Představte si, že se ocitnete ve městě s šesti miliony obyvatel. Je půlnoc. Nacházíte se v oblasti, která se zdá nebezpečná, a zoufale potřebujete trasu do svého hotelu. Všechno by mělo být jednoduché. Vytáhnete svůj smartphone. Zařízení slibuje podrobné interaktivní mapy. Mělo by se stát vaším záchranným lanem.
Ale je tu nuance. Rychlost vašeho internetového připojení je bolestně pomalá. Data se pohybují plíživým tempem. Sledujete rotující indikátor zatížení, dokud nezmizí. Nakonec to vzdáte a vzdáte se používání drahého gadgetu ve vaší ruce. Místo toho jdete na čerpací stanici a koupíte si papírovou kartu.
Bez rychlosti se váš smartphone promění v zbytečnou cihlu. Bez ohledu na to, jak pokročilý hardware má, závisí na provozu bezdrátové sítě. Tato síť přenáší data, míza digitálního věku. Současná generace 3G sítí je podle historických standardů rychlá, ale často neposkytují spolehlivý mobilní internet.
S čím vaše zařízení skutečně počítá, je vysokorychlostní přístup, podobný tomu, který získáte z domácího stolního počítače. Toto je mobilní širokopásmové připojení. Jmenuje se 4G. A je to nutné i pro každého druhého člověka na ulici.
Exploze dat
K posunu ve způsobu, jakým používáme telefony, došlo tiše, ale rychle. V roce 2009 objem mobilního širokopásmového provozu poprvé převýšil objem provozu hlasových hovorů. Od té doby tento trend jen zesílil.
Očekává se, že poptávka po datech vzroste do roku 2020 33krát. Lidé si kupují zařízení, která spotřebovávají obrovské množství šířky pásma. Řetězce musí tomuto požadavku držet krok, jinak se pod tíhou vlastního úspěchu zhroutí.
Poskytovatelé služeb, známí jako dopravci v závislosti na tom, kde žijete, investují značné prostředky do řešení tohoto problému. Velké investice investují do infrastruktury, včetně hardwaru a softwaru, který umožňuje mobilní komunikaci. Odhaduje se, že jen v USA utratí až 53 miliard dolarů.
Cíl je jednoduchý: posílit rychlejší sítě. To znamená přechod na 4G standardy.
Dekódování generační mezery
Ale co přesně jsou 4G sítě? Proč jsou předmětem agresivní a hlučné reklamy? Čím se liší od starších sítí 2G, které primárně sloužily hlasovým hovorům? Jak rozeznáte síť 4G od sítě 3G v podmínkách reálného používání?
Odpovědi jsou málokdy přímočaré. Svět 4G technologie může být často stejně dezorientující, jako když se ztratíte v metropoli bez online map. Marketingová sdělení jsou matoucí a zkratky jsou plné výrazů.
Musíme tento hluk překonat. Tato příručka vám pomůže vyhnout se technickému žargonu. Ukážeme vám, jak bleskové rychlosti mohou posunout mobilní internet do nové éry. Evoluce nemá konce.
Nekonečný vývoj bezdrátové technologie
Bezdrátové sítě jsou komplexní sadou překrývajících se technologií. Zkratky se rychle stanou matoucími. Ale žargon stranou, jedna pravda zůstává: bezdrátové sítě jsou rádiové systémy. Můžete si přečíst Jak fungují mobilní telefony a Jak fungují chytré telefony, abyste pochopili mechanické základy.
Bez ohledu na to, který standard ve vašem regionu dominuje, jste součástí stejného globálního nárůstu. Na celém světě je aktivních téměř 6 miliard mobilních předplatitelů. Používání mobilních zařízení se pouze zrychluje.
Miliardy uživatelů požadují více. Sítě se musí přizpůsobit, aby zvládly zátěž. Každý skok ve výkonu se nazývá nová generace.
Sítě první generace 1G se objevily v 80. letech. Byly analogové. Vyřizovali pouze hlasové hovory.
Digitální sítě 2G převzaly vládu na počátku 90. let. Poskytovaly základní přenos dat. Můžete posílat textové zprávy a kontrolovat e-maily.
3G sítě se rozšířily na počátku 21. století. Mobilní internet se stal realitou. Můžete surfovat po webu a streamovat audio obsah. Často to bylo bolestně pomalé.
Spotřebitelé chtěli víc. Zařízení jsou z hlediska spotřeby dat nenasytná. Síťová infrastruktura začala pod tlakem praskat ve švech.
3G potřeboval upgrade. Bezdrátové sítě se musely znovu vyvinout. Cílem bylo rychlé mobilní širokopásmové připojení.
Nyní jsou hranice rozmazané. Pro 4G neexistuje žádný univerzální standard.
Systémy rychlejší než 3G se často nazývají 3,5G nebo 3,9G. Telekomunikační operátoři tomu říkají 3G+. Marketingová oddělení tomu jednoduše říkají 4G. Toto je marketingový termín. Jednoduše to znamená rychlejší než 3G. Nic víc.
Pro toto mobilní širokopásmové připojení však existují různé možnosti. Zásadní rozdíl je v architektuře.
4G je celá IP
Starší sítě spoléhaly na přepínání okruhů. Toto byla vyhrazená cesta pro vaše volání. 4G je síť typu all-IP. Využívá přepínání paketů. Data jsou rozdělena do fragmentů. Pohybují se sítí a jsou znovu sestaveny na místo určení.
Na tomto posunu záleží. Přepínání paketů je efektivnější. Poskytuje hlas a data současně, aniž by plýtval šířkou pásma. Poskytuje vyšší rychlosti. Podporuje komplexní aplikace.
Představte si to jako dálnici. Staré sítě měly vyhrazené pruhy pro auta. Nové sítě umožňují autobusům, kamionům a osobním automobilům využívat silnici efektivně. Data se přesouvají ve formě paketů. Vyberou si nejrychlejší cestu.
To je důvod, proč sítě 4G poskytují takový skok v rychlosti. Není to jen větší síla. Je to chytřejší systém.
4G není jen o vyšších rychlostech. Jedná se o zásadní architektonickou změnu od přepínání okruhů pro hlas k přepojování paketů pro data.
Přechod z 3G na 4G odstranil problém s hlasem. Hlasové hovory jsou nyní jen další formou dat. Poskytuje VoIP (Voice over IP). Tím se otevírají dveře k videohovorům. Podporuje hry v reálném čase.
Telekomunikační operátoři aktivně propagují 4G marketing. Prohlašují revoluční rychlost. Skutečný výkon se liší. Záleží na zatížení sítě. Záleží na vybavení. Ale základní technologie je jiná.
Starší sítě trpěly latencí. All-IP sítě snižují latenci. To je důležité pro streamování. To je pro cloudové služby zásadní.
Rozdíl můžete vidět při každodenním používání. Webové stránky se načítají rychleji. Video se méně ukládá do vyrovnávací paměti. Aplikace jsou citlivější.
Terminologie je matoucí. Často uslyšíte zmínku o LTE (Long Term Evolution). LTE je často považováno za mezikrok ke skutečnému 4G. Ale pro většinu uživatelů to odpovídá obecné definici. Je rychlejší. Je to spolehlivější.
Pochopení toho, jak funguje 4G, vám pomůže vybrat ten správný plán. To vysvětluje, proč se rychlost vašich dat zpomaluje. To vyjasňuje mapy pokrytí.
Technologie se rychle vyvíjejí. Normy se mění. Ale touha po rychlosti zůstává konstantní.
4G je v podstatě efektivnější rádiový systém. Inženýrská výzva nebyla jen o stavbě lepších věží. Cílem bylo zabalit do každého rádiového signálu více digitálních dat. To maximalizuje rychlost a celkovou efektivitu sítě.
Na rozdíl od svého předchůdce je 4G postaveno na standardu all IP. To znamená, že na všechno používá internetový protokol. Dokonce i hlasové hovory jsou považovány za datové pakety. Sítě 3G byly také založeny na IP, ale při přenosu hlasu se spoléhaly na přepínání okruhů. 4G toto opustilo. Zachází s telefonním hovorem jen jako s dalším proudem dat pohybujícím se po internetu.
Tento přístup založený na paketech umožňuje přenos dat napříč různými sítěmi bez poškození. Váš telefon nekomunikuje pouze přímo s internetem. Nejprve kontaktuje základnovou stanici. V průmyslové terminologii je základnová stanice mobilní věž. Je to vysoká stavba pokrytá anténami. Přenáší data mezi vaším zařízením a globálním internetem.
Vzduchová rozhraní a frekvenční spektrum
Existuje mnoho způsobů, jak navázat komunikaci mezi vaším telefonem a věží. Tato rozhraní se nazývají vzdušná rozhraní. Starší metody jsou plné akronymů jako CDMA2000, HSPA, EV-DO Revize B a Mobile WiMAX. Každý z nich přenáší data jinak, pomocí specifických spekter rádiových vln.
Nebudeme zde uvádět všechny zkratky. Pokud chcete znát jejich historii, můžete se do těchto starých technologií ponořit hlouběji. Hlavní věc je, že 4G představuje nová, rychlejší vzduchová rozhraní navržená tak, aby zvládla zvýšenou zátěž.
Realita „všeho na IP“
V současné době na světě neexistují čisté 4G sítě. Skutečné doručování dat přes IP se stále vyvíjí. V mnoha zemích stále existuje značné překrývání mezi sítěmi 3G a dokonce i 2G. Váš telefon často přepíná mezi standardy, aby zachoval signál.
Ale jak se infrastruktura vyvíjí, přechod se stává zjevnějším. Cílem je vytvořit síť, kde každý kousek provozu – od textové zprávy po stream 4K videa – je jen dalším paketem na internetu.
Tento IP-centrický design je jen jednou složkou. Plný výkon 4G vyžaduje více než jen změny protokolu. Vyžaduje specifické hardwarové schopnosti a správu frekvenčního spektra.
Úplný 4G recept
4G nebyla revoluce. Jednalo se o aktualizaci, která opravila nedostatky 3G. Pokud jste se setkali se sítěmi třetí generace, pak víte, jaké to je. Nyní získáte rychlejší načítání dat a méně vyrovnávací paměti.
Rychlost je obvykle hlavním ukazatelem. V sítích 3G je pro váš telefon obtížné dosáhnout rychlosti 2 Mb/s. 4G zvyšuje tuto rychlost na 3 nebo 5 Mbps. Toto je úroveň kabelových modemů. Ano, marketingová oddělení rádi křičí o rychlosti 100 Mbps. Nevěřte jim. To je výsledek laboratorních testů. V reálném světě tyto rychlosti ještě nedosáhnete.
Ale rychlost není celý příběh. Skutečná změna je v architektuře.
Proč je 4G lepší při manipulaci s více uživateli
Mark Murphy, vedoucí inovací ve společnosti Ericsson, poznamenává, že šířka pásma je pro většinu lidí důležitější než maximální rychlost. 4G má vyšší šířku pásma. Podporuje výrazně více uživatelů současně.
Představte si přeplněný koncert. Na věži 3G může video sledovat možná 60–100 lidí, aniž by ztratili spojení. Zkuste totéž udělat s 300–400 lidmi v síti 4G LTE. Zvládá to. Rychlost přenosu dat zůstává vysoká. Videohovory nezamrznou. YouTube hraje plynule.
Jak latence ovlivňuje online hraní
Pak dochází ke zpoždění. Nebo zpoždění (latence). Toto je doba mezi vaším příkazem a reakcí sítě.
Nízká latence je kritická pro ty, kteří hrají rychlé online hry. To také pomáhá při dálkovém ovládání robota nebo auta. Pro provoz v reálném čase je vyžadována latence 50 ms nebo méně. 4G LTE ji zkracuje na 20–40 ms.
Rozdíl je kolosální. Z hlasových hovorů mizí zvláštní ozvěna. Zpoždění zmizí.
Vysvětlena spektrální účinnost
Spektrum je konečné. Tohle je dýmka. Můžete přes něj předat pouze určité množství dat. 4G používá pokročilejší schémata kódování. Přenáší více bitů za hertz, než by kdy dokázalo 3G.
Je spektrálně efektivnější. Toto je odborný termín. To znamená lepší výkon bez nutnosti stavět další fyzické věže.
Ale jak přesně toho dosáhne? Hardware a software fungují odlišně.
Prostor pro vzdušné rozhraní
Málokdy přemýšlíte o „dialektu“, kterým vaše zařízení mluví. Tento dialekt je vzdušné rozhraní, standardizovaný protokol, který definuje, jak vaše mobilní zařízení komunikuje s místní základnovou stanicí. Pokud jste zhlédli byť jen jednu reklamu na smartphone, byli jste bombardováni zkratkami. 4G LTE. WiMAX. HSPA+. Všechny plní jednu funkci: koordinují síťový provoz. Říkají vašemu zařízení, kdy má křičet data a kdy poslouchat. Rozdíl je v syntaxi. Tak provádějí tuto koordinaci.
WiMAX vypadal slibně. Připomínalo to WiFi protokol u vás doma nebo v kanceláři. Teď už prakticky žádná nezbyla. Operátoři od něj upustili ve prospěch LTE a HSPA+.
LTE funguje jinak. Zařízení mohou současně vysílat a přijímat data. Pro každý úkol se používají různé frekvence. Tajnou složkou je OFDM (Orthogonal Frequency Division Division). Tato technika rozděluje signál do paralelních datových toků. Tyto toky jsou přenášeny přes rádiové subkanály. Procesory na druhém konci sbírají signál zpět. Je to účinné. Je to rychlé.
MIMO (multiple-input multiple-output) je dalším klíčovým dílem skládačky LTE. Spoléhá na použití více antén a vysílačů v telefonu i základnové stanici. Tato konfigurace umožňuje současný přenos dat na uplinku a downlinku. Žádné čekání. Žádná úzká hrdla.
HSPA+ hraje jinou roli. Je zpětně kompatibilní se staršími 3G systémy. LTE – ne. HSPA+ není budoucnost. Je to způsob, jak ze stávající infrastruktury vymáčknout více života. Kupuje si čas. Prodlužuje životnost starého zařízení.
LTE tu zůstane. Sítě se nazývají „dlouhodobá evoluce“, protože operátoři chtějí u této technologie zůstat. Nechtějí utrácet spoustu peněz za aktualizaci infrastruktury každých pár let. LTE je považováno za dobrou dlouhodobou možnost, protože je snadněji škálovatelné. Pro větší propustnost. Pro lepší výkon.
Čisté sítě 4G LTE jsou v dnešní době vzácné. Sítě jsou všude jako patchworková deka. Máš 3G. Máte 4G. Dokonce kombinujete technologie a 2G vzduchová rozhraní. V mnoha oblastech se pokrytí 2G, 3G a 4G překrývá. Tento chaos je vidět na interaktivních mapách OpenSignalMaps. Díky tomu jsou i takzvané 4G telefony vybaveny 3G čipy. Potřebují je pro přístup k sítím 3G a 3G+, když signál LTE slábne.
Držte svůj mobilní telefon pevně. Síť je stále rychlejší. Stává se děsivě chytrou.
Živá, dýchající síť
4G LTE překonává mnohá omezení 3G. Přidává celou řadu možností, které vás ohromí. Pokud vás Terminátor a Matrix vyděsil, tuto část přeskočte.
Archaické sítě 1G a 2G jsou technologicky hloupé. 4G sítě jsou inteligentní stroje. Poradí si s přetížením. Když tisíce lidí uvíznou na dálnici během dopravní špičky, začnou používat své telefony. Poptávka po datových službách v oblasti prudce roste.
Systémy 3G se vzdávají. Zakopnou. Uživatelé se rozčilují. Systémy 4G se samoorganizují a samokonfigurují. Kompenzují problémy za chodu. Poskytují rychlejší službu většímu počtu lidí v postižené oblasti.
Výpadky proudu a poruchy zařízení často paralyzují systémy 3G. 4G má samoopravné schopnosti. Senzory a pokročilý software odhalí problém. Systém přesměrovává provoz přes jiné věže, dokud nebude možné provést opravy.
Úžasné je, že 4G sítě provádějí tyto úhybné manévry bez lidského zásahu. Wojtek Felendzer, marketingový manažer technických řešení společnosti Nokia Siemens Networks, říká, že tyto systémy jsou největšími stroji, jaké kdy lidstvo vytvořilo. Táhnou se od pobřeží k pobřeží. po celém světě. Poprvé se stanou natolik chytrými, aby se opravili.
Navzdory tomu všemu není 4G ve skutečnosti radikálně novou technologií. Lidé v této branži někdy říkají, že za posledních 100 let nebylo vynalezeno nic nového. Je to prostě nový způsob, jak kombinovat zavedené znalosti s výkonnějším výpočetním hardwarem. Váš smartphone je toho důkazem. Mnoho telefonů má nyní dvoujádrové procesory. To je výpočetní výkon, o kterém se před pár lety mohlo jen zdát.
Pokud jste se tedy někdy báli technologického převzetí, možná brzy nastane čas utéct do svého bunkru ve volné přírodě. Mezitím čtěte dál. Uvidíte, jak můžete pozorovat jiný druh války – mezi síťovými operátory.
Více o 3G
Sítě 3G si vyhrazují stejné množství spektra pro odesílání i příjem dat. Smartphony a další zařízení přijímají mnohem více dat, než odesílají. 4G sítě alokují mnohem více spektra pro příjem. Výsledkem je lepší celková rychlost.
The Spectrum Scarcity Trap
Operátoři vedou válku o pozornost uživatelů. Vidíte reklamu, cítíte tlak. Chtějí, abyste se přihlásili k odběru. K tomu potřebují rychlost. Potřebují krytí. Ale rychlost a pokrytí nepřichází z ničeho nic.
Pocházejí ze spektra.
Představte si spektrum jako omezený zdroj. Je to omezování zdrojů v nejpřísnějším slova smyslu. Vládní agentury draží bloky rádiových frekvencí. Existuje limit. Jakmile je vyčerpán, zdroj navždy zmizí.
Ti, kteří vyhrají aukci, získají nejlepší frekvence. Nízké frekvence. Například 700 MHz. Tyto vlny se chovají jako mlha. Vyrovnají se. Pronikají do budov. Nezajímají je vaše cihlové zdi. Vysoké frekvence? Vyžadují přímý výhled. Strom je blokuje. Liják je rozhání. Operátoři touží po nízkých pásmech, protože spolehlivost se vyplácí.
Cena je šílená. AT&T utratila téměř 2 miliardy dolarů za 700 MHz blok spektra. To pokrývá přibližně 300 milionů lidí. Toto je vstupní cena pro seriózní hraní.
Staré technologie vyžadovaly souvislé bloky. Jeden souvislý kus spektra. LTE změnilo hru. Umí kombinovat frekvence. Využívá 700 MHz, 900 MHz, 1,7 GHz, 2,1 GHz. Kombinuje je. Ne všechny frekvence jsou však stejné. Pokud jde o pokrytí, stále vládnou nízké dostřely. Vysoké dojezdy vládnou z hlediska samotné kapacity v hustých městských centrech.
Po zakoupení rozhlasových vln operátoři nejen vyměňují věže. Nevidíte je nahrazovat velké kovové krabice na dálnici. Začínají od jádra sítě. Aktualizují routery. Mění servery. Jsou stavěny pro měřítko. Protože poptávka nikdy nepřestane růst.
3G pod jakýmkoli jménem
Vládne zmatek. Všichni tomu říkají 4G. Ale je to opravdu 4G?
V USA téměř každý operátor nabízí službu rychlejší než 3G. Označují ho 4G. Neexistuje žádná dohodnutá definice. HSPA a CDMA/EV-DO jsou technicky vyspělé sítě 3G. Ale jsou rychlé. Operátoři jim proto říkají 4G. Je to marketing a inženýrství.
Dopad 4G a budoucnost
„4G všude změní hru,“ říká Richard Karpinski, senior mobilní analytik Yankee Group. “Bude to mít dopad na podniky, vzdělávání, maloobchod a další.”
Ale držte svá očekávání na uzdě. Na realismu záleží. Sítě se zpomalují, když jsou přetížené. To je fyzika. Pokud vidíte rychlost stahování 10-20 Mbps, je to výhra. To je významné. Nečekejte všude gigabitové rychlosti.
HD streamování? Ještě ne. Vlastně ne. Ale videohovory bez závad? Ano. YouTube na cestě? Absolutně.
Tady je háček. Platíte za to. Datové tarify 4G jsou drahé. Dopravní omezení se rýsují jako obrovský stín. Zabíjejí zábavu.
Zde přichází na pomoc zlepšení kvality služeb. Představte si, že jste v nákupním centru. Děti chodí nakupovat. Chcete se dívat na fotbalový zápas. Překročili jste datový limit. Síť je přetížená. Je pomalá.
Ale můžete zaplatit. Jednorázová platba. Dočasné zlepšení. Získáte rychlost, kterou potřebujete. Sledujete zápas. Poté se vrátíte do původních podmínek.
Výdrž baterie je další obětí. Signály 4G jsou méně časté než 3G. Váš telefon je obtížněji hledá. Spotřebovává energii. Možná to nestihnete do konce dne. A co samotné telefony? Stávají se mocnějšími. Více funkcí. Větší hlad po energii. Zařízení potřebují vylepšení. Velké baterie. Efektivní čipy.
A pak LTE Advanced
Budoucnost není jen 4G. Toto je LTE Advanced.
Je stále ve vývoji. Ale příslib je zdrcující. Dokáže váš současný 3G smartphone 100krát zrychlit. Hovoříme o nové éře mobilního internetu.
Internet se rozšířil do celého světa. Zařízení. Software. Bezdrátové technologie. Rozšiřuje se. Bez ohledu na to, kde žijete, přicházejí rychlejší sítě. Pokud máte rádi vychytávky, budete spokojeni. Internet budete mít na dosah ruky. Jako nikdy předtím.
Často kladené otázky
Co znamená 4G?
4G je čtvrtá generace technologie mobilních sítí, která nahrazuje 3G. Poskytuje rychlejší přenos dat a zvládá větší provoz než jeho předchůdce.
Proč je spektrum tak drahé?
Protože je to omezující zdroj. Nabídka je omezena vládními příděly a poptávka operátorů po pokrytí a rychlosti je neukojitelná.
Který frekvenční rozsah je nejlepší pro pokrytí?
Nízké frekvence, jako je 700 MHz, jsou z hlediska pokrytí lepší než ostatní. Jsou lepší v pronikání přes překážky, jako jsou budovy, ve srovnání s vysokými frekvencemi, které se spoléhají na přímou viditelnost.
Jak se LTE Advanced liší od standardního LTE?
LTE Advanced je evolucí standardu 4G. Slibuje výrazně vyšší rychlosti – potenciálně 100krát rychlejší než starší sítě 3G – díky použití pokročilejších technik zpracování signálu a agregace nosičů.
Vybije 4G moji baterii?
Pravděpodobně. Vzhledem k tomu, že signály 4G mohou být méně časté, zařízení stráví více energie hledáním příjmu. V kombinaci s výkonnějšími funkcemi telefonu to vede k rychlejšímu vybíjení baterie ve srovnání se zařízeními pouze 3G.
