3G

Появление нового поколения стандартов сотовой связи происходило примерно раз в десятилетие, начиная с внедрения 1G-систем в 1979 году. Каждое поколение отличалось введением новых частотных диапазонов, увеличением скоростей передачи данных и использованием несверхсовместимых технологий передачи, что требовало существенной модернизации инфраструктуры сетей.

Ряд телекоммуникационных компаний предлагали услуги мобильного интернета, позиционируя их как «3G», что означало предоставление сервиса через сеть третьего поколения. Однако в большинстве регионов мира 3G уже уступило место в маркетинге технологиям 4G и 5G. Услуги, рекламируемые как 3G, обязаны соответствовать техническим стандартам IMT-2000, включая требования к скорости и надёжности передачи данных. Для соответствия стандарту IMT-2000 минимальная устойчиво поддерживаемая скорость передачи данных для сетей 3G составляет 144 Кбит/с^[5]. Однако многие коммерческие сети 3G обеспечивают скорость, заметно превышающую этот порог^[7]. Развитые версии 3G — 3.5G и 3.75G — предоставляют мобильный широкополосный доступ со скоростью в несколько Мбит/с для смартфонов и ноутбуков с мобильными модемами^[8].

Стандарты, относящиеся к категории 3G:

• UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) — стандарт 3GPP 2001 года, распространённый в Европе, Японии, Китае (с иной радиоинтерфейсной реализацией) и других регионах с развитой инфраструктурой GSM. Типичные мобильные устройства — гибриды UMTS и GSM. Существуют разные радиоинтерфейсы:
  • Основной и самый распространённый радиоинтерфейс — W-CDMA (широкополосный множественный доступ с кодовым разделением).
  • TD-SCDMA — коммерциализирован в 2009 году, использовался только в Китае.
  • Последний релиз UMTS — HSPA+, теоретически обеспечивающий пиковые скорости до 56 Мбит/с на входящем канале (28 Мбит/с на практике) и 22 Мбит/с на исходящем.
• CDMA2000 — стандарт, впервые запущенный в 2002 году, разработан 3GPP2 и был распространён в Северной Америке и Южной Корее; инфраструктура совместна с 2G (IS-95). Мобильные устройства часто объединяют CDMA2000 и IS-95. Последний релиз EVDO Rev. B обеспечивает скорость до 14,7 Мбит/с на входящем канале.

Технологии 3G и их радиоинтерфейсы основаны на принципах широкополосного множественного доступа с кодовым разделением (Spread Spectrum). Несмотря на то, что стандарт EDGE (часто классифицируется как «2,9G»), беспроводные телефоны DECT и Mobile WiMAX также формально соответствуют требованиям IMT-2000 и признаны МСЭ стандартами 3G, они редко позиционируются как 3G и построены на совершенно иных технологиях.

Наиболее распространённые стандарты, формально удовлетворяющие критериям IMT2000/3G:

• EDGE — доработка методов передачи данных на платформе 2G GSM, использующая существующие узлы коммутации, базовые станции и частоты, но требующая новой радиочасти для базовых станций и мобильных устройств. Использует эффективную модуляцию 8PSK плюс исходный режим GMSK; обеспечивает достаточно простое обновление существующей инфраструктуры GSM для поддержки EDGE.
  • Совместное применение EDGE и GPRS — так называемая EGPRS, дающая пиковую скорость порядка 200 кбит/с; это формально соответствует требованиям IMT2000. Но на практике EDGE редко рассматривается как система 3G.
  • EDGE также применялся в системе IS-136, ныне снятой с эксплуатации.
  • Эволюция стандарта — Evolved EDGE, обеспечивающая до 1 Мбит/с на входящей линии и 400 кбит/с на исходящей, но коммерческого применения не получила.
• UMTS — сложный стандарт, сильно отличающийся от GSM по методам кодирования и аппаратной базе (но отдельные GSM-станции могут быть модернизированы для ретрансляции UMTS/W-CDMA).
  • W-CDMA — основной вариант реализации, обычно используется в диапазоне 2100 МГц, местами также в диапазонах 850, 900 и 1900 МГц.
    • HSPA — сочетание ряда усовершенствований W-CDMA, обеспечивает скорость скачивания до 14,4 Мбит/с, загрузки — до 5,76 Мбит/с, совместим с W-CDMA.
    • HSPA+ — дальнейшее развитие, теоретически позволяющее достигать пиковых скоростей до 168 Мбит/с на входящем канале и 22 Мбит/с на исходящем благодаря улучшениям интерфейса, многоканальному режиму и технологиям MIMO.
• CDMA2000 (IS-2000), включая CDMA2000 1x, High Rate Packet Data (EVDO), — стандарт 3GPP2, развитие CDMA IS-95, распространён в Северной Америке, Китае, Индии, Пакистане, Японии, Южной Корее, Юго-Восточной Азии, Европе и Африке.
  • CDMA2000 1x Rev. E увеличивает ёмкость по голосу в три раза по сравнению с Rev. 0; EVDO Rev. B позволяет достигать скорости до 14,7 Мбит/с на приёме, Rev. C — улучшает пользовательский опыт для новых и старых устройств.

Хотя телефоны DECT и WiMAX формально также соответствуют требованиям IMT-2000, их практически не относят к мобильным стандартам 3G из-за специфики и редкости применения^[9].

Исследования и разработки стандартов 3G (UMTS и CDMA2000) начались в 1992 году. В 1999 году МСЭ одобрил пять радиоинтерфейсов IMT-2000 (рекомендация ITU-R M.1457); WiMAX был добавлен в 2007 году^[10].

Существуют эволюционные стандарты (EDGE и CDMA) как обратнос совместимые расширения существующих 2G-сетей, и революционные стандарты (UMTS), требующие полной замены радиооборудования и новых частотных диапазонов. Смартфоны используют UMTS совместно с диапазонами и стандартами GSM, но не поддерживают EDGE. Кроме того, в число IMT-2000 входят независимые стандарты DECT и WiMAX.

Хотя EDGE также соответствует критериям 3G, телефоны GSM/UMTS обычно выводят значки EDGE («2,75G») и UMTS («3G») отдельно^[11].

Технологии 3G стали результатом научных исследований, проведённых МСЭ в начале 1980-х годов. Разработка стандартов заняла около пятнадцати лет, и итоговые технические спецификации были опубликованы под названием IMT-2000. Для 3G выделялся коммуникационный диапазон от 400 МГц до 3 ГГц. Стандарт был одобрен правительствами и коммуникационными компаниями.

Первую опытную сеть 3G запустила компания NTT DoCoMo в Японии в 1998 году^[12], под брендом FOMA. Технология была доступна ограниченному числу пользователей с мая 2001 года (тестовая эксплуатация W-CDMA). Первый коммерческий запуск сети 3G состоялся также в Японии — 1 октября 2001 года (NTT DoCoMo), хотя изначально внедрение шло с трудностями по причине низкой надёжности^[13][14][15].

В Европе первую экспериментальную сеть открыл оператор Manx Telecom на Остров Мэн, а первая коммерческая UMTS-сеть заработала у Telenor в декабре 2001 года без коммерческих аппаратов у абонентов.

В Южной Корее первый коммерческий запуск 3G осуществила SK Telecom по технологии 1xEV-DO (CDMA) в январе 2002 года; позже конкуренция возникла с аналогичной сетью от KT.

В США первой коммерческой 3G-сетью была сеть Monet Mobile Networks (CDMA2000 1x EV-DO), после закрытия которой лидерство перешло Verizon Wireless (2002 год, CDMA2000 1x EV-DO). AT&T Mobility развернула UMTS-сеть с последующим обновлением до HSUPA.

В Великобритании сеть 3G первой запустила компания Hutchison Telecom («3»). В Австралии первая коммерческая 3G-сеть заработала в 2003 году у Hutchison Telecommunications.

В Индии с 11 декабря 2008 года услуги 3G запустила государственная компания MTNL в городах Дели и Мумбаи, затем BSNL — по всей стране.

В Африке первой сеть 3G открыла компания Emtel^[16].

Япония была одной из первых стран, массово внедривших 3G, чему способствовало бесплатное или почти бесплатное выделение частотного диапазона. В США и Европе лицензии на диапазоны 3G разыгрывались на аукционах, что потребовало от компаний крупных инвестиций — европейские операторы заплатили в сумме свыше 100 млрд долларов^[17].

В Непале впервые в Южной Азии была внедрена сеть 3G, хотя массовое распространение шло медленно. В ряде стран внедрение задерживалось из-за необходимости значительных затрат на обновление оборудования, особенно для UMTS, где зачастую требовалась замена большей части инфраструктуры.

В декабре 2007 года работало 190 сетей 3G (40 стран) и 154 сети HSDPA (71 страна). Сети 3G распространялись в Азии, Европе, Канаде, США преимущественно по технологии W-CDMA, устройства поддерживали более 100 моделей терминалов.

Распространение сетей 3G во многих странах задерживалось из-за высоких лицензионных сборов и ограниченного числа лицензий в одной стране, что, наряду с перегретыми ожиданиями рынка, привело к «телеком-пузырю» начала 2000-х.

В этот же период начал бурно развиваться рынок смартфонов, объединяющих возможности КПК и мобильного телефона; обладателям таких устройств требовался быстрый мобильный интернет. Появился термин «мобильный широкополосный доступ», а USB-модемы для подключения к 3G-сетям и позже к 4G стали популярны повсеместно.

К июню 2007 года подключено 200-миллионное 3G-устройство, из которых около 10 млн — в Непале и 8,2 млн — в Индии. Это составляло 6,7 % от 3 миллиардов абонентов мобильной связи во всём мире. В странах-первопроходцах (Япония, Южная Корея) проникновение 3G превысило 70 %^[18]. В Европе лидером была Италия (тогда треть абонентов воспользовались 3G), также высокие показатели у Непала, Великобритании, Австрии, Австралии и Сингапура (32 %).

По оценкам МСЭ^[19], к концу 2012 года в мире было 2,096 млрд активных абонентов мобильного широкополосного доступа из 6,835 млрд абонентов (около 30 %). Около половины этой базы составляли развитые страны.

В Китае к июню 2014 года насчитывалось 486,5 млн абонентов 3G при населении свыше 1,3 млрд человек^[20].

С распространением 4G использование 3G во всём мире начало снижаться. Многие операторы уже прекратили, либо планируют прекратить работу своих сетей 3G (см. таблицу ниже). В ряде регионов старые сети 2G сохраняются дольше, так как они проще и дешевле для инфраструктурных сервисов; например, британская компания Vodafone заявляет о сохранении 2G как резервной технологии^[21]. Оператор EE в Великобритании заявил о полном отключении своей сети 3G в начале 2024 года^[22]. В США компания Verizon прекратила работу 3G 31 декабря 2022 года^[23], T-Mobile прекратила работу сетей Sprint 31 марта 2022 года и основной сети 1 июля 2022 года^[24], AT&T — 22 февраля 2022 года^[25].

Многие устройства, работающие только в 3G, становятся неработоспособными. ЕС обсуждает сохранение 2G-сетей как резервных, чтобы совместимые 3G-устройства могли функционировать хотя бы через 2G-сеть^[26]. По состоянию на февраль 2022 года менее 1 % абонентов мобильной связи в США использовали 3G^[27].

По оценкам, к стандартам 3GPP и 3GPP2 (483 технические спецификации), относящимся к 3G, заявлено более 8000 патентов, признанных критически необходимыми (режим FRAND)^[28].^[29] На 2004 год 90 % патентов принадлежали 12 компаниям (Qualcomm, Ericsson, Nokia, Motorola, Philips, NTT DoCoMo, Siemens, Mitsubishi, Fujitsu, Hitachi, InterDigital, Matsushita).

Некоторые необходимые для 3G патенты могли не быть официально задекларированы. Есть мнение, что Nortel и Lucent владеют скрытыми критически важными патентами^[29].

Существующий пул патентов (3G Patent Platform Partnership) мало влияет на защиту FRAND, так как не включает четырёх крупнейших патентообладателей^[30][31].

МСЭ не даёт чёткого определения скорости передачи данных, которую должны гарантировать сети и оборудование 3G^[32]. В качестве ориентировочной минимальной скорости в некоторых документах указывается 2 Мбит/с для неподвижных пользователей, 348 кбит/с для пользователей в движущемся транспорте^[33]. На практике провайдеры заявляют скорости до 384 кбит/с для UMTS (WCDMA), до 7,2 Мбит/с для HSPA, до 21,1 Мбит/с (теоретически — до 42,2 Мбит/с) для HSPA+ и DC-HSPA+.

Сети 3G предлагают улучшенную по сравнению с 2G защиту и безопасность. В частности, пользовательское оборудование (UE) может аутентифицировать сеть, к которой подключается, что снижает вероятность «поддельных» сетей^[34].

В сетях 3G используется блочный шифр KASUMI, пришедший на смену потоковому шифру A5/1. Однако в KASUMI были выявлены значительные уязвимости.

Кроме инфраструктурных мер, дополнительную защиту может обеспечивать сквозная маршрутизация и шифрование в рамках сервисных платформ (например, IMS), хотя это не специфическая особенность 3G.

Благодаря увеличенной пропускной способности и новым возможностям позиционирования сети 3G позволили реализовать ряд ранее невозможных или недостаточно эффективных приложений: быстрый мобильный доступ в интернет, видеозвонки, потоковое видео и др.

Технология 3G была востребована не только для традиционных мобильных телефонов, но и для различных устройств: медицинское оборудование, противопожарные системы, электронные браслеты-наблюдения и др.^[35]. Универсальность применения 3G стала новым этапом в развитии мобильных технологий, способствовала массовому внедрению сотовых сетей для широкого спектра сервисов и стала базой для дальнейшей эволюции.

И 3GPP, и 3GPP2 разрабатывают расширения стандартов третьего поколения (3G), основанные на полностью IP-инфраструктуре и новых беспроводных технологиях, таких как MIMO. Новые спецификации в ряде случаев уже близки по функциям к IMT-Advanced (4G), но пока не достигают требований по скорости (1 Гбит/с для стационарных, 100 Мбит/с для мобильных устройств), поэтому классифицируются как 3.9G или Pre-4G.

3GPP планирует достичь целевых показателей 4G с помощью LTE Advanced, в то время как Qualcomm свернула разработку UMB в пользу семейства LTE^[36].

14 декабря 2009 года TeliaSonera впервые в мире запустила коммерческий сервис 4G в Стокгольме (Швеция) и Осло (Норвегия)^[37].