شبکه های تلفن همراه در حقیقت راهی برای ایجاد ارتباطات بی سیم در میان کاربران سراسر دنیا هستند. این شبکه ها راه دور و درازی را از ابتدای پیدایش تا به امروز طی کرده‌اند تا قادر به تامین نیازهای کاربران باشند. در این مقاله از رادار به معرفی نسل‌های مختلف شبکه‌های سلولی موبایل می‌پردازیم و آینده پیش رو را مورد ارزیابی قرار خواهیم داد.
منظور از نسل Generation شبکه‌های مخابراتی چیست؟
شبکه‌های مخابراتی تلفن همراه در طول سال‌های پیدایش تا به امروز دچار تغییرات و دگرگونی‌های مختلفی شده‌اند. با هر تغییر و پیشرفت رخ داده، نسل های مختلف تلفن همراه با سرعت انتقال و پهنای باند بهتر پدید آمدند. در حقیقت سرعت اینترنت همراه شما، وابسته به نوع قدرت سیگنال دریافتی از شبکه های موبایل است. البته برای دسترسی به این پهنای باند لازم است پروتکل‌ها و زیرساخت‌های سخت‌افزاری را را برای برقراری ارتباط بین کاربران سراسر جهان فراهم آید. امروزه هر نسل از شبکه ها را با نام G، مخفف کلمه Generation (نسل) معرفی می‌کنند.
معرفی نسل های شبکه تلفن همراه
همان طور که گفتیم در طول گذر زمان نسل های شبکه تلفن همراه پیشرفت‌های فراوانی داشته و به مرور سرعت انتقال داده و پهنای باندشان افزایش یافته است. در ادامه به معرفی نسل های شبکه تلفن همراه می‌پردازیم:
نسل صفر 0G، اولین شبکه تلفن همراه
اولین شبکه تلفن همراه نسل 0G است که آن را با نام تلفن رادیویی همراه می‌شناسند. این نسل پیش از آغاز به کار شبکه‌های سلولی موبایلی راه اندازی شد.
نسل اول 1G، عصر حجر شبکه‌های تلفن همراه
نسل اول شبکه‌های تلفن همراه بی سیم با نام 1G برای اولین بار در دهه 1960 در کشورهای اسکاندیناوی روی کار آمد. اولین ارتباط نقطه به نقطه از راه دور در این شبکه آنالوگ در اواخر دهه 60 به کار گرفته شد. پس از آن کشورهای اسکاندیناوی موفق به راه‌اندازی اولین شبکه تلفن متحرک با نام Nordic Mobile Telephone (NMT) شدند. سپس دیگر کشورها نظیر آمریکا، ژاپن، انگلستان، فرانسه و ایتالیا نیز شبکه های آنالوگ تلفن همراه خود را ساختند.
شبکه های تلفن همراه نسل 1G قادر به برقراری ارتباط تلفنی در فرکانس 150 مگاهرتز بوده و از طریق برج‌های رادیویی فعالیت می‌کردند. در این شبکه‌ها برای تخصیص فرکانس از روش FDMA استفاده می‌شد.
نسل دوم 2G، تبدیل آنالوگ به دیجیتال
دومین نسل از ارتباطات راه دور، شبکه های 2G بود که مهمترین تفاوتش با نسل‌های پیشین، دیجیتالی شدن ارتباطات است. در این سیستم سرعت انتقال اطلاعات بیشتر شده و امکان رمزگذاری داده‌ها و افزایش تعداد مشترکان وجود داشت. علاوه بر این‌ها خدمات پیام متنی (SMS) و پیام تصویری (MMS) نیز در اختیار کاربران قرار گرفت.
در سال 1985 انجمنی از 17 کشور اروپایی تحت نام ETSI با هدف ایجاد یک استاندارد مشترک برای ساخت شبکه سلولی تشکیل شد. اولین اقدام این انجمن راه‌اندازی یک استاندارد تلفن بی سیم دیجیتال با نام GSM (Global System for Mobile Communication) بود. در سال 1987، سیزده کشور اروپایی با یکدیگر تفاهم‌نامه‌ای با عنوان MoU امضا کردند که مطابق آن می‌بایست تمام اعضا، استاندارد GSM را رعایت کنند.
در طول این سال‌های سیستم‌های موبایل زمینی و ماهواره‌ای یکپارچه شده و انواع مختلفی از دسترسی بی سیم به صورت جهانی، شامل سروریس‌های موجود در شبکه مخابراتی ثابت و تلفن همراه، راه‌اندازی شد. در شبکه های تلفن همراه 2G، روش‌های TDMA و CDMA جایگزین روش FDMA گردیدند. فناوری 2G در سال 1992 به صورت فراگیر مورد استفاده واقع شد. اما در ایران پس از 18 سال و در اواسط تیرماه 1372 برای اولین بار ثبت‌نام تلفن همراه انجام شد.
نسل سوم 3G، نسل نوین شبکه‌های تلفن همراه
با گذشت زمان افزایش سطح انتظارات و نیازهای کاربران نسل سوم 3G روی کار آمد. شبکه‌های تلفن همراه مبتنی بر 3G شرایط ارسال و دریافت فایل‌های چندرسانه‌ای حجیم، برقراری ویدئو کنفرانس، امکان ارسال و دریافت اطلاعات در حین حرکت، انجام بازی‌های آنلاین و … را برای کاربران فراهم آورد. پهنای باند و سرعت انتقال اطلاعات در این نسل تا 42 مگابیت بر ثانیه افزایش یافت و امنیت اطلاعات در این دوران بیش از پیش مورد توجه قرار گرفت. ایران در سال 1389 موفق به راه‌اندازی نسل سوم شبکه های تلفن همراه در کشور شد.
به طور خلاصه پیشرفت‌های حاصل از روی کار آمدن 3G شامل موارد زیر است:
- برقراری اتصال به شبکه اینترنت با سرعت بالا و در حین حرکت
- امکان برقراری تماس‌های تصویری
- قابلیت دانلود ویدئو و دریافت کلیپ‌های تصویری از طریق موبایل
- امکان ارائه محتوای مالتی مدیا بر بستر شبکه تلفن همراه
نسل چهارم 4G، کم دردسرترین نسل شبکه‌های تلفن همراه
نسل چهارم شبکه های تلفن همراه با نام اختصاری 4G توانست علاوه بر تمام ویژگی‌های معمول 3G، خدمات افزایش پهنای باند جهت دسترسی به اینترنت را نیز در اختیار کاربران قرار داد. به طوری که با استفاده از یک مودم وایرلس در لپ‌تاپ‌ها بتوان به تلفن‌های همراه هوشمند و دیگر دستگاه‌های موبایل متصل شد. از جمله دیگر خدمات ارائه شده در نسل 4G باید به مرورگرهای اصلاح شده موبایل، فناوری IP، کیفیت بالای تلویزیون موبایل، ویدئو کنفرانس‌های باکیفیت، بهبود خدمات بازی‌های آنلاین، روی کار آمدن تلویزیون‌های 3D و فناوری رایانش ابری اشاره نمود.
هدف اصلی در راه‌اندازی نسل چهارم 4G شبکه های تلفن همراه، افزایش ظرفیت، سرعت و کیفیت سرویس‌ها، گسترش مناطق تحت پوشش و کاهش هزینه‌ها بود. به طوری که سرعت انتقال داده 100 مگابیت بر ثانیه در حال حرکت و 1 گیگابیت بر ثانیه در حالت سکون برای کاربران فراهم شد. در این نسل نحوه انتقال مکالمات صوتی نیز به حالت بسته‌های داده‌ای تبدیل شد و به صورت VoIP یا VoLTE درآمد. LTE یکی از استانداردهای ارائه شده توسط 3GPP در شبکه های 4G است که امروزه از محبوبیت بالایی برخوردار می‌باشد.
اولین اپراتور ارائه دهنده LTE در کشورمان، ایرانسل بوده است که در سال 1393 و در شهرهای مشهد و تهران عرضه گردید. اما با گذشت زمان دیگر اپراتورهای کشور نظیر همراه اول و رایتل نیز به جمع عرضه‌کنندگان خدمات 4G پیوسته و رفته رفته اغلب نقاط ایران تحت پوشش این فناوری قرار گرفت.
نسل پنجم 5G و پیدایش شهری هوشمند
تکنولوژی 5G نشان دهنده فاز اصلی ارتباطات از راه دور، فراتر از استاندارد 4G/IMT-Advanced کنونی است. اینترنت 5G سه هدف مهم را دنبال می‌کند که عبارتند از: سرعت بالاتر جهت انتقال داده‌های بیشتر، تأخیر کمتر جهت پاسخ‌دهی بیشتر و امکان اتصال به دستگاه‌های بسیار بیشتر در آنِ واحد برای سنسورها و دستگاه‌های هوشمند.
شبکه های تلفن همراه 5G همچون دیگر شبکه‌های سلولی، از سیستمی با نقاط سلولی استفاده کرده و قلمرو خود را به بخش‌های مختلف تقسیم می‌کنند. به این ترتیب می‌توانند داده‌های کدگذاری شده را از طریق امواج رادیویی ارسال کنند. در این شبکه‌ها، هر نقطه سلولی باید به ستون اصلی شبکه متصل باشند، حال چه از طریق اتصال بی سیم و یا از طریق اتصال سیمی. نسل آینده شبکه های تلفن همراه، نسل پنجم 5G است که به احتمال زیاد در سال‌ها نزدیک فراگیر خواهد شد. در این شبکه‌ها سرعت انتقال داده تا 20 گیگابیت افزایش خواهد یافت.
در ویدئو زیر به طور مختصر به بررسی نسل های شبکه های تلفن همراه پرداخته‌ایم:
نسل های شبکه موبایل چه تفاوتی با یکدیگر دارند؟
هدف از روی کار آمدن شبکه های تلفن همراه ، ایجاد ارتباطات قابل اعتماد و باکیفیت بی سیم بود. این شبکه ها از سال 1979 با رونمایی از 0G به جامعه بشری معرفی شد و تا امروز نسل پنجم آن ها با نام 5G طراحی شده است. قطعا در آینده نیز شاهد پیشرفت فناوری‌های ارتباطات بی سیم خواهیم بود. البته باید بدانید که هر یک از این نسل‌ها دارای استانداردهای به خصوصی هستند که فرآیند ایجاد ارتباطات را مشخص می کنند.
هر یک از نسل‌های شبکه های مخابراتی موبایل با ویژگی‌هایی نظیر توان عملیاتی، میزان تاخیر، سرعت آپلود و دانلود و … معرفی می‌شوند. در حقیقت پیشرفت تکنولوژی به کار رفته در هر یک از شبکه های تلفن همراه و بهبود ویژگی‌هایی که نام بردیم، مهمترین تفاوت نسل های شبکه موبایل است.
تفاوت شبکه‌های تلفن همراه 2G و 3G
مهمترین تفاوت‌هایی که میان دو شبکه تلفن همراه 2G و 3G وجود دارند، به شرح زیر است:
- در شبکه های 3G پهنای باند بیشتری نسبت به 2G در اختیار کاربران قرار می‌گیرد.
- قابلیت‌ها و امکانات ارائه شده در شبکه‌های 3G بسیار بیشتر از 2G است. از جمله این امکانات می‌توان به فناوری MMS و Video Call اشاره نمود.
- امروزه شبکه های 2G نسبت به 3G در مناطق بیشتری کاربرد دارند.
تفاوت سامانه‌های ارتباط از راه دور 4G و 4.5G چیست؟
فناوری 4.5G در حقیقت یک گام موقتی تا تکمیل ظرفیت‌های کامل 5G است. این فناوری از استانداردهای LTE-A (LTE Advanced) و MIMO (Multiple Input – Multiple Output) استفاده می‌کند تا عملکرد بهتری نسبت به 4G داشته باشد. مهمترین تفاوت‌هایی که میان این دو سامانه ارتباط از راه دور وجود دارد، به صورت زیر است:
- میانگین سرعت دانلود اطلاعات در شبکه های تلفن همراه 5G حدودا 2 تا 3 برابر بیشتر از شبکه 4G است.
- در شبکه 4.5G امکان پشتیبانی از فناوری اینترنت اشیاء باند باریک (NB-IoT) وجود دارد. در صورتی که این فناوری در 4G پشتیبانی نمی‌شود.
تعریف چند اصطلاح مرتبط با شبکه های تلفن همراه
در ادامه چند اصطلاح کاربردی در شبکه های تلفن همراه را توضیح می‌دهیم تا اگر هنگام مطالعه در رابطه با نسل‌های شبکه های ارتباطی با آن‌ها مواجه شدید، به راحتی معنای مطلب را درک کنید:
1- امواج رادیویی
امواج رادیویی در حقیقت فرکانس های در بازه 3KHz تا 300GHz هستند که به آن‌ها فرکانس رادیویی (RF) نیز می‌گویند. این فرکانس‌ها امکان ایجاد ارتباط رادیویی در محدوده اختصاصی را برای هر ارگان، نهاد یا شرکتی فراهم می‌آورند. به طور مثال رادیو FM موظف است فرستنده‌های رادیویی خود را در محدوده 87MHz تا 108MHz تنظیم نماید. از آن طرف محدوده اختصاصی ناوبری رادیویی هوانوردی در باند VHF و در محدوده فرکانسی 108MHz تا 117.975MHz می‌باشد.
2- رادیو
رادیو در حقیقت تکنولوژی و دستگاهی است که پیام، صدا یا سیگنال‌ها را از طریق امواج رادیویی منتقل می‌کند.
3- ارتباطات رادیویی
ارسال و دریافت سیگنال‌های رادیویی با استفاده از انواع روش‌های مدولاسیون را ارتباطات رادیویی می‌گویند.
4- ایستگاه فرستنده و گیرنده (BTS یا Base Transceiver Station)
برای ایجاد ارتباطات رادیویی لازم است یک سری بسترهای سخت‌افزاری فراهم آیند. BTS یکی از تجهیزات لازم در شبکه های تلفن همراه است که در حقیقت پایگاهی برای استقرار دستگاه‌های فرستنده و گیرنده امواج رادیویی می‌باشد. BTSها معمولا دارای تجهیزاتی از قبیل فرستنده (Transmitter)، گیرنده (Receiver)، تقویت کنندۀ قدرت (Power Amplifier)، ترکیب کننده، مالتی پلکسر، آنتن، سیستم های نظارت و توسعه، واحد کنترل و واحد گیرنده باند پایه هستند.
روش های دسترسی به کانال کدام‌اند؟
روش های دسترسی به کانال (Channel Access Methods) در واقع روش‌هایی جهت استفاده از پهنای باند مشترک توسط چند سیستم مخابراتی می‌باشند. در ادامه سه مورد از انواع روش‌های دسترسی به کانال را مورد بررسی قرار خواهیم داد:
1- روش FDMA
روش FDMA که از عبارت Frequency-Division Multiple Access گرفته شده است، روش دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانس می‌باشد. در این روش، پهنای باندی که به سیستم‌های مخابراتی اختصاص یافته است، به چند بخش مختلف تقسیم شده و هر سیستم در محدوده فرکانسی خود قادر به تبادل اطلاعات خواهد بود.
2- روش TDMA
روش TDMA به معنای روش دسترسی چندگانه با تقسیم زمان بوده و از عبارت Time-Division Multiple Access گرفته شده است. در این روش محدوده فرکانسی موجود، در هر لحظه در اختیار یک سیستم مخابراتی قرار خواهد گرفت. به این لحظه شیار زمانی می‌گویند و هر سیستم مخابراتی تنها می‌تواند در شیار زمانی خود به تبادل اطلاعات در محدوده مشخص شده فرکانسی بپردازد. در روش TDMA سرعت اختصاص یافتن کانال به هر یک از فرستنده ها و گیرنده ها به قدری زیاد است که دستگاه متوجه زمان‌هایی که کانال را در اختیار ندارد، نخواهد شد.
3- روش CDMA
روش CDMA که از آن با روش دسترسی چندگانه با تقسیم کد یاد می‌شود، برگرفته از عبارت Code-Division Multiple Access است. در این روش، اطلاعات هر یک از فرستنده ها به صورت جداگانه کد شده و اطلاعات تمام فرستنده ها به صورت همزمان درون کانال منتقل می‌شوند. سپس هنگام دریافت اطلاعات توسط گیرنده، دستگاه بر اساس نوع کدگذاری انجام شده، دستگاه فرستنده را شناسایی خواهد نمود. در نتیجه تنها اطلاعات مربوط به فرستنده خود را دریافت خواهد کرد.
شبکه ارتباطی ردیاب رادار چیست؟
ردیاب خودرو رادار برای برقراری ارتباط با اپلیکیشن مربوط به خود، از طریق ارتباطات بی سیم نسل دوم 2G استفاده می‌کند. به این ترتیب دستگاه جی پی اس قادر است داده‌های جمع‌آوری شده در رابطه با موقعیت مکانی، سرعت حرکت و مواردی از این قبیل را در محدوده فرکانسی شبکه های تلفن همراه 2G برای کاربر ارسال نماید.
سخن پایانی
شبکه های تلفن همراه با هدف ارائه ارتباطات بی سیم به کاربران راه‌اندازی شده‌اند. این شبکه های سلولی امکان ارسال و دریافت داده در حین حرکت و حالت سکون را به کاربر عرضه می‌کنند. امروزه نسل پنجم این شبکه ها با هدف ارائه سرعت انتقال بالا به کاربران بیشتر در یک لحظه روی کار آمده است. آیا تجربه استفاده از نسل‌های مختلف شبکه ارتباطات بی سیم را دارید؟ به نظر شما تفاوت چشمگیر این شبکه‌ها با یکدیگر در چیست؟
سوالات متداول💡