آشنایی با انواع شبکه‌های تلفن همراه

سال 1973 بود که مارتین کوپر Martin Cooper در حال صحبت با گوشی همراه‌ یکی کیلویی و بی‌سیم‌اش در خیابان، همه را شوکه کرد، مردم هیچ فکرش را نمی‌کردند که توسط امواج مغناطیسی شبکه‌های تلفن همراه و مخابراتی، این دستگاه کوچک بی‌سیم، تمام دنیای آن‌ها ‌می‌شود. اگر می‌گوییم تمام دنیا، واقعا سخن به گزافه نگفته‌ایم، با پیشرفت دنیای الکترونیک و گجت‌های هوشمند، دیگر کمتر پول را لمس می‌کنیم، کمتر با قلم و کاغذ سر و کار داریم و حالا با آمدن کرونا، هیولای قرن، کمتر همدیگر را می‌بینیم خلاصه اینکه تپش زندگی ما جدا از موارد حیاتی، به امواج مغناطیسی برج‌های مخابراتی بسته است. برای آشنایی بیشتر با انواع شبکه‌های تلفن همراه در ادامه با ما همراه باشید.

منظور از نسل Generation شبکه‌های مخابراتی چیست؟

سرعت اینترنت شما بسته به نوع قدرت سیگنالی که از شبکه‌های تلفن همراه می‌گیرد، با نمایش یک عدد در کنار حرف G (مخفف Generation به معنی نسل) شبیه 2G، 3G، 4G بر روی سیگنال بار، روی صفحه‌ی موبایل ظاهر می‌شود. هر نسل، معرف یک مجموعه از استانداردهای شبکه تلفن همراه است که این تکنولوژی را بر روی دستگاه‌های کاربران پیاده سازی می‌کند. با پیشرفت تکنولوژی و افزایش سرعت، ابزارها نیز برای سازگاری با آن، روز به روز تغییر کردنند و تغییرات آن‌ها به صورت خلاصه:

1. نسل اول شبکه تلفن همراه (‌1G) با سرعت 2.4 کیلوبیت برثانیه، حتی برای مکالمه هم گاها کم می‌آورد چه برسد برای انتقال دادها.

2. نسل دوم شبکه تلفن همراه (2G) بر اساس تکنولوژی  GSM با سرعت 64 کیلو بیت بر ثانیه و تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال کمی قدرت گرفت،

3. نسل سوم شبکه تلفن همراه (3G) با سرعت 144 کیلو بیت بر ثانیه یا به عبارتی 2 مگابیت.

4. نسل چهارم شبکه تلفن همراه (4G) با سرعت 100 مگابیت بر ثانیه که مبتنی بر تکنولوژی LTE سرعت آن به یک گیگابیت بر ثانیه نیز می‌رسد، ارائه شدند.

5. نسل پنجم شبکه تلفن همراه (5G) نیز برای شکل‌گیری دنیایی هوشمند با سرعتی بالا، در حال پوشش دهی مناطق مختلف در حال پیشروی است. برای کسب اطلاعات بیشتر از اینترنت 5G نوشتیم حتما سری به مقاله اخیر وبلاگ ایساج بزنید.

انواع شبکه‌های تلفن همراه

هدف از ارتباط بی‌سیم، ارائه ارتباطات قابل اعتماد و باکیفیت در حال حرکت و سیار، چیزی مطابق ارتباطات کابلی و ثابت (فیبر نوری) است. سفر تکاملی شبکه‌های تلفن همراه از سال 1979 بارونمایی 1G آغاز شد و در حال حاضر به نسل پنجم 5G رسیده است و مطمئنا بعد از آن نیز پیشرفت خواهد کرد. هر یک از نسل‌ها استانداردهایی دارند که مطابق با آن اعمال می‌شوند. برای همین امر مؤسساتی وجود دارند که مسئول استانداردسازی هر نسل از فناوری‌های خدمات تلفن همراه هستند.

هر نسل از شبکه‌های مخابراتی مطابق توان عملیاتی، میزان تأخیر، سرعت آپلود و دانلود و مسائلی از این قبیل معرفی می‌شوند. صد البته که هر نسل جدید بر اساس پیشرفت و توسعه‌ی نسل قبلی، شکل می‌گیرد. در کل، در زمان نسل اول، اصلا تکنولوژی وایرلس Wireless Technology معنایی نداشت، تا اینکه در نسل دوم با تغییر شبکه‌های بی‌سیم آنالوگ به دیجیتال، شکل گرفت. در ادامه به معرفی انواع شبکه‌های تلفن همراه می‌پردازیم اما قبل از آن شما را به مطلبی که درباره مقایسه سرعت اینترنت اپراتورهای همراه نوشتیم دعوت می‌کنیم.

نسل اول 1G، عصر حجر شبکه‌های تلفن همراه

تکنولوژی تلفن همراه Cell Phone Technology با شبکه 1G آغاز شد. اولین نسل تجاری شبکه تلفن همراه در اواخر دهه‌ی 70 معرفی و در دهه 80 با پیاده سازی تمام استانداردها اجرا شد. نسل اول تلفن همراه در سال 1987 با نام  Telecom و همینطور Telstra به مخابرات معرفی شد. استرالیا اولین شبکه تلفن همراه خود را با نام 1G از سیستم آنالوگ دریافت کرد. نسل اول از نوع تکنولوژی آنالوگ است و تلفن‌هایی که برای این نسل استفاده می‌شدند عمر باتری کمی داشتند.

مکالمه‌ها بدون امنیت بالا و قطع شدن‌های وقت و بی‌وقته تماس‌ها که همه‌ی ما تجربه‌ی آن را داریم، انجام شد. نسل اول ارتباطات تلفن همراه بر اساس استاندارد آنالوگ ارتباطات از راه دور Telecommunication در سال 1980 معرفی شد و تا پیاده سازی نسل دوم 2G دیجیتال، ادامه داشت. حداکثر سرعت در 1G حدود 2.4 کیلوبیت بر ثانیه با فرکانس بالای 150 مگاهرتز به انجام می‌رسید.

نسل دوم 2G تبدیل آنالوگ به دیجیتال

می‌توان گفت که کاربران تلفن‌های همراه، اولین توسعه و پیشرفت را در زمان عبور از شبکه‌ی اینترنتی 1G به 2G تجربه کردند. مهم‌ترین تفاوت بین دو سیستم تلفن همراه نسل اول و نسل دوم، تبدیل سیگنال‌های رادیویی آنالوگ نسل اول به سیگنال‌های رادیویی دیجیتالی در نسل دوم است. مهم‌ترین انگیزه و هدف در نسل دوم، ایجاد کانال ارتباطی ایمن و مطمئن بود. همزمان با شبکه نسل دوم‌، تکنولوژی CDMA و GSM پیاده سازی و اجرا شدند.

تحت این شرایط، خدمات انتقال دیتا در حجم کم مثل SMS و MMS ارائه شد. برای اولین بار نسل دوم شبکه‌های مخابراتی در سال 1991 در فنلاند با استاندارد GSM راه اندازی شد. نسل دوم 2G، قابلیت مدیریت چندین کاربرد در یک کانال را از طریق مالتی پلکسینگ multiplexing یا تقسیم‌بندی درست سیگنال‌ها، به دست آورد.

نسل دوم 2G دروازه‌ی ورود به دنیای مجازی

در دوران نسل دوم تلفن همراه بود که انتقال دیتا را علاوه بر انتقال صدا تجربه کردیم. بسیاری از خدماتی که در حال حاضر برای ما خیلی عادی و پیش پا افتاده شده است مثل سرویس پیام کوتاه SMS، رومینگ ملی internal roaming، تماس کنفرانسی (یعنی مکالمه‌ی همزمان با بیش از یک نفر)، حالت Call hold و مدیریت هزینه‌ی مکالمات بین شهری و امثال این موارد با عبور از نسل اول به نسل دوم صورت گرفت.

حداکثر سرعت 2G با سرویس رادیویی بسته‌های عمومی General Packet Radio Service یا همان جی پی آر اس معروف GPRS، با 50 کیلوبیت بر ثانیه یا با سرویس EDGE حدود 1 مگابیت بر ثانیه صورت می‌گیرد. پیش از دست یافتن به سرویس وایرلس 3G، استانداردهای موقت و کمتر شناخته شده‌ی 2.5G و 2.75G نیز طرح ریزی شدند.

نسل سوم 3G نسل نوین شبکه‌های تلفن همراه

نسل سوم 3G استانداردهایی از فناوری وایرلس برای ما رونمایی کرد که خیلی خوشایند بود. وبگردی، ارتباط سریع از طریق آدرس الکترونیکی (ایمیل)، بارگیری ویدئو، اشتراک‌گذاری تصاویر و سایر فناوری‌هایی تلفن‌های هوشمند که در نسل سوم 3g شکوفا و معرفی شد. اهداف تعیین شده برای نسل سوم ارتباطات سیار به صورت تجاری در سال 2001، به منظور تسهیل انتقال ظرفیت صوتی و داده‌ای بیشتر، پشتیبانی از طیف وسیعی از نرم‌افزارها و افزایش انتقال داده با کمترین هزینه بود.

در سیستم ارتباطات سیار جهانی، از فناوری جدید UMTS در ساختار استاندارد شبکه 3G، استفاده می‌شود. این شبکه جنبه‌هایی از شبکه نسل دوم 2G را با برخی از تکنولوژی و پروتکل‌های جدید، برای ارائه سریع‌تر داده‌ها ترکیب می‌کند. البته این مجموعه‌ی ارائه شده باید بر طبق قوانین ارتباطات سیار بین المللی 2000 (International Mobile Telecommunications) که به IMT-2000 نیز معروف است، باشد. یکی از الزامات IMT-2000، ارائه‌ی سرعت حداقل 200 کیلوبیت بر ثانیه است، تحت این شرایط می‌توان این نسل از شبکه اتصالات از راه دور را به نام نسل سوم 3G خواند.

دلیل محبوبیت نسل سوم شبکه‌های تلفن همراه

محبوبیت نسل سوم 3G به دلیل قابلیت پشتیبانی مالتی مدیا همزمان با استریمینگ است. در نسل سوم 3G، دسترسی جهانی و قابلیت حمل انواع دستگاه‌ها (به عنوان مثال دستگاه‌ها پزسیار) امکان‌پذیر شده است. بهبود نحوه فشرده سازی صدا هنگام مکالمه (تبدیل سیگنال‌های صوتی به داده‌ی دیجیتالی) و افزایش بهره‌وری از طیف فرکانسی برای تماس‌های همزمان اینترنتی، بسیار رضایت‌بخش بود. استاندارد اتحادیه ارتباطات بین المللی نسل سوم، برای IMT-2000 با سرعت ثابت 2 کیلو بیت بر ثانیه و سرعت موبایل  384HSPA است. همانند اینترنت نسل دوم، نسل 3G نیز با ارتقاء به 3.5G و 3.75G و خدمات بهتر و بیشتر، برای رسیدن به نسل چهارم 4G معرفی شدند.

نسل چهارم 4G بی دردسرترین نسل شبکه‌های تلفن همراه

نسل چهارم 4G در مقایسه با 3G کاملا متقاوت است و عملا فقط به دلیل پیشرفت‌های فنی در طول 10 سال گذشته طرح ریزی شده است. هدف از ایجاد نسل چهارم 4G، ارائه سرعت‌، کیفیت و ظرفیتی بسیار بیشتر از نسل‌ قبلی، ضمن بهبود امنیت و کاهش هزینه‌ها برای خدمات صوتی و داده‌ای، مالتی مدیا و اینترنت بر اساس آدرس‌دهی IP است. نسل چهارم برای دسترسی سریع به وب از طریق تلفن همراه، آدرس IP، خدمات بازی، Mobile TV با کیفیت بالا، برگزاری ویدئو کنفرانس‌، تلویزیون سه بعدی و سرویس‌های مبتنی بر رایانش یا محاسبات ابری Cloud Computing پا به عرصه گذاشته است.

تکنولوژی‌های کلیدی که این شرایط را عملی می‌کنند شامل تکنولوژی MIMO (ورودی چندگانه و خروجی چندگانه Multi Input Multiple Output) و تکنولوژی OFDM (تقسیم فرکانس ارتوگونال مالتی پلکسینگ Orthogonal Frequency Division Multiplexing) است. تکنولوژی OFDM نوعی مدولاسیون دیجیتالی است که در آن سیگنال‌ها به چندین کانال باریک در فرکانس‌های مختلف تقسیم می‌شوند.

رونمایی از WiMAX و LTE

دو نوع از استانداردهای مهم 4G یکی با نام WiMAX (که البته الان کاملا از بین رفته است) و نوع دیگر LTE (که در حال حاضر حضور خوبی دارد) پوشش دهی اتصالات وایرلس را در دست گرفتند. استاندارد ال تی ای LTE) Long Term Evolution) مجموعه‌ای از نسخه‌های به روز شده با فناوری ‌‌UMTS‌ و همینطور Telstra با باند 1800 مگاهرتز است. حداکثر سرعت شبکه 4G در حال حرکت حدود 100 مگابیت بر ثانیه و حدود 1Gbps برای اینترنت ثابت است. نسل چهارم با کاهش تأخیر حدود 300 میلی ثانیه به کمتر از 100 میلی ثانیه با ترافیک کمتر، عرضه می‌شود.

سازگاری نسل شبکه‌های تلفن همراه با انواع گوشی‌ها

نسل‌های جدید تلفن‌های همراه معمولا به گونه‌ای طراحی می‌شوند که برای ارتباط با نسل‌های گذشته سازگار باشند، بنابراین می‌توان از طریق یک گوشی 4G از شبکه‌های 3G و 2G استفاده کرد. البته با ظهور شبکه 4G، انتظار می‌رفت که علاوه بر تعویض سیم کارت، گوشی‌ها نیز تعویض شوند، اما خوشبختانه پروتکل‌های شبکه‌‎ی 4G بر روی گوشی‌‌هایی که قابلیت اتصال به شبکه‌ی 3G را داشتند جواب داد و این جریان به سود کاربران تمام شد.

اما برای بهره‌مندی از نسل پنجم، موضوع با تعویض سیم‌کارت تمام نمی‌شود و حتما باید گوشی‌های سازگار را تهیه کرد. مقاله‌ای درباره تفاوت اینترنت 4g و 5g نوشته‌ایم که تفاوت‌‌های این دو نسل اینترنت همراه را با جزئیات بیشتری بررسی می‌کند. حال که به قسمت پایانی این مقاله وبلاگ ایساج رسیده‌ایم پیشنهاد می‌کنیم آنرا از دست ندهید.

نسل پنجم 5G و پیدایش شهری هوشمند

برای سازگاری با تکنولوژی LTE، مقدار قابل توجهی از تغییرات زیرساختی در هنگام تغییر گردشی GSM ،‌UMTS و CDMA2000‌ پیش می‌آید که باعث می‌شود، شرکت‌های مخابراتی شبکه تماس صوتی خود را دائما به روز رسانی کنند. برای رسیدن به سرعت 5G و ارتقاء شبکه 4G، همانند نسل‌های قبلی، شبکه 4.5G و 4.9G که با نام LTE-Advanced Pro نیز خوانده می‌شود، طرح ریزی شدند. 5G نسلی است که درحال حاضر در دست پیشرفت است و به عبارتی توسعه یافته‌ی نسل 4G است. نسل 5G با هدف سرعت بخشی به نرخ داده‌ها، پایداری اتصال بالا، تأخیر حداقلی و سایر موارد برای بهبود عملکرد اینترنت اشیاء (ارتباط دستگاه‌ها) طراحی شده است.

برخی از اهداف نسل پنجم 5G شامل ارتباط دستگاه به دستگاه، مصرف بهینه باتری و بهبود پوشش وایرلس است. حداکثر سرعت 5g در حدود 35.46Gbps است که حدود 35 برابر بیشتر از نسل 4G است. شبکه تلفن همراه نسل پنجم برای هوشمند سازی شهرها طراحی شده است. قبلا در مقاله‌ای اشاره کردیم که در یکی از پایگاه‌های امواج نسل پنجم اینترنت ایرانسل، رکورد سرعت اینترنت همراه در ایران شکست. می‌توانید برای مطالعه جزئیات آن، سری به این مطلب هم بزنید. امیدوارم این مطلب توانسته باشد به سوال‌های شما درباره شبکه‌های تلفن همراه پاسخ داده باشد. اگر همچنان مطلبی برایتان بی‌جواب مانده، برای ما کامنت بگذارید. به امید دیدار شما به همین زودی…