مقدمه‌ای بر نسل‌های مخابرات سیار

وقتی حرف از مخابرات سلولی و مخابرات سیار میشه، همه ما یه چیزایی ازش میدونیم و کلی ازش شنیدیم. این روزها افراد زیادی از تلفن همراه استفاده می‌کنن و دیگه شبکه‌های اجتماعی و اینترنت روی خط موبایلمون بخش جدا ناپذیری از زندگی ما شده. طوری که دیگه یادمون رفته اصلن بدون این امکانات چطوری زندگی میکردیم یا کارامون چطوری بدون گوشی هوشمند انجام میشد!

همین شد که تصمیم گرفتیم اطلاعات کلی راجع به مخابرات سیار برای همه بنویسیم و توضیح بدیم چی شد که به اینجا رسیدیم و چطوری پیشرفت شبکه‌های مخابرات سلولی باعث شد زندگیمون راحت‌تر بشه و از چه امکانات معرکه‌ای بهره ببریم!!!!

توجه داشته باشین که مقاله زیر، نکات کلی و اساسی برای همه است و توی مقاله‌های بعدی، خیلی فنی‌تر و مهندس پسندتر براتون مینویسیم 🙂

مخابرات سیار چیه و کجا کاربرد داره

مخابرات سیار، همونطور که از اسمش معلومه، مربوط به گوشی‌ها و سیستم‌های مخابراتی است که سیار هستن و در حرکت، که به زبون ساده همین موبایل‌ها و تلفن‌های همراه میشن.

جدا از اینکه تلفن‌هامون هوشمند هستن یا موبایل‌های ساده‌ای داریم، گوشی‌ها به اینترنت وصل میشن یا نه، شبکه اجتماعی روشون داریم یا نه، همه تلفن‌های همراه و شبکه‌ای که این گوشی‌ها بهشون متصل میشن در دسته مخابرات سیار یا تخصصی‌تر مخابرات سلولی قرار می‌گیرن.

مخابرات سیار، تا به اینجا رسیده نسل‌های زیادی رو پشت سر گذاشته و بنا به درخواست کاربرانش هروز بیشتر از دیروز پیشرفت کرده تا نیازهای ما رو پوشش بده.

همونطور که در بلوک زیر می‌بینیم، خواسته ما اول از مخابرات سیار مکالمه بوده ولی رفته رفته این نیاز ما بیشتر شده و درنتیجه تکنولوژی همگام با ما، ارتقا پیدا کرده تا بتونه این نیازها رو پاسخگو باشه:

در ادامه، به بررسی نسل‌ها و پیشرفت‌های کلی مخابرات سیار میپردازیم

لازمه بدونین که توضیحات زیر خیلی کلی هستن و ما وارد بحث‌های علمی نشدیم. اگر مایل هستین دقیق‌تر و مهندسی‌تر هر نسل رو بررسی کنین، مقاله‌های بعدی مارو دنبال کنین 🙂

نسل اول

مهم‌ترین نکته‌ای که توی نسل اول مخابرات سیار مطرح میشه، استاندارد آنالوگ هست که از سال ۱۹۷۹ تا اوایل ۱۹۸۰ کارایی داشته. اما مخابرات آنالوگ تا دلتون بخواد محدودیت داره و نتیجه این شده که برای پیشرفت به سمت مخابرات دیجیتال حرکت کردیم.

مساله بعدی در ارتباط با سخت افزار موبایل‌های نسل اول بود. عمر باتری کوتاه و بزرگی تجهیزات اصلن خصوصیات دلخواهی برای شبکه‌های مخابراتی نیستن!

علاوه بر این، مکالمات آنالوگ طوری بود که کیفیت صدا همه جا به یک نحو نبود و در خیلی از مواقع تماس‌ها قطع میشدن و حداکثر سرعتش ۲/۴ کیلو بایت در ثانیه بود. خب البته که الان این موارد هیچ خوب نیست اما زمان خودش تحول بزرگی به حساب میومد 😀

سیستم‌های آنالوگی که در زمان خودشون خیلی مطرح بودن و به طور گسترده ازشون استفاده میشده رو براتون لیست کردیم تا ببینین اگرچه که مخابرات نسل یک پر از اشکال بوده، اما مقدمه‌ای شده برای این زیرساختی که امروز ازش استفاده میکنیم :

کشور آمریکا- AMPS (Advanced Mobile Phone Service)

کشور انگلستان- TACS (Total Access Communication System)

کشور ژاپن- NTT (Nippon Telegraph & Telephone) و MCS-L1 (Mobile Cellular System)

سوئد، نروژ، دانمارک، فنلاند – NMT (Nordic Mobile Telephony)

اما نکته دیگه‌ای هم که قابل توجه هست اینه که سیستم‌های کشورهای مختلف با هم ناسازگار بودند و امنیت چندانی توی سیستم‌های آنالوگ وجود نداشت.

با بررسی این موارد و مشکلات، نسل بعدی به عنوان نسل دوم معرفی شد:

نسل دوم

نسل دوم مخابرات سیار یا 2G (ابتدای Generation به معنی نسل) به عنوان قدم بزرگی از مخابرات آنالوگ به مخابرات دیجیتال در سال ۱۹۹۱ معرفی شد. بعدا نام GSM (Global System for Mobile Communication)  بهش اختصاص داده شد.

نسل دوم خودش از چندین فاز مختلف تشکیل میشه اما قبل از اینکه به اونا بپردازیم، بریم ببینیم ویژگی‌های کلی این نسل چه مواردی هستن:

دیجیتال!

همونطور که بالا توضیح دادیم، یک قدم بزرگ وارد شدن به دنیای دیجیتال و البته رمزنگاری شده و با امنیت بود.

سرویس های دیتا پدیدار شدند!

Data Services برای موبایل‌ها مثل قابلیت پیام کوتاه، پیام تصویری و MMS (Multimedia message) فعال شدند.

استفاده بهینه از پهنای باند

پهنای باند و استفاده بهینه ازش مبحثیه که همیشه در مخابرات از اهمیت زیادی برخوردار بوده که در نسل دوم اولین قدم برای استفاده بهینه برداشته شده.

فازهای نسل دو

نسل دوم از چهار فاز تشکیل شده که به توضیح مختصری از هرکدوم میپردازیم:

GSM (Global System for Mobile Communication)

شروع نسل دوم با GSM آغاز شد و نرخ بیت مکالمه در این نسل 13kb/s و نرخ بیت دیتا 9.6kb/s است. همونطور که میبینیم اگرچه که الان مکالمات ما روی بستر دیجیتال صورت میگیرن، اما نرخ بیت دیتا پایین هست و با افزایش نیاز کاربران برای دیتا، فاز بعدی نسل دوم معرفی شد.

HSCSD (High Speed Circuit Switched Data)

قدم بعدی برای نسل دوم، سیستمی با نرخ بیت بالاتر بود تا نیاز کاربران رو بهتر پاسخ بدن. حداکثر نرخ بیت این قدم برای دیتا 57.6kb/s است. نکته بعدی که در این تکنولوژی حائز اهمیته اینکه از تکنیک‌های فشرده‌سازی در این تکنولوژی استفاده شده و در نتیجه پوشش نسبتا خوبی رو در این گام داریم.

GPRS (General Packet Radio Service)

پیشرفت دیگه برای نسل دوم، معرفی GPRS بود که مجدد نرخ بیت رو بهبود داد و به ماکزیمم 171.2kb/s رسید. قابلیت MMS در این گام به نسل دوم اضافه شد و کاربران میتونستن ویدیو و عکس‌هاشون رو مثل پیام ارسال کنن.

EDGE ( Enhanced Data Rates for GSM Evolution)

به این تکنولوژی از مخابرات سیار که پیشرفته GPRS هم میگن، از همون تجهیزات نسل دوم استفاده شده فقط تغییرات خیلی کمی داشته تا بتونن مجدد سرعت رو بهبود بدن.

کاربران توی این نسل سرعتی حداقل سه تا چهار برابر فاز قبلی رو تجربه می‌کنن ( ماکزیمم 512kb/s).

برای اینکه اهمیت این فاز از نسل دو رو درک کنیم، باید بدونیم که EDGE یک تکنولوژی تلفن همراه دیجیتال است اما  GPRS سرویس داده تلفن همراه می‌باشد. و EDGE دروازه‌ای بود که مسیر ما رو برای ورود به نسل سوم باز کرد.

نسل سوم

هدف از اینکه همچنان به توسعه شبکه‌های مخابرات سیار ادامه دادیم، در واقع نیاز کاربران بوده و توجه به این که واقع چه چیزهایی مورد نیاز بوده!

برای نسل سوم:

سرویس‌هایی که کاربران لازم داشتن روز به روز بیشتر شده

پهنای باند مورد نیاز کاربران افزایش پیدا کرده

سرعت ارسال و دریافت که از همون اول هم مساله مهمی بود، اهمیتش پررنگتر میشه.

در واقع چشم انداز این نسل از مخابرات سیار، این بود که:

هر سرویسی، هر زمانی، هر مکانی، برای هر دستگاهی و روی هر شبکه‌ای

نسل سوم که با نام UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) معرفی شد، تحت استاندارد 3GPP که از استانداردهای مطرح اروپایی هست معرفی شد.

تکنیک‌های دسترسی و مدولاسیون این نسل و نسل قبلی از هم متفاوت هستند و در نتیجه تجهیزات فیزیکی هم متفاوت شدند. نسل سوم هم از چندین فاز تشکیل شده که هرکدوم رو جداگونه بررسی میکنیم.

اما قبل از اینکه خیلی ریز بشیم، بیایم و کلی ببینیم نسل سوم مخابرات سیار چه چیز جدیدی برای ما داشت:

نسل سوم با سرویس‌های چند رسانه‌ای یعنی MultiMedia پا به عرصه گذاشت و این امکان رو به کاربرانش داد تا از سرویس‌های مختلفی به صورت همزمان استفاده کنن.

امنیت اطلاعات و دیتا توی این نسل بسیار بالا رفت و کیفیت خدمات خیلی بیشتر شد.

توی این نسل بود که E-Learning  و E- Commerce قدم به عرصه گذاشتن و زیرساخت چیزی رو ساختن که توی این روزا ما خیلی ازش استفاده میکنیم!

سرویس‌هایی که نسل سوم با خودش آورد خیلی از سرویس‌هایی هستن که امروزه زندگیمون رو بدون اونا نمیتونیم تصور کنیم، مثل:

تماس و ارتباط صوتی و تصویری

امکان چت و پیام‌هایی از قبیل Email, MMS, SMS

اینترنت پر سرعت موبایل

خدمات مبتنی بر مکان مثل اطلاعات آب و هوا، ترافیک شهری، موقعیت جغرافیایی، راهنمای شهری

سیستم اروپایی UMTS با Release99 پیاده سازی شد و نسخه‌های بالاتری با پیشرفت‌های بیشتری به بازار اومدن!

قدم‌های نسل سوم

Release R99

قدم اول نسل سوم به عنوان فاز ۳ (PH3) ، تغییرات خیلی کمی رو نسبت به نسل دو دیدیم و این تغییرات بیشتر نرم افزاری بودن. سرعت انتقال اطلاعات 384kb/s بوده و همچنان به اون سرعتی که مد نظر کاربران بوده نرسیدیم.

 Release R4 (MSS)

حرکت به سوی این بخش به اسم + Phase3 ، در بخش فیزیکی و تجهیزات شبکه تغییرات زیادی اتفاق افتاد که قابلیت ارائه سرویس‌های پیشرفته‌تری رو داشته باشه و همچنین سرعت Uplink و Downlink هرکدوم در بهترین حالت  2Mb/s هستند و شبکه به سمت IP (Internet Protocol) حرکت کرده.

Release R5 (HSDPA)

که به عنوان فاز ۳٫۵ معرفی شد، مخفف High Speed Downlink Packet Access است. در این گام، نیاز برای سرویس‌های دیتای بخش دانلود بالا رفت. افزایش نرخ بیت و کاهش تاخیر از مواردی بود که در این قسمت بهش پرداخته شد و در نسل سوم پیشرفت کرد.

سرعت Uplink در این نسل 2Mb/s و سرعت Downlink از 1.8Mb/s شروع به  3.6Mb/s رسید و سپس به  7.2Mb/s و  14Mb/s به عنوان حداکثر سرعت رسید.

 Release R6 (HSDUPA)

به عنوان تحول بعدی نسل سوم  فاز ۳.۷۵ و مخفف High Speed Uplink Packet Access  علاوه بر سرعت Downlink ، سرعت Uplink ارتقا پیدا کرد و با حفظ سرعت Downlink مرحله قبلی یعنی14Mb/s ،سرعت Uplink به  5.8Mb/s افزایش پیدا کرد.

Release R7 (HSPA+)

قدم آخر در نسل سوم، که فاز PH 3.9 می‌باشد، مخفف High Speed Packet Access Evolution، هم سرعت Downlink  و هم سرعت Uplink  افزایش پیدا کرد و نهایتا و در بهترین شرایط به : Uplink به 22Mb/s و Downlink به 56Mb/s رسید. البته، باید بهتون بگیم که توی تکنولوژی هرکدوم از این Releaseها، کلی تغییرات مخابراتی مثل مدولاسیون و چیزای دیگه رخ داده تا به این سرعت رسیدیم که توی ویدیوهای آموزشی مربوط به نسل سوم میتونین به طور دقیق و مفصل یادشون بگیرین! 🙂

نسل چهارم

خب خب، بالاخره رسیدیم به نسل چهارم مخابرات سیار و جدیدترین نسلی که الان به طور معمول تلفن‌های همراهمون روش کار میکنن و سرویس میگیرن.

نسل چهارم با برند LTE (Long Term Evolution) و تحت استاندارد 3Gpp ، باید چیزی به کاربران میداد که واقعا متفاوت باشه و از اوجا که روز به روز تلفن‌های همراه هم پیشرفت میکردن، انتظار داشتیم که بتونیم کارهای زیادی رو با Smart Phone هامون انجام بدیم و حالا سرعت کمه و پوشش ندارم و اینا دیگه خیلی کمتر مورد قبول هست 😀

نسل چهارم هم مثل نسل سوم از استاندارد 3Gpp پیروی میکنه و دو تا مساله توی این نسل خیلی اهمیت پیدا کرده:

کاهش تاخیر

استفاده بهینه از طیف فرکانسی

بقیه مواردی که این نسل رو متمایز میکنه و در واقع قدم‌های بزرگی رو به جلو محسوب میشن به شرح زیر هستن:

شبکه کاملا IP-Based هست.

بالاترین سرعت انتقال اطلاعات هم در Uplink به میزان 100Mb/s و در  Downlink به میزان 50Mb/s رو داریم.

این نسل با نسل‌های گذشته سازگاره و نکته جالب اینکه تداخلی هم با شبکه‌های دیگه نداره.

معماری ساده‌تری داره و هزینه‌ها رو به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش داده.

ظرفیت شبکه افزایش زیادی داشته طوری که میتونیم بگیم حدود ۱۰ برابر بیشتر از نسل سوم شده!

سرعت فوق‌العاده اینترنت ، دسترسی به تصاویر تلویزیونی، Cloud Computing و ویدیو کنفرانس مزایایی هستن که نسل چهارم رو به یک پیشرفت بزرگ در زمینه مخابرات سیار تبدیل کرد!

نسل چهارم هم در ادامه نسل سوم و تحت همون عناوین، فازهای مختلفی داره که در ادامه بهشون می‌پردازیم:

فازهای نسل چهارم

Release 8 ( Long Term Evolution for UMTS)

تاخیر بسیار پایینی داره و مکالمات در مدت زمان خیلی کوتاهی برقرار میشن. همچنین سرعت Upload  و  Download به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش داشته:

Download: 326.4Mb/s و Upload: 86.4Mb/s

Release 10 ( LTE Advanced)

در این فاز از نسل چهارم،  و همچنین در Release 13 و Release 14  سرعت به یک گیگابایت رسید که اسم جالب Gigabit LTE رو هم روش گذاشتن. البته قابل ذکره که حسابی روی ترکیب فرکانسی و تعدا آنتن‌ها و مدولاسیون این تکنولوژی کار شده!

توی این مقاله نسل‌های مختلف مخابرات سیار رو باهم بررسی کردیم. نسل پنجم که یک تحول بزرگ توی صنعت مخابرات سیار هست رو توی مقاله بعدی بهش می پردازیم 😀

منتظر نظراتتون هستیم، در سایت ثبت‌نام کنین و برای ما بنویسین!