através de VoNR


Compatibilidade de rede e padrão
Compatibilidade de rede Padrão ou Revisão
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), LTE Advanced Pro (2016)
5G NR (2018)

Pontos fortes e fracos do IS-95 e GSM

Vantagens do GSM

Desvantagens do GSM

  • Interfere em alguns componentes eletrônicos, especialmente em alguns amplificadores de áudio.
  • A propriedade intelectual está concentrada entre alguns participantes da indústria, criando barreiras à entrada de novos participantes e limitando a competição entre os fabricantes de telefones. A situação, entretanto, é pior em sistemas baseados em CDMA como o IS-95, onde a Qualcomm é o maior detentor de IP.
  • O GSM tem um alcance máximo fixo de local celular de 120 km, que é imposto por limitações técnicas . Este é expandido do antigo limite de 35 km.

Vantagens do IS-95

  • A capacidade é o maior ativo do IS-95; pode acomodar mais usuários por MHz de largura de banda do que qualquer outra tecnologia.
  • Não tem limite interno para o número de usuários simultâneos.
  • Usa relógios precisos que não limitam a distância que uma torre pode cobrir.
  • Consome menos energia e cobre grandes áreas, então o tamanho da célula no IS-95 é maior.
  • Capaz de produzir uma chamada razoável com níveis de sinal (recepção de telefone celular) mais baixos.
  • Usa transferência suave , reduzindo a probabilidade de chamadas perdidas.
  • Os codificadores de voz de taxa variável do IS-95 reduzem a taxa de transmissão quando o alto-falante não está falando, o que permite que o canal seja compactado com mais eficiência.
  • Tem um caminho bem definido para taxas de dados mais altas.

Desvantagens do IS-95

  • A maioria das tecnologias é patenteada e deve ser licenciada pela Qualcomm .
  • Respiração de estações base, onde a área de cobertura diminui sob carga. À medida que o número de assinantes usando um determinado site aumenta, o alcance desse site diminui.
  • Como as torres IS-95 interferem umas nas outras, elas são normalmente instaladas em torres muito mais curtas. Por causa disso, o IS-95 pode não funcionar bem em terrenos acidentados.
  • USSD, PTT, concatenado / E-sms não são compatíveis com IS-95 / CDMA
  • O IS-95 cobre uma parte menor do mundo e os telefones IS-95 geralmente não podem fazer roaming internacionalmente.
  • Os fabricantes muitas vezes hesitam em lançar dispositivos IS-95 devido ao mercado menor, então os recursos às vezes demoram a chegar aos dispositivos IS-95.
  • Mesmo excluindo bloqueios de subsídio , os telefones CDMA são conectados por ESN a uma rede específica, portanto, os telefones normalmente não são portáteis entre os provedores.

Desenvolvimento da participação de mercado de padrões móveis

Este gráfico compara as participações de mercado dos diferentes padrões móveis.

Assinantes de telefones celulares por tecnologia (eixo Y esquerdo) e número total de assinantes globalmente (eixo Y direito)

Em um mercado de rápido crescimento, GSM / 3GSM (vermelho) cresce mais rápido do que o mercado e está ganhando participação de mercado, a família CDMA (azul) cresce na mesma proporção que o mercado, enquanto outras tecnologias (cinza) estão sendo eliminadas

Comparação de padrões de Internet sem fio

Como referência, segue-se uma comparação dos padrões de Internet sem fio móvel e não móvel.

Comparação de métodos de acesso à Internet móvel

Nome Comum		 Família Uso primário Radio Tech Downstream
(Mbit / s)		 Upstream
(Mbit / s)		 Notas
HSPA + 3GPP Internet móvel CDMA / TDMA / FDD
MIMO 		21
42
84
672		 5,8
11,5
22
168		 HSPA + é amplamente implantado . A revisão 11 do 3GPP afirma que o HSPA + deve ter uma capacidade de transferência de 672 Mbit / s.
LTE 3GPP Internet móvel OFDMA / TDMA / MIMO / SC-FDMA / para LTE-FDD / para LTE-TDD 100
Cat3 150 Cat4
300 Cat5
(em 20 MHz FDD)
 50 Cat3 / 4
75 Cat5
(em 20 MHz FDD)		 Espera-se que a atualização LTE-Advanced ofereça taxas de pico de até 1 Gbit / s em velocidades fixas e 100 Mb / s para usuários móveis.
WiMax rel 1 802,16 WirelessMAN MIMO - SOFDMA 37 (TDD de 10 MHz) 17 (TDD de 10 MHz) Com 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)		 Com 2x2 MIMO. Aprimorado com canais de 20 MHz em 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)		 Além disso, os usuários de baixa mobilidade podem agregar vários canais para obter uma taxa de transferência de download de até 1 Gbit / s
Flash-OFDM Flash-OFDM
Mobilidade da Internet móvel de até 200 mph (350 km / h)		 Flash-OFDM 5,3
10,6
15,9		 1,8
3,6
5,4		 Alcance móvel 30 km (18 milhas)
Alcance estendido 55 km (34 milhas)
HIPERMAN HIPERMAN Internet móvel OFDM 56,9
Wi-fi 802.11
( 11n )		 Rede sem fio OFDM / CSMA / MIMO / Half Duplex 288,8 (usando configuração 4x4 em largura de banda de 20 MHz) ou 600 (usando configuração 4x4 em largura de banda de 40 MHz)

Antena , aprimoramentos de front-end de RF e pequenos ajustes de temporizador de protocolo ajudaram a implantar redes P2P de longo alcance , comprometendo a cobertura radial, taxa de transferência e / ou eficiência de espectro ( 310 km e 382 km )
eu explodo 802,20 Internet móvel HC-SDMA / TDD / MIMO 95 36 Raio da célula: 3–12 km
Velocidade: 250 km / h
Eficiência espectral: 13 bits / s / Hz / célula
Fator de reutilização do espectro: "1"
Evolução EDGE GSM Internet móvel TDMA / FDD 1,6 0,5 3GPP Versão 7
UMTS W-CDMA
HSPA ( HSDPA + HSUPA ) 		UMTS / 3GSM Internet móvel CDMA / FDD

CDMA / FDD / MIMO 		0,384
14,4		 0,384
5,76		 O HSDPA é amplamente implantado . Taxas de downlink típicas hoje 2 Mbit / s, uplink de ~ 200 kbit / s; HSPA + downlink de até 56 Mbit / s.
UMTS-TDD UMTS / 3GSM Internet móvel CDMA / TDD 16 Velocidades relatadas de acordo com IPWireless usando modulação 16QAM semelhante a HSDPA + HSUPA
EV-DO  Rel. 0
EV-DO Rev.A
EV-DO Rev.B 		CDMA2000 Internet móvel CDMA / FDD 2,45
3,1
4,9xN		 0,15
1,8
1,8xN		 Nota da Rev B: N é o número de portadoras de 1,25 MHz usadas. EV-DO não foi projetado para voz e requer um fallback para 1xRTT quando uma chamada de voz é feita ou recebida.

Observações: Todas as velocidades são máximas teóricas e variam de acordo com uma série de fatores, incluindo o uso de antenas externas, a distância da torre e a velocidade do solo (por exemplo, as comunicações em um trem podem ser mais precárias do que quando parado). Normalmente, a largura de banda é compartilhada entre vários terminais. O desempenho de cada tecnologia é determinado por uma série de restrições, incluindo a eficiência espectral da tecnologia, os tamanhos de células usados ​​e a quantidade de espectro disponível. Para obter mais informações, consulte Comparação de padrões de dados sem fio .

Para obter mais tabelas de comparação, consulte as tendências de progresso da taxa de bits , comparação de padrões de telefones celulares , tabela de comparação de eficiência espectral e tabela de comparação de sistema OFDM .

Veja também

Referências

  1. ^ "Estatísticas de assinantes no final do primeiro trimestre de 2007" (PDF) . Arquivado do original (PDF) em 27 de setembro de 2007 . Página visitada em 22 de setembro de 2007 .
  2. ^ "CDMA Development Group anuncia 'SVDO': manipula chamadas e dados ao mesmo tempo" . Wpcentral.com . 18 de agosto de 2009 . Retirado em 30 de julho de 2018 .
  3. ^ "A rede maior e mais confiável da nação - AT&T" . Wireless.att.com . Arquivado do original em 15 de agosto de 2018 . Retirado em 30 de julho de 2018 .
  4. ^ "IS-95 (CDMA) e GSM (TDMA)" . Arquivado do original em 26 de fevereiro de 2011 . Retirado em 3 de fevereiro de 2011 .
  5. ^ "Cópia arquivada" . Arquivado do original em 23 de janeiro de 2011 . Página visitada em 18 de janeiro de 2011 .CS1 maint: cópia arquivada como título ( link )
  6. ^ "Cópia arquivada" . Arquivado do original em 9 de maio de 2006 . Página visitada em 14 de junho de 2006 .CS1 maint: cópia arquivada como título ( link )
  7. ^ "Perguntas freqüentes sobre PCS" . Arquivado do original em 9 de maio de 2005.
  8. ^ a b "LTE" . Site 3GPP . 2009 . Retirado em 20 de agosto de 2011 .
  9. ^ a b c "WiMAX e o padrão de interface aérea IEEE 802.16m" (PDF) . Fórum WiMax. 4 de abril de 2010 . Página visitada em 7 de fevereiro de 2012 .