As tecnologias 3G e 4G estão associadas aos padrões de comunicação móvel. A Mobile Communications é uma das áreas em constante desenvolvimento para oferecer experiências de banda larga móvel mais rápidas e melhores. Cada nova tecnologia oferece o avanço significativo em desempenho e recursos em comparação com seu antecessor. Ele fornece a capacidade de acessar a Internet em diferentes dispositivos, como tabulação, laptop, desktop e telefones celulares.
Gráfico de comparação
| Base para Comparação | Tecnologia 3G | Tecnologia 4G |
|---|---|---|
| Largura de Banda de Dados | 2 Mbps - 21 Mbps | 2 Mbps - 1 Gbps |
| Taxa máxima de upload | 5 Mbps | 500 Mbps |
| Taxa máxima de download | 21 Mbps | 1 Gbps |
| Técnica de Switching | Comutação de pacotes | Comutação de pacotes, Comutação de Mensagens |
| Padrões | IMT 2000 3, 5G HSDPA 3.75G HSUPA | Único padrão unificado Wimax e LTE |
| Tecnologia Pilha | Dados de pacote de banda larga digital CDMA 2000, UMTS, EDGE etc. | Dados de pacote de banda larga digital Wimax2 e LTE Advances. |
| Faixa de frequência | 1, 8 - 2, 5 GHz | 2 - 8 GHz |
| Arquitetura de rede | Com base em células de área ampla | Integração de LAN sem fio e área ampla |
| Continue Correção de Erro | 3G usa códigos turbo para correção de erros. | Códigos concatenados são usados para correção de erros em 4G. |
| Não interferir | Horizontal | Horizontal e vertical |
Definição de Tecnologia 3G
3G é uma geração de padrões para serviços de telecomunicações móveis que satisfazem o International Mobile Telecommunications -2000 (IMT-2000), que permite transferir voz e dados (downloads de músicas, e-mails e mensagens instantâneas) pela mesma rede simultaneamente.
Ele oferece capacidade de banda larga, suporta um maior número de clientes de voz e dados de menor custo incremental do que seu antecessor 2G. 3G usa comutação de circuitos para comunicação de voz e comutação de pacotes para comunicação de dados.
Taxas máximas de transferência de dados suportadas pelo 3G:
- 2, 05 Mbits / segundo para dispositivos estacionários.
- 384 Kbits / segundo para dispositivos que se movem em um ritmo lento.
- 128 Kbits / segundo para dispositivos que se movem em alta velocidade.
FORMAÇÃO DO 3GPP
O 3GPP (3rd Generation Partnership Project) foi desenvolvido durante a formação de órgãos de governo, que incluiu a colaboração do GSM e do UMTS. O 3GPP estava a trabalhar sob observação do sector da UIT-R (União Internacional das Telecomunicações - radiocomunicações), um dos sectores da UIT.
É responsável por gerenciar o espectro de radiofreqüência internacional, garantir o uso eficiente do espectro e definir as famílias de tecnologia, associando partes específicas do espectro com as famílias.
A ITU finalmente ratificou uma família de cinco padrões 3G que fazem parte da estrutura 3G conhecida como IMT-2000, depois de tentar construir um único padrão 3G:
- Três padrões baseados em CDMA (Code Division Multiple Access), a saber:
- CDMA2000
- WCDMA (Acesso Múltiplo por Divisão de Código de Banda Larga) / HSPA + (Acesso a Pacote de Alta Velocidade)
- TDSCDMA.
- Dois padrões baseados em TDMA (Time Division Multiple Access), a saber:
- FDMA / TDMA
- TDMA-SC (EDGE).
Definição de Tecnologia 4G
4G significa 4ª geração de tecnologia, e é um empreendimento para desenvolver, incorporar a atual 2G (2ª geração), 3G (3ª geração), WLAN (rede local sem fio), curto alcance, sistemas de fio fixo em um único e transmissão, internetwork totalmente funcional, consistente e coerente.
É uma extensão da tecnologia 3G que fornece recursos definidos pela ITU (International Telecommunications Union) em IMT (International Mobile Telecommunications), incluindo recursos como escalabilidade, flexibilidade, eficiência, auto-controle, segurança para suportar a interface com diferentes tipos de redes e uma multidão de serviços novos e existentes.
Oferece serviços personalizados totalmente convergentes (voz, dados e multimídia) com taxas de dados de até 100 Mbps e acesso móvel abrangente para:
- Televisão móvel de alta resolução
- Telefonia IP
- Serviços de jogos
- Vídeo conferência
- Televisão 3D
As versões aprimoradas das tecnologias atuais abrangem GSM, GPRS, CDMA, IMT-2000, W-CDMA, CDMAone, LANs sem fio e Bluetooth estão integrados no 4G. Espera-se a transmissão de áudio / vídeo de alta qualidade de ponta a ponta para o Internet Protocol.
Versões do Mobile LTE (Long Term Evolution) e WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) em uníssono suportam muito menos do que 1 Gbit / s de pico de taxa de bits, são marcadas 4G por provedores de serviço, mas não há conformidade completa do IMT-Advanced.
O principal objetivo do 4G LTE era alcançar alta mobilidade e conectividade global.
A rede IP Core é desenvolvida para suportar altas taxas de dados, serviços avançados de aplicativos e gerenciamento de rede IP e rádio de maneira mais eficiente e com requisitos muito mais precisos.
A tecnologia de rádio de espalhamento espectral que foi usada em 3G é substituída por:
- Transmissão multiportadora OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access).
- Estratagema FDE (Equalização de Domínio de Frequência).
Como resultado, ele transfere taxas de bits muito altas sem ser afetado pela imensa propagação de rádio multipercurso.
Para comunicações MIMO (Múltiplas Entradas e Múltiplas Saídas), a taxa de pico de bits é aprimorada ainda mais usando matrizes de antenas inteligentes. Modulação de ordem superior até 64 QAM e MBMS (Multimedia Broadcast Multicast services) para transmissão é usada.
Principais diferenças entre a tecnologia 3G e 4G
Os pontos abordados abaixo apresentam a diferença entre a tecnologia 3G e 4G:
- Quando se trata de largura de banda de dados, a 3G fornece 21 Mbps e a 4G oferece uma largura de banda máxima de dados de 1 Gbps.
- A taxa máxima de upload de 3G é de 5 Mbps, enquanto 500 Mbps é a taxa de upload mais alta de 4G.
- A maior taxa de download de 3G é de 21 Mbps. Como contra 4G oferece taxa de download de pico de 1Gbps.
- 3G usa comutação de pacotes para transmissão de dados. Por outro lado, tanto comutação de pacotes quanto de mensagens são usados em 4G.
- Em 4G, a arquitetura de rede híbrida é usada. Por outro lado, o 3G utiliza uma rede baseada em células de longa distância.
- CDMA é empregado em 3G. Em contrapartida, a 4G utiliza OFDMA (Acesso Múltiplo por Divisão Ortogonal de Frequência).
- O gerenciamento de handoff é feito verticalmente em 3G, mas em 4G ele é feito verticalmente e horizontalmente.
- Rede baseada em IP completo é suportada em 4G. No entanto, no caso de 3G, é baseado em circuitos e pacotes.
Arquitetura 3G / UMTS
As partes constituintes da rede 3G UMTS são
• Mobile Station: Pode ser qualquer coisa como telefones celulares, guias ou computadores habilitados para voz que possam ser usados como usuário final.
• RAN (Radio Access Network) : consiste de estações base e controlador de acesso de rádio que preenche a lacuna entre a Mobile Station e a Rede Principal. Também controla e gerencia a interface aérea para toda a rede.
• CN (Core Network) : Fornece o processamento principal e gerenciamento de subsistemas. A arquitetura de rede 3G UMTS é migrada do GSM com alguns aprimoramentos nos principais elementos de rede.
- Circuit Switched Domain (Domínio Comutado por Circuito) : Usa a Rede Comutada por Circuito, na qual é fornecido link ou canal dedicado para um intervalo de tempo específico para o conjunto de usuários. Os dois blocos mostrados no Circuit Switched Domain são:
- O MSC - Mobile Switching Center gerencia chamadas comutadas por circuito.
- GMSC - Gateway MSC atua como intermediário entre redes externas e internas.
- Domínio de comutação de pacotes : utiliza a rede IP, na qual os IPs são responsáveis pela transmissão e recepção de dados entre dois ou mais dispositivos. Os dois blocos mostrados no domínio comutado por pacote são:
- SGSN (Servindo Nó de Suporte GPRS) : As várias funções fornecidas pelo SGSN são gerenciamento de mobilidade, gerenciamento de sessão, faturamento, comunicação com outras áreas da rede.
- GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Pode ser considerado como um roteador muito complexo e lida com as operações internas entre as redes externas comutadas por pacotes e a rede comutada por pacotes UMTS.
- IMS (IP Multimedia Subsystem) : É uma estrutura de arquitetura que fornece serviços de multimídia IP.
Arquitetura 4G LTE
As partes constituintes da rede 4G LTE são
- User Equipment (UE) : Pode ser qualquer dispositivo capaz de estabelecer funções de comunicação como telefones celulares, guias, computadores etc.
- Rede de Acesso por Rádio Terrestre UMTS (E-UTRAN) evoluída: Controla a comunicação de rádio entre o equipamento do usuário e o EPC. O LTE mobile pode se conectar com apenas uma célula e uma estação base de cada vez. Principais operações realizadas pelo EBS (Evolved Base Station)
- As funções de processamento analógico e digital da interface aérea LTE são usadas para transmitir e receber transmissão de rádio para todos os dispositivos habilitados para LTE.
- Lida com operação de baixo nível enviando as mensagens e comandos de sinalização.
- Evolved Packet Core (EPC) : Comunica-se com redes de dados de pacotes internas e externas e subsistema multimídia de IP. Consiste nos seguintes blocos:
- HSS: O Home Subscriber Server contém todas as informações sobre todos os assinantes da operadora de rede em um banco de dados central.
- MME: Entidade de Gerenciamento de Mobilidade lida com a operação de alto nível pelas mensagens de sinalização e HSS.
- S-GW: O Gateway de Sinalização realiza a ancoragem de mobilidade e encaminha os dados entre o PDN Gateway e a Base Station.
- P-GW: O Gateway de Rede de Dados de Pacote se comunica com as interfaces de emprego do PDN. Ele executa operações como alocação de endereços IP e filtragem de pacotes.
- PCRF: Política e regra de cobrança A função é responsável por controlar as operações de cobrança baseadas em fluxo na função de controle de políticas (PCEF) e na tomada de decisões sobre controle de políticas.
Vantagens do 3G
- Ele emprega bandas de frequência 2G com larguras de banda de até 230MHz para alcançar roaming global e multi-serviços.
- Canal de rádio de banda larga para suportar serviços de alta velocidade - O canal da operadora de rádio usa largura de banda de até 20M, o que improvisa a taxa de chip e o desbotamento anti-multipath.
- No canal de banda larga, a qualidade dos negócios pode ser controlada pela aplicação de multiplexação de tempo e reutilização de código. Diferentes fatores de propagação, várias taxas de necessidade de diferentes QOS podem mapear no canal de banda larga são selecionados para realizar a transmissão multi-serviço e multi-taxa .
- Para melhorar o desempenho do canal de transmissão downlink, é aplicada uma tecnologia de controle de potência de loop fechado rápido.
- Para ajustar de forma adaptativa a energia, diminuir a auto-interferência do sistema e melhorar a sensibilidade do receptor e aumentar a capacidade do sistema, os arrays de antenas adaptáveis são implementados na estação base 3G.
WCDMA, composto principalmente dos dois aspectos seguintes, ou seja, codificação de canais e controle de potência. - A tecnologia de chaveamento é necessária para a comunicação de redes de terminais e móveis quando os terminais não estão firmes e mudando sua posição da cobertura de uma estação base para uma de outra estação base.
Vantagens de 4G
- Atrasos reduzidos para estabelecimento de conexão e latência de transmissão .
- Maior rendimento de dados do usuário.
- Maior taxa de bits da borda da célula .
- Custo minimizado por bit empregando maior eficiência espectral .
- Arquitetura de rede simplificada.
- Mobilidade integrada, incluindo entre diferentes tecnologias de acesso por rádio .
- Consumo de energia razoável para o dispositivo móvel.
- Minimiza o custo do equipamento, pois elimina a necessidade de um dispendioso equalizador de frequência no receptor.
- Ele fornece serviços de segurança integrados .
Limitações de 3G
- O custo da infraestrutura celular, atualizando as estações de base é muito alto.
- O trabalho de roaming e dados / voz coletivamente ainda não foi implementado.
- A utilização de energia é alta.
- Precisa de estações de base de curta distância e são caras.
Limitações de 4G
- Coordenação de localização e coordenação de recursos para adicionar novos dispositivos não é adequada.
- Chamadas e serviços de voz limitados podem ser atendidos uma vez.
- Sendo um serviço de dados concentrado, requer ampla largura de banda.
- Ele não fornece bons serviços em áreas rurais devido à necessidade da rede sem fio e a rede 4G não é bem expandida nessas áreas.
Conclusão
As tecnologias 4G oferecem melhores serviços em comparação às tecnologias 3G; em termos de taxa de transferência de dados, taxa de bits da borda da célula, custo, mobilidade, consumo de energia para dispositivos móveis. No entanto, existem alguns problemas de compatibilidade no 4G.
