Cellular
Technologia

Słowniczek internetowych technologii – czym się różni GSM od WiFi?

Myśląc o bezprzewodowym dostępie do Internetu wyobrażamy sobie fale radiowe, ale zwykle nie zastanawiamy się, jak płyną nimi dane. Podobnie, choć wiemy, że pociągi czy samochody poruszają się na kołach, to szczegóły ich konstrukcji nas mniej interesują. W rzeczywistości, tak jak koło pociągu i samochodu różnią się pod każdym względem oprócz kształtu, tak też bezprzewodowy internet dociera do naszego smartfona za pomocą zupełnie różnych technologii. Choć korzystają one ze wspólnego nośnika – fali radiowej, to działają inaczej, bo spełniają odmienne wymagania, dotyczące np. mobilności, przepustowości, odległości od nadajnika, niezawodności czy gwarancji jakości.

GSM to nazwa powszechnie używana w odniesieniu do wszelkich usług mobilnych. Pierwotnie technologia ta służyła do realizacji przede wszystkim rozmów głosowych pomiędzy użytkownikami. O transmisji danych raczej nie myślano, a jeżeli już – to przed wysłaniem musiały zostać przekształcone na dźwięk, co wprowadzało masę ograniczeń, a oferowana prędkość wynosiła skromne 2,4 kbps. Ponieważ jednak zainteresowanie biznesu takimi usługami rosło niezwykle szybko, pojawiła się technologia specjalnie zaprojektowana do transmisji danych – GPRS. Najważniejsza zmiana polegała na zastąpieniu komutacji łączy, czyli przydzielania nadawcy i odbiorcy na czas transmisji stałego i wyłącznego kanału radiowego, nową techniką komutacji pakietów, w której dane są dzielone na fragmenty oraz przesyłane w tym samym kanale niezależnie od siebie. Uzyskana w ten sposób prędkość transmisji może nie oszałamiała (do ok. 80 kbps), jednak zmiana technologii była przełomem. Od tego momentu to przesył danych stał się podstawowym zadaniem sieci komórkowej, a rozmowy telefoniczne – zaledwie jedną z usług.

Dla mobilnych

Antena

Współczesny smartfon wspiera zwykle trzy popularne technologie komórkowej transmisji danych: GPRS/EDGE, UMTS oraz LTE, czyli technologie drugiej, trzeciej i czwartej generacji (odpowiednio [1][2]). W porównaniu z GPRS, w systemach trzeciej i czwartej generacji wprowadzono kilka istotnych ulepszeń. Po pierwsze, w miejsce wąskich, 200 kHz kanałów, zastosowano pasma o szerokości aż 5 MHz (które w LTE można dodatkowo agregować). Wewnątrz nich sygnał jest równomiernie rozpraszany, co zwiększa prędkość transmisji i zmniejsza wpływ zakłóceń. Ponadto zastosowano nowe metody modulacji sygnału oraz umożliwiono transmisję za pomocą wielu anten, dzięki czemu kanał stał się pojemniejszy oraz ograniczono podatność na błędy. UMTS i LTE inaczej definiują dostęp do kanału radiowego i oferują nieco inne możliwości: prędkość przesyłu do użytkownika wynoszącą nawet 42 Mbps (w technologii HSPA+, dla której UMTS jest podstawą) i nawet do 100/150 Mbps dla LTE, niskie (poniżej 20-40 ms) opóźnienia, umożliwiające korzystanie z usług strumieniowych oraz wbudowane mechanizmy zarządzania jakością transmisji. Z drugiej strony, choć nowsze technologie są bardziej odporne na zakłócenia, co zwiększa ich efektywny zasięg, to jednak ze względu na wykorzystywane w nich pasma częstotliwości oraz rosnące wymagania odnośnie pojemności, komórki w UMTS i LTE są mniejsze niż w GSM. Oznacza to większą liczbę nadajników konieczną do pokrycia podobnej powierzchni.

Lokalny czempion

WiFi

Najważniejszą zaletą GSM jest mobilność; wielu użytkownikom nie jest ona jednak potrzebna, a wiążą się z nią ograniczenia. Dlatego najpopularniejszą technologię bezprzewodową, czyli WiFi, zaprojektowano z myślą o użytkownikach stacjonarnych. WiFi [3] to radiowy odpowiednik sieci lokalnej, której niezbyt liczni użytkownicy są zgromadzeni na niewielkim obszarze (zwykle do kilkudziesięciu metrów od nadajnika). Istnieje wiele wersji tej technologii, różniących się m.in. prędkością transmisji, jednak większość cech mają wspólnych. Po pierwsze, pracują w paśmie nielicencjonowanym, co oznacza, że sieci WiFi mogą korzystać z tych samych kanałów i nawzajem się zakłócać. Ponadto, zastosowano w nich rywalizacyjną metodę dostępu do pasma radiowego, w ramach której preferowane są silniejsze stacje, a słabsze odbiorniki mogą być zagłuszane. Wreszcie, wczesne wersje WiFi zaprojektowano bez mechanizmów związanych z bezpieczeństwem oraz jakością transmisji, a odpowiednie rozwiązania pojawiły się dopiero później jako uzupełnienie standardu.

Ostatnia mila

Choć GSM i WiFi zdecydowanie dominują w swoich obszarach zastosowań, istnieją niewielkie nisze o nietypowych wymaganiach. Przykładem jest technologia WiMAX [4], pozwalająca przesyłać sygnał na duże odległości (nawet do 50 km). Rozwiązuje ona problem tzw. “ostatniej mili”, czyli odcinka od operatora do domów odbiorców, który zwykle wymaga budowy kosztownej infrastruktury kablowej. WiMAX wykorzystuje techniki znane m.in. z sieci LTE, dzięki czemu osiąga przepustowość nawet do 70 Mbps, uzależnioną jednak od widoczności i odległości anten. Inaczej niż WiFi, WiMAX posiada wbudowany mechanizm kontroli jakości i pozwala uniknąć opóźnień transmisji czy efektu „głodzenia” niektórych użytkowników. Stanowi ona więc próbę znalezienia trzeciej drogi, prowadzącej do trochę innego celu niż konkurenci. Choć więc technologia ta wspiera raczej operatorów sieci, część użytkowników na obszarach o ograniczonej dostępności korzysta z Internetu właśnie dzięki WiMAX. Ponieważ jednak konkurencyjne technologie (w szczególności komórkowe) rozwijają się i ciągle oferują nowe możliwości, dlatego wypierają one WiMAX z jego rynku.

Co czeka nas w przyszłości?

Speedtest

Co to oznacza dla nas, użytkowników? Czy pora uczyć się nowych akronimów usług telekomunikacyjnych?  Niekoniecznie: spodziewane wprowadzenie wkrótce technologii 5G oraz standardu WiFi 6 pokazują, że na razie dominującymi graczami na rynku pozostaną szeroko rozumiana telefonia komórkowa i WiFi. Zapewne twórcy nowych wersji standardów umożliwią ich wsteczną zgodność, a producenci sprzętu zadbają, aby najszybsze opcje były dostępne w naszych smartfonach. Natomiast niszowe technologie, jak WiMAX, będą zapewne stopniowo tracić na znaczeniu, choć w niektórych zastosowaniach ciągle mogą odnosić lokalne sukcesy.

Źródła:

[1] https://www.etsi.org/technologies/mobile/3g

[2] https://www.telepolis.pl/grafika/newsy/2010-05/uke-raport-lte-5-2010.pdf

[3] https://www.computerworld.pl/news/Standardy-Wi-Fi-kierunki-rozwoju-sieci-bezprzewodowych,409834.html

[4] https://www.electronics-notes.com/articles/connectivity/wimax/what-is-wimax-802-16-technology-basics.php