شبکه‌های موبایلی چگونه کار می‌کنند؟ (بخش دوم) ,

menuordersearch
mahamct.ir
۱۳۹۹/۱۲/۳ یکشنبه
(1)
(0)
شبکه‌های موبایلی چگونه کار می‌کنند؟ (بخش دوم)
شبکه‌های موبایلی چگونه کار می‌کنند؟ (بخش دوم)

در بخش اول مقاله ی «شبکه های موبایلی چگونه کار می کنند» توضیح داده شد که دکل های مخابراتی چگونه سیگنال های گوشی موبایل را ردیابی و دریافت، بین شبکه ی PLMN و PSTN و دستگاه های تلفن همراه ارتباط برقرار و در نهایت داده ها را جابه جا می کنند. کارکرد و انواع شبکه های ارتباطی بی سیم 0G ،0.5G ،1G ،2G 2.5G و 2.7G توصیف و شبکه های پرکاربردی چون EDGE، GSM و GPRS واکاوی شد. آن چه در ادامه آورده شده است، مختصری از بخش اول مقاله و بررسی شبکه های 3G ،3.5G ،3.7G ،4G است.

پایه و اساس شبکه های ارتباطی بی سیم، امواج الکترومغناطیسی و به ویژه امواج رادیویی است. هنگامی که کاربر از گوشی خود پیامی را می فرستند یا به اینترنت متصل می شود یا حتی گوشی خود را روشن می کند، سیگنال های رادیویی به دستگاه فرستنده و گیرنده در ایستگاه پایه ارسال و سیگنال هایی دریافت می شود. در سیستم هایی همچون GSM، این داده ها کدگذاری شده و با استفاده از بخش عمده ای از سیستم با نام شبکه و زیرسیستم سوئیچینگ (NSS)، با دستگاه های دیگر یا شبکه ی اینترنت تبادل می شوند.

در نسل های 0G ،0.5G و 1G تنها امکان مکالمه وجود داشت؛ اما در شبکه های جدیدتر، امکان اتصال به اینترنت، ارسال پیام متنی و پیام چندرسانه ای وجود دارد. شبکه های 2G برای ایجاد ارتباط، از فناوری های دسترسی همراه دیجیتال (digital mobile access technology) همچون TDMA و CDMA بهره می بردند. GSM به عنوان پرکاربردترین استاندارد، برای ایجاد ارتباطات چندسویه تا ۸ تماس در هر کانال و در باندهای ۹۰۰ و ۱۸۰۰ مگاهرتز از TDMA استفاده می کند. GSM نه تنها برقراری تماس را محقق، بلکه داده ها را در بیشینه سرعت ۱۴٫۴ کیلوبایت برثانیه منتقل می کند.

 

 

پیش تر تفاوت شبکه ی سوئیچسنگ مداری (Circuit switching) و سوئیچینگ بسته ای (Packet switching) گفته شد. در سیستم GSM، شبکه ی سوئیچسنگ مداری امکان تماس دوسویه و انتقال داده های سوئیچ شده در مدار را ایجاد می کند. حال آن که سرویس عمومی بسته های رادیویی یا شبکه ی GPRS مربوط به شبکه ی 2.5G علاوه بر استاندارد ارتباطی سوئیچسنگ مدار (Circuit switching)، از دامنه ی سوئیچینگ بسته ای (Packet switching) استفاده می کند تا هم زمان با افزایش سرعت و نرخ داده های این شبکه ها، قابلیت سرویس های بسته محور را هم ایجاد کند.

درنهایت با معرفی رمزگذاری 8PSK، شبکه ی GPRS به شبکه های EDGE تکامل یافت و نسل 2.75G ایجاد شد. هما نگونه که پیش تر گفته شد، GSM از فناوری TDMA استفاده می کند که با تقسیم سیگنال ها به بازه های زمانی کوتاه، امکان استفاده ی کاربران بیشتری را از یک فرکانس فراهم می کند. حال به لطف روش های پیچیده تر رمزگذاری، یعنی 8PSK، شبکه ی EDGE در بازه های زمانی کوتاه مشابه با GSM، تا ۲۳۶٫۸ کیلوبیت درثانیه سرعت انتقال داده دارد. فناوری EDGE نسخه ای توسعه یافته از GSM است، ولی اجازه می دهد تا انتقال سریع تر و جمع وجورتری از داده ها و اطلاعات به وجود آید.

شبکه ی ارتباطی 3G

3G، سومین نسل از استاندارد گوشی های موبایل و جلوتر از فناوری 2G و پشت سر نسل چهارم از شبکه های ارتباطی قرار گرفته است. درابتدا اتحادیه ی بین المللی ارتباطات از راه دور (ITU)، فناوری 3G را به عنوان طرحی برای پیاده سازی باند فرکانس جهانی در ۲۰۰۰ مگاهرتز تنظیم کرد. این طرح، استاندارد ارتباطی واحدی برای تمامی کشورها در سراسر جهان ایجاد می کرد و استاندارد تلفن همراه بین الملل (IMT-2000) نام داشت. تکامل فناوری 3G در سیستم های CDMA، منجربه استاندارد CDMA 2000 شد.

 

 

 

مقاله های مرتبط:

همچنین، تکامل سومین نسل از سیستم GSM منجر به پیدایش شبکه های IS-136 و PDC و پیشرفت این شبکه ها، باعث ایجاد CDMA با پهنای باند بالا یا WCDMA شد. درواقع WCDMA مبتنی بر GSM است. درنهایت می توان گفت، فناوری های اصلی نسل سوم از شبکه ی ارتباطات، CDMA 2000 و WCDMA هستند. فناوری 3G به اپراتورها امکان می دهد علاوه بر دستیابی به ظرفیت بیشتر شبکه با افزایش نرخ داده های منتقل شده در پهنای باند، طیف گسترده تری از خدمات پیشرفته تر را برای کاربران مهیا کنند؛ خدماتی همچون تلفن مکالمه ای بی سیم در مناطق گسترده، تماس صوتی، داده های بی سیم در پهنای باند وسیع، تلویزیون موبایلی، GPS و امکان کنفرانس ویدئویی. در زیر پیشرفت های نسل سوم ارتباطات بی سیم درقیاس با فناوری 2.5G آورده شده است:

  • جریان صوتی و ویدئویی پیشرفته
  • چندین برابر سرعت داده ی بیشتر
  • پشتیبانی از ویدئوکنفرانس
  • وب گردی با سرعت بیشتر
  • تلویزیون اینترنتی

مجموعه استانداردهای CDMA 2000

پیش تر گفته شد که در نسل دوم ارتباطات، سیستم CDMA فناوری IS-95 را شامل می شد. حال با بررسی جنبه های مختلف این فناوری، می توان درک درستی از شبکه ی CDMA 2000 داشت. IS-95 اولین فناوری سلولی دیجیتالی، برپایه ی CDMA بود که کوالکام آن را توسعه داد. در قسمت اول مقاله، گفته شد که CDMA به هر کاربر کد خاصی را اختصاص می دهد تا کاربران به صورت چندسویه باهم ارتباط برقرار کنند. اگر دقیق تر باشیم، CDMA یا دسترسی چندگانه ی تقسیم کد (code division multiple access)، سیستم رادیویی دیجیتالی است که جریان های بیت ها را انتقال می دهد. این سیستم به چندین گیرنده ی رادیویی امکان می دهد تا فرکانس های یکسانی را به اشتراک بگذارند.

برخلاف سیستم رقیب، TDMA که در GSM استفاده می شود، در CDMA تمام دستگاه های رادیویی در تمامی مدت می توانند فعال باشند، زیرا ظرفیت شبکه دقیقا محدود به تعداد دستگاه های رادیویی نیست. از آن جایی که در CDMA، تعداد پایینی از سایت های سلولی از تعداد بیشتری تلفن همراه پشتیبانی می کنند، استانداردهای برپایه ی این سیستم نسبت به استانداردهای TDMA مقرون به صرفه هستند. استانداردهای IS-95، یک رابط هوایی را توصیف می کند که مجموعه ای از پروتکل ها برای استفاده بین شبکه و واحدهای موبایل است. IS-95 ساختاری سه لایه ای دارد؛ لایه ی اول فیزیکی، لایه ی دوم مربوط به کنترل دسترسی محیط (MAC) و کنترل دسترسی لینک ها (LAC) و لایه ی سوم، ماشین پردازش تماس ها است.

MAC، LAC و QoS

کنترل دسترسی محیط (MAC)، لایه ای برای کنترل سخت افزاری است که مسئولیت انتقال داده درون سیم ها، فیبر نوری و شبکه های بی سیم را برعهده دارد. درواقع، MAC دسترسی چندگانه در محیط ارسال و دریافت داده ها را کنترل می کند. هدف از زیرلایه ی LAC نیز، سیگنال دهی به لایه ی سوم باتوجه به مشخصات رادیویی کانال فیزیکی است. در شبکه های ارتباطی سوییچ شده ی بسته ای، کیفیت خدمات (QoS) به اولویت بندی ترافیک و مکانیسم های کنترل ذخیره منابع اشاره دارد.

در بحث مربوط به شبکه های نسل سوم، CDMA2000 با فناوری UMTS مقایسه می شود؛ مجموعه ای رقیب از استانداردهای شبکه ی 3G که در اروپا، ژاپن و چین استفاده می شود. نام CDMA2000، مجموعه ای از استانداردها است که مراحل تکامل این فناوری را نمایش می دهند. این استانداردها عبارت اند از:

  • تماس صوتی: CDMA2000 1xRTT و 1X Advanced
  • انتقال داده: CDMA2000 1xEV-DO که خود شامل Release 0 ،Revision A ،Revision و UMB است.

1X

CDMA2000 1xRTT استاندارد رابط هوایی بی سیم CDMA2000 است. عنوان «1X» به مفهوم فناوری انتقال سیگنال رادیویی یک به یک در پهنای باند امواج رادیویی مشابه IS-95 است؛ کانال های رادیویی ۱٫۲۵ مگاهرتزی دوسویه. 1xRTT با افزودن تعامدی ۶۴ کانال ترافیک اضافی علاوه بر ۶۴ کانال موجود در IS-95 به سیگنال های ارسالی از شبکه به گوشی های موبایل، ظرفیت شبکه را دوبرابر می کند. تعامدی، یعنی اینکه ۶۴ سیگنال جدیدتر بر سیگنال های پیشین عمود هستند. برای درک بهتر، به شکل زیر دقت کنید:

 

استاندارد 1X از بسته ی داده هایی با سرعت ۱۵۳ کیلوبیت برثانیه پشتیبانی می کند؛ ولی در دنیای واقعی و اکثر کاربری های تجاری، تنها ۸۰ تا ۱۰۰ کیلوبیت برثانیه سرعت دارد. این استاندارد درمقایسه با IS-95، برای استفاده ی بهتر از سرویس های داده در لایه ی دوم تغییراتی را در بخش های MAC و LAC و QoS داشته است؛ لایه ی دوم IS-95، تنها متمرکز روی انتقال بهتر داده و مکالمه در کانال سوئیچ شده ی مدار بود.

1xEV-DO

1xEV-DO که اغلب به عناوین EV-DO یا EV مخفف می شود، یک استاندارد ارتباط از راه دور برای انتقال بی سیم داده ها ازطریق سیگنال های رادیویی، معمولاً برای دسترسی به اینترنت با پهنای باند بالا است. این استاندارد از تکنیک های دسترسی چندگانه همچون CMDA و TMDA، برای افزایش بهره وری فردی هر کاربر و کل سیستم استفاده می کند. بسیاری از ارائه دهندگان خدمات موبایل در سراسر جهان، به ویژه اپراتورهایی که پیش تر از شبکه های CDMA استفاده کرده اند، استاندارد 1xEV-DO را به کار می برند.

1X Advanced

1X Advanced تکامل یافته ی 1X، با چهاربرابر ظرفیت بیشتر و ۷۰ درصد پوشش بهتر در شبکه است.

مجموعه استاندارد UMTS

 

UMTS یا سیستم جهانی ارتباطات همراه، یکی از فناوری های نسل سوم از شبکه های موبایلی است. W-CDMA فناوری پشت استاندارد UMTS است که نوع پهنای باند بالا از شبکه ی گسترده ی ارتباطات 3G بوده و از دسترسی چندگانه ی CDMA بهره می برد. UTMS با استفاده از چیدمان ترکیبی از سلول ها شامل ماکروسل ها (سلول های تحت پوشش دکل مخابراتی) و پیکوسل ها (سلول های تحت پوشش ایستگاه های پایه ی کوچک همچون ساختمان)، طیف گسترده ای از ترافیک را کنترل می کند. اندازه ی سلول ها نیز در سیستم UTMS بسیار مهم است. برای پیاده سازی UMTS، برخلاف فناوری EDGE نیاز به ایستگاه های پایه ی جدید و اختصاص فرکانس های جدید است.

دسترسی پرسرعت بسته ای (HSPA)، تلفیقی از دو پروتکل موبایلی HSDPA و HSUPA است که با بهره گیری از پروتکل های W-CDMA، عملکرد شبکه های 3G را توسعه داده و بهبود می بخشد

اگرچه UTMS حداکثر سرعت انتقال داده ی ۱۹۲۰ کیلوبیت برثانیه را پشتیبانی می کند، ولی کاربران در شبکه های واقعی سرعت انتقال داده ی ۳۸۴ کیلوبایت را تجربه خواهند کرد. بااین حال چنین سرعتی بسیار بالاتر از ۹٫۶ کیلوبیت برثانیه برای شبکه های سوئیچ شده ی مدار و ۱۴٫۴ کیلوبیت برثانیه سرعت انتقال داده در سیستم GSM است. برای بررسی نحوه ی کارکرد شبکه های UTMS، لازم است تا حداقل چندین مبحث کلیدی واکاوی شود؛ بخش کاربردی همراه GSM یا MAP، شبکه ی اصلی GPRS و مدل مرجع ارتباط سامانه های باز (OSI).

مدل مرجع ارتباط سامانه های باز (OSI)

OSI یک مدل مفهومی است که عملکردهای ارتباطی یک سیستم ارتباطی یا محاسباتی را بدون درنظرگرفتن ساختار داخلی و فناوری اصلی آن، توصیف و استانداردسازی می کند. هدف مدل مذکور، ایجاد قابلیت تعامل پذیری سیستم های ارتباطی متنوع با پروتکل های ارتباطی استاندارد است. OSI یک سیستم ارتباطی را به لایه های انتزاعی مختلف تقسیم می کند. نسخه ی اصلی از مدل یادشده هفت لایه دارد. هر لایه توسط لایه ی بالایی خود مورد استفاده قرار می گیرد و از لایه ی پیشین خود استفاده می کند.

شبکه ی اصلی GPRS

پیش تر در بخش اول گفته شد که بسته های داده ها از هدِر و پِی لود ساخته شده اند و هر هدر به داده ی تکمیلی اشاره دارد که در ابتدای بلاک داده ی در حال ذخیره یا انتقال قرار دارد. درواقع آن چه در هدر قرار دارد، آدرس آی پی است. پروتکل اینترنت یا آی پی که پروتکل اصلی ارتباطات در مجموعه پروتکل اینترنت برای انتقال داده ها در مرزهای شبکه است، وظیفه دارد بسته ها را از هاست مبدأ به هاست مقصد صرفاً براساس آدرس های IP موجود در هدرهای بسته تحویل دهد.

شبکه ی اصلی GPRS، بخش اصلی سیستم GPRS است که به شبکه های موبایلی 2G ،3G و WCDMA اجازه می دهد بسته های IP را به شبکه های خارجی مانند اینترنت انتقال دهند. سیستم GPRS بخشی از شبکه و زیرسیستم سوئیچینگ GSM است. شبکه ی اصلی GPRS، روند Mobility management (در بخش اول مقاله توضیح داده شد) و انتقال را برای خدمات بسته ی آی پی در سیستم های GSM و WCDMA فراهم می کند.

بخش کاربردی همراه GSM یا به اختصار MAP

MAP یک پروتکل است که لایه ی هفتم مدل مفهومی OSI یعنی لایه ی کاربرد (Application) را برای گره های مختلف (دستگاه های الکترونیکی متصل به شبکه همچون گوشی موبایل) در شبکه های اصلی تلفن همراه GSM و UMTS و شبکه های اصلی GPRS برای ارتباط با یکدیگر به منظور ارائه خدمات به کاربران فراهم می کند.

رابط های هوایی

UTMS سه نوع دسترسی چندگانه (رابط هوایی)، MAP و خانواده ی GSM از رمزگذاری گفتاری را ترکیب می کند. رابط های هوایی که UTRA (دسترسی رادیویی زمینی UTMS) نیز نامیده می شوند، بخشی از استانداردهای IMT-2000 هستند. انواع این رابط ها W-CDMA و TD-CDMA و TD-SCDMA هستند. درحال حاضر، محبوب ترین رابط هوایی W-CDMA است و در این مطلب به دلیل کمبود فرصت، تنها این نوع توضیح داده می شود.

W-CDMA

 

W-CDMA، یک استاندارد مخابراتی است که در شبکه های ارتباطی موبایل 3G یافت می شود. این سرویس از خدمات معمولی صوتی، متنی و MMS تلفن های همراه پشتیبانی می کند، اما همچنین می تواند داده ها را با سرعت بالا حمل کند. W-CDMA به اپراتورهای تلفن همراه امکان می دهد کاربری های با پهنای باند بالاتری از جمله دسترسی به اینترنت با پهنای باند بالا را ارائه دهند. W-CDMA از تکنیک مدولاسیون با نام DS-CDMA استفاده می کند که کانال های عریض ۵ مگاهرتزی را در اختیار اپراتورها قرار می دهد. فرایند گنجاندن سیگنال حاوی اطلاعات در سیگنالی دیگر را مدولاسیون می نامند.

DS-CDMA تکنیک مدولاسیونی است که در آن، توانِ سیگنال ارسالی، عمداً در یک بازهٔ فرکانسیِ بزرگ (معمولاً چندین مگاهرتز) پخش می شود. تکنیک یادشده در درجه ی اول برای کاهش تداخل سیگنال ها استفاده می شود.

در مبحث ارتباطات از راه دور، LTE استانداردی برای ارتباطات بی سیم با پهنای باند بالا برای دستگاه های موبایلی و ترمینال های داده، مبتنی بر سیستم های GSM/EDGE و UMTS/HSPA است

درمقابل، همان گونه که پیش تر گفته شد، استاندارد رقیب CDMA2000 از کانال های رادیویی ۱٫۲۵ مگاهرتزی دوسویه استفاده می کند. سیستم های W-CDMA به دلیل استفاده از طیف گسترده ی امواج رادیویی، بسیار مورد انتقاد بوده اند. فرکانس هایی که در ابتدا برای سیستم های یادشده تعریف شده بود، ۱۸۸۵ تا ۲۰۲۵ مگاهرتز از گوشی موبایل به ایستگاه پایه و ۲۱۱۰ تا ۲۲۰۰ مگاهرتز از ایستگاه پایه به موبایل بود. در ایالات متحده، همان گونه که پیش تر از فرکانس ۱۹۰۰ مگاهرتز استفاده می شد، حالا نیز از فرکانس های ۱۷۱۰ تا ۱۷۵۵ و ۲۱۱۰ تا ۲۱۵۵ مگاهرتز استفاده می شود. درهمین حال، کشورهای دیگر به صورت گسترده ای از فرکانس های دیگر استفاده می‎ کنند.

با اینکه W-CDMA همانند CDMA2000 از تکنیک DS-CDMA استفاده می کند، اما شبکه ی یادشده تنها نسخه ای با پهنای باند عریض تر از CDMA2000 نیست. درواقع، W-CDMA با طراحی جدید خود، از بسیاری جهات متمایز از CDMA2000 است. از دیدگاه مهندسی، W-CDMA توازن متفاوتی از هزینه ها، ظرفیت، بازدهی و تراکم ایجاد می کند. همچنین نوید کاهش هزینه ها در گوشی های هوشمندی را می دهد که ویدئوهای آنلاین را نمایش می دهند. به علاوه، فناوری یادشده ممکن است برای استقرار در شهرهای متراکم اروپا و آسیا مناسب باشد.

W-CDMA با مجموعه ی کامل ویژگی هایی که دارد، پروتکل مفصلی از چگونگی ارتباط تلفن همراه با ایستگاه پایه، نحوه ی تعدیل سیگنال ها و چگونگی ساخت دیتاگرام ها را ارائه می دهد.

HSPA

دسترسی پرسرعت بسته (HSPA)، تلفیقی از دو پروتکل موبایلی دسترسی پرسرعت به بسته ی Downlink به اختصار HSDPA و دسترسی پرسرعت به بسته ی Uplink یا به اختصار HSUPA است که با بهره گیری از پروتکل های W-CDMA، عملکرد شبکه های 3G را توسعه داده و بهبود می بخشد.

اولین شبکه ی HSPA، در بهترین حالت ۱۴ مگابیت برثانیه سرعت بارگیری و ۵٫۷۸ مگابیت برثانیه سرعت بارگذاری داشت. همچنین، تأخیر را کاهش داده بود و درقیاس با WCDMA، ظرفیت را در سیگنال هایی که از ایستگاه های پایه به دستگاه های موبایل می روند ۵ برابر و در سیگنال هایی که از دستگاه های موبایل به ایستگاه های پایه ارسال می شوند ۲ برابر افزایش داده بود.

شبکه ی ارتباط بی سیم 3.5G یا HSDPA

 

دسترسی پرسرعت به بسته ی Downlink (سیگنال هایی که از ایستگاه های پایه به دستگاه های موبایل می روند) یا به اختصار HSDPA، یک پروتکل تلفن همراه است که با ایجاد امکان انتقال پرسرعت تر داده ها، باعث تکامل شبکه های 3G مبتنی بر UMTS شد. HSDPA یک سرویس داده ی بسته محور در مسیر Downlink سیستم W CDMA با سرعت انتقال داده ی ۸ تا ۱۰ مگابیت (۲۰ مگابیت برای سیستم های MIMO) در پهنای باند ۵ مگاهرتزی است. 

پیاده سازی های HSDPA شامل کدگذاری و مدولاسیون تطبیقی ​​(ACM)، سیستم های MIMO (عبارت اختصاری چند ورودی - چند خروجی)، تکنیک درخواست خودکار ترکیبی (HARQ)، روش جست و جوی سریع سلول و به کارگیری طرح پیشرفته ی دریافت کننده است.

کدگذاری و مدولاسیون تطبیقی ​​(ACM)

ACM اصطلاحی است که در ارتباطات بی سیم مورد استفاده قرار می گیرد تا تطبیق مدولاسیون، کدگذاری و سایر پارامترهای سیگنال و پروتکل را با شرایط موجود در لینک رادیویی مشخص کند (به عنوان مثال پاتلوکس، تداخل ناشی از سیگنال های دریافت شده از فرستنده های دیگر، حساسیت گیرنده و غیره).

MIMO

یک فناوری انتشار امواج در سیستم های مخابراتی بی سیم است، بدین صورت که از چند آنتن در فرستنده و گیرنده استفاده می شود. سیگنال های دریافت شده ی آنتن ها در گیرنده با هم ترکیب می شوند تا خطا به حداقل رسیده و سرعت انتقال اطلاعات افزایش پیدا کند. درواقع، MIMO با برقراری ارتباط بین آنتن ها امکان ارسال و دریافت هم زمان سیگنال ها (بارگیری و بارگذاری) از دستگاه موبایل را فراهم می کند.

HARQ

HARQ ترکیبی از تکنیک مورد استفاده برای کنترل خطاها در انتقال داده روی کانال های دارای نویز و غیرقابل اعتماد (FEC) و تکنیک مشابه ARQ است. 

شبکه ی ارتباط بی سیم 3.7G یا HSUPA

شبکه ی ارتباط بی سیم 3.7G به فناوری هایی فراتر از شبکه ی موبایلی 3G اشاره دارد. دسترسی پرسرعت به بسته ی Uplink (سیگنال هایی که از دستگاه های موبایل به ایستگاه های پایه ارسال می شوند) یا به اختصار HSUPA از مسیر Uplink سیستم W CDMA در UMTS استفاده می کند. فناوری ارتباط موبایلی HSUPA مستقیما در ارتباط با HSDPA بوده و هر دو آن ها باهم تعریف می شوند. HSUPA انتقال داده از هر کاربر به کاربری دیگر همچون ایمیل و گیمینگ آنلاین را با سرعت و توازن بیشتری انجام می دهد. HSUPA داده ها را با سرعت ۱٫۴ مگابیت برثانیه و در نسخه های جدیدتر، با سرعت ۵٫۸ مگابیت برثانیه منتقل می کند.

+HSPA یا دسترسی پرسرعت به بسته ی تکامل یافته

+HSPA یا HSPA تکامل یافته، استاندارد بی سیمی از سیستم WCDMA برای ارتباطات پهن باند است. در شبکه ی +HSPA، افزونه هایی به شبکه ی HSPA موجود اضافه شده است. HSPA تکامل یافته، برای بارگیری و بارگذاری، داده ها را به ترتیب با سرعت های ۴۲٫۲ و ۵۶ مگابیت برثانیه منتقل می کند. شبکه ی یادشده از فناوری هایی همچون MIMO استفاده می کند.

نسل چهارم از شبکه های ارتباطی بی سیم یا 4G

چهارمین نسل از سرویس های بی سیم، سیستمی توسعه یافته از شبکه ی 3G و درحال حاضر، گسترده ترین و پرسرعت ترین سرویس بی سیم جهان است. یک سیستم 4G باید قابلیت های تعریف شده ی اتحادیه ی بین المللی ارتباطات از راه دور در استاندارد IMT Advanced را فراهم کند. این الزامات درحال حاضر شامل دسترسی به اینترنت وب موبایل اصلاح شده، تلفن IP (براساس پروتکل اینترنت)، سرویس های گیمینگ، تلویزیون موبایلی با رزولوشن بالا، ویدئوکنفرانس و تلویزیون سه بعدی است. استانداردهای تعریف شده برای اینترنت موبایلی نسل چهارم، LTE و  WiMAX را شامل می شوند.

 

استاندارد LTE (تکامل بلندمدت) برای اولین بار در شهر اسلو، پایتخت نروژ و شهر استکهلم سوئد مستقر شد و از آن زمان در اکثر نقاط جهان استقرار یافته است. بااین حال، بحث این است که آیا نسخه های اولیه ی فناوری یادشده از نسل 4G بودند یا خیر؟  اتحادیه ی بین المللی ارتباطات از راه دور در استاندارد IMT Advanced، الزامات زیر را برای شبکه های 4G لازم الاجرا می داند:

  • مبتنی بر یک شبکه ی سوئیچ شده ی بسته ی آی پی محور باشد.
  • سرعت انتقال داده در این سیستم، تقریبا ۱۰۰ مگابیت برثانیه یا ۱۲٫۵ مگابایت برثانیه برای دستگاه های موبایل و درصورت ثابت بودن گیرنده و سرور تا ۱ گیگابیت برثانیه باشد.
  • قادر به استفاده و اشتراک پویای منابع شبکه، برای پشتیبانی هم زمان از تمامی کاربران در هر سلول باشد.
  • از پهنای باند مقیاس پذیر کانال ۵ تا ۲۰ مگاهرتز استفاده کند. به صورت دلخواه می توان پهنای باند را تا ۴۰ مگاهرتز نیز بالا برد.
  • بیشترین راندمان طیف فرکانسی هر لینک در سیگنال های downlink، حداقل ۱۵ بیت برثانیه بر هرتز و در سیگنال های Uplink، حداقل ۶٫۷۵ بیت برثانیه بر هرتز است (این میزان بیت خالص (نرخ اطلاعات مفید به استثنای کدهای تصحیح خطا) یا حداکثر توان تقسیم شده توسط پهنای باند در هر یک هرتزِ یک کانال ارتباطی یا یک لینک داده است)).

استاندارد LTE (تکامل بلندمدت)

در مبحث ارتباطات از راه دور، LTE استانداردی برای ارتباطات بی سیم با پهنای باند بالا برای دستگاه های موبایلی و ترمینال های داده، مبتنی بر سیستم های GSM/EDGE و UMTS/HSPA است. استاندارد یادشده، سرعت و ظرفیت انتقال داده را با استفاده ی هم زمان از رابط رادیویی متفاوت و همچنین توسعه هسته ی شبکه، افزایش داده است. LTE مسیر پیشرفتی برای اپراتورهایی است که هم از شبکه های GSM/UMTS و هم CDMA2000 استفاده می کردند. به دلیل کثرت فرکانس های مورد استفاده برای شبکه ی LTE در کشورهای مختلف، تنها گوشی های با قابلیت پشتیبانی از تمامی باندها، توانایی استفاده از شبکه ی یادشده در تمامی کشورها را دارند.

هدف LTE افزایش ظرفیت و سرعت شبکه های داده ی بی سیم، با استفاده از تکنیک ها و مدولاسیون های پردازش دیجیتال سیگنالی بود که در اوایل این هزاره توسعه یافتند. هدف دیگر LTE، طراحی مجدد و ساده سازی معماری شبکه برپایه ی سیستم پروتکل اینترنت (IP) با کاهش چشم گیر تأخیر در انتقال داده درقیاس با فناوری 3G بود. رابط بی سیم این نسل از فناوری های ارتباطی، بسیار متفاوت از شبکه های 2G و 3G است؛ ازاین رو باید روی طیف رادیویی جداگانه ای اجرا می شد. این شبکه جایگزینی برای فناوری های GSM ،UMTS و CDMA2000 است که نسبت به سیستم HSPA، چهاربرابر ظرفیت داده و مکالمه ی بیشتری دارد.

 

بخش اعظم استاندارد LTE به روزرسانی از 3G UMTS به آن چیزی است که درنهایت فناوری ارتباطات موبایلی 4G نام گرفته است. بخش بزرگی از این به روزرسانی برای ساده سازی سیستم انجام شده است؛ زیرا تمامی ارتباطات بی سیمی که پیش تر در شبکه ی ترکیبی سوییچینگ مداری و بسته ای UMTS انجام می گرفت، حالا روی معماری سیستمی تماما مبنتی بر آی پی صورت می پذیرد. رابط هوایی شبکه ی LTE، ای UTRA نام دارد و ویژگی های اصلی آن در زیر آمده است:

  • بسته به نوع تجهیزات مورد استفاده توسط کاربران، بیشترین نرخ بارگیری تا ۲۹۹٫۶ مگابیت برثانیه و نرخ بارگذاری حداکثر ۷۵٫۴ مگابیت برثانیه است. ۵ کلاس ترمینال مختلف برای این سیستم تعریف شده است؛ از یک کلاس صدامحور تا کلاس سطح بالایی که از بالاترین نرخ انتقال داده پیشتیبانی می کند. همه ی ترمینال ها می توانند پهنای باند 20 مگاهرتزی را پردازش کنند.
  • تاخیرهای پایین در انتقال داده (کمتر از ۵ میلی ثانیه برای بسته های آی پی کوچک در شرایط بهینه)، تأخیر کم برای هندآف (در بخش اول مقاله توضیح داده شد) و زمان تنطیم اتصال درقیاس با فناوری های دسترسی پیشین.
  • پشتیبانی بهتر از دستگاه های موبایل. برای مثال بسته به باند فرکانس، از دستگاه هایی که با سرعت ۳۵۰ کیلومتر بر ساعت یا ۵۰۰ کیلومتر بر ساعت پشتیبانی می کند.
  • FDMA هشت گانه برای داده هایی که بارگیری (Downlink) می شوند، دسترسی چندگانه ی FDMA یک گانه برای داده هایی که بارگذاری (Uplink) می شوند برای صرفه جویی در توان مصرفی.
  • پشتیبانی از تمامی فرکانس هایی که درحال حاضر سازمان ITU در سیستم های 3G تعریف کرده است.
  • انعطاف پذیری طیف فرکانس ها: پهنای باند در کانال های هرسلول به صورت ۱٫۴ مگاهرتز، ۳ مگاهرتز، ۵ مگاهرتز، ۱۰ مگاهرتز، ۱۵ مگاهرتز و ۲۰ مگاهرتز استانداردسازی شده است. WCDMA تنها از پهنای باند ۵ مگاهرتزی استفاده می کند که سبب بروز مشکلاتی در کشورهایی می شود که به صورت رایج از محدوده ی فرکانس یادشده در استانداردهایی مانند GSM و CDMA استفاده می کنند.
  • پشتیبانی از سلول هایی با شعاع پوشش دهی ده ها متر (پیکوسل ها) تا ۱۰۰ کیلومتر (ماکروسل ها). در باندهایی با فرکانس پایین که در مناطق روستایی مورد استفاده قرار می گیرند، شعاع پوشش دهی بهینه ۵ کیلومتر، شعاع پوشش دهی با عملکرد معقول ۳۰ کیلومتر، شعاع پوشش دهی با عملکرد قابل قبول ۱۰۰ کیلومتر است. در مناطق شهری، باندهایی با فرکانس بالا مانند ۲٫۶ گیگاهرتز برای پهنای باند ارتباطات همراه پرسرعت استفاده می شود و پوشش دهی سلول ها یک کیلومتر و کمتر است.
  • در هر سلول با پهنای باند ۵ مگاهرتزی، حداقل از ۲۰۰ کاربر پشتیبانی می کند.
  • معماری شبکه ساده سازی شده
  • پشتیبانی از کارکرد هم زمان با استانداردهای پیشین همانند GSM / GPRS یا UMTS که مبتنی بر WCDMA است. کاربران می توانند با استفاده از استاندارد LTE تماس یا انتقال داده را در یک منطقه شروع کنند و در صورت فقدان پوشش دهی شبکه، عملیات را بدون هیچ گونه اقدامی با استفاده از GSM / GPRS یا UMTS مبتنی بر W-CDMA یا حتی شبکه های CDMA یا CDMA2000 ادامه دهند.
  • رابط رادیویی سوییچ شده ی بسته
وایمکس طراحی شده است تا با پوشش دهی فراتر از فناوری های پیشین همچون وای فای، دسترسی به اینترنت پرسرعت را برای لپ تاپ ها و دستگاه های حمل شدنی فراهم کند

استاندارد LTE با شبکه ی تماما مبتنی بر آی پی تنها از سوییچینگ بسته پشتیبانی می کند. تماس های صوتی در سیستم GSM ،UMTS و CDMA2000 سوییچ شده ی مدار هستند، بنابراین برای تطبیق با LTE اپراتورها باید شبکه ی تماس صوتی شان را بازمهندسی کنند. سه روش برای حل چنین مشکلی وجود دارد. اولی اینکه در شبکه ی LTE سرویس های داده به خوبی کار کنند و هنگام تماس، دامنه ی سوئیچ شده ی مدار فعال شود. روش دوم نیز مانند روش اول است؛ اما گوشی شبکه ها را عوض می کند. در روش سوم، تنها هنگام استفاده از اپلیکیشن هایی مانند گوگل تاک و اسکایپ حالت LTE فعال می شود. باند های فرکانس LTE در سراسر جهان از ۴۵۰ تا ۳۷۰۰ مگاهرتز را شامل می شوند.

LTE Advanced

LTE Advanced استاندارد ارتباطات موبایلی و به روزرسانی از سیستم استاندارد LTE (تکامل بلندمدت) است. باتوجه به اینکه استاندارد اولیه ی LTE توانایی پاسخگویی به الزامات استاندارد IMT-Advanced را نداشت، LTE Advanced برای ارائه ی خدماتی در سطح استاندارد یادشده توسعه یافت. برای مثال، LTE اولیه توانایی دستیابی به سرعت انتقال داده ی یک گیگابیت برثانیه در گیرنده های ثابت را نداشت. درواقع، در ابتدا کارگروه 3GPP فناوری LTE را در لیست شبکه های 4G قرار نداد. بعدها IMT خواستار موارد زیر در نسل جدید LTE شد:

  • بهبود مستمر فناوری و معماری رادیویی LTE
  • الزامات عملکردی و موارد پیش بینی شده برای کار با فناوری های رادیویی قدیمی تر.
  • پشتیبانی از نسل پیشین (LTE بتواند در شبکه ی LTE Advanced کار کند یا بالعکس). هر استثنایی را 3GPP مشخص می کند.
  • درنظر گرفتن تصمیمات کنفرانس WRC-07 مبنی بر اطمینان از اینکه LTE Advanced با طیف جغرافیایی موجود، برای کانال های بالاتر از ۲۰ مگاهرتز وفق پیدا می کند.

تفاوت LTE و LTE Advanced در جدول زیر آمده است:

فناوریLTELTE Advanced
سرعت انتقال داده هنگام بارگیری۳۰۰ مگابیت برثانیه۱۰۰۰ مگابیت برثانیه
سرعت انتقال داده هنگام بارگذاری۷۵ مگابیت برثانیه۵۰۰ مگابیت برثانیه
پهنای باند بارگیری۲۰ مگاهرتز۱۰۰ مگاهرتز
پهنای باند بارگذاری۲۰ مگاهرتز۴۰ مگاهرتز
قابلیت حمل و جابه جایی گیرنده

بهینه برای سرعت های پایین تر از ۱۵ کیلومتر برساعت

سرعت های مناسب داده تا سرعت ۱۲۰ کیلومتر بر ساعت

تا سرعت ۳۵۰ کیلومتر بر ساعت هم چنان متصل به شبکه می ماند

مشابه LTE
پوششعملکرد کامل تا ۵ کیلومترمشابه LTE
ظرفیتتا ۲۰۰ نفر در پهنای باند ۵ مگاهرتزسه برابر بیشتر از LTE
ظرفیت در مناطق هموارحداقل ۲۰۰ کاربر در هر سلول در پهنای باند ۵ مگاهرتزحداقل ۳۰۰ کاربر در هر سلول در پهنای باند ۵ مگاهرتز
فناوری MIMO۳۲۶ مگابیت برثانیه با چهار خروجی و چهار ورودی و ۱۷۲ مگابیت برثانیه با دو خروجی و دو ورودی۴۰ برابر سریع تر از فناوری 3G

WiMAX یا تعامل جهانی برای دسترسی مایکروویو

 

IEEE 802.16 مجموعه ای از استانداردهای حاکم بر شبکه ی استاندارد محور کلان شهری (MAN) است. برای فراهم آوردن هم نوایی و قابلیت همکاری جهت اجرای این استاندارد، گروه تعامل جهانی برای دسترسی مایکروویو یا به اختصار وایمکس (WiMax) شکل گرفت. امروزه به تمامی استانداردهای این حوزه، وایمکس گفته می شود. گروه استاندارد یادشده، برای ایجاد سرویس های بی سیم پهن باند برای کسب کارها و مشتریان در مقیاس کلان شهرها شناخته می شود. وایمکس یک فناوری استاندارد محور متکی بر راه حل های اختصاصی است. محدوده ی پوشش دهی وایمکس ۷۰ کیلومتر و سرعت انتقال داده در آن، ۱۰۰ مگابیت برثانیه است.

وایمکس طراحی شده است تا با پوشش دهی فراتر از فناوری های پیشین همچون وای فای، دسترسی به اینترنت پرسرعت را برای لپ تاپ ها و دستگاه های حمل شدنی فراهم کند. وایمکس مبتنی بر استاندارد IEEE 802.16e سال ۲۰۰۵ و مصوب ماه دسامبر همین سال و بهبودیافته از استاندارد 802.16 سال ۲۰۰۴ است. بنابراین جزئیات این دو استاندارد باید با هم درنظر گرفته شود. آن چه در زیر آمده است، بخشی از بهبود های صورت گرفته در استاندارد جدیدتر است:

  • پشتیبانی از هندآف نرم و سخت بین ایستگاه های پایه، بدین معنی که در این استاندارد می توان فرکانس کانال را تغییر داد یا فرکانس تمامی ایستگاه های پایه را یکی کرد. قابلیت مذکور، یکی از مهم ترین جنبه های استاندارد IEEE 802.16e سال ۲۰۰۵ و اساس کار وایمکس موبایلی است.
  • پشتیبانی از تکنیک درخواست خودکار ترکیبی (HARQ) و طرح های متنوع از آنتن های پیشرفته
  • فناوری MIMO و سیستم های آنتن تطبیق پذیر
  • زیرکانال سازی متراکم تر و درنتیجه، نفوذ بهتر سیگنال ها در داخل ساختمان ها

فرمت استاندارد IEEE 802.16e-۲۰۰۵ که به صورت متداول و غیرصحیحی وایمکس موبایل نامیده می شود، سیستم بی سیم پهن باندی است که همگرایی شبکه های پهن باند تلفن همراه و ثابت را از طریق یک فناوری دسترسی رادیویی پهن باند با محیط غالبا گسترده و معماری شبکه ی انعطاف پذیر، امکان پذیر می سازد. وایمکس موبایل از برنامه های هندآف بهینه ای پشتیبانی می کند که با تاخیری کمتر از ۵۰ میلی ثانیه، کاربردهای بلادرنگی همچون اجرای مکالمه ها با بهره گیری از پروتکل اینترنت (VoIP) را بدون هیچ کاهشی در کیفیت سرویس میسر می کند.

از دیدگاه تئوری، وایمکس مشابه با فناوری وای فای است؛ اما با سرعت های انتقال داده ی بالاتری در مسافت های طولانی تر، کاربران بیشتری را پوشش می دهد. شبکه ی وایمکس به صورت بالقوه ای می تواند مناطق روستایی و حومه ی شهرها که هنوز اینترنت پهن باند ندارند را پوشش دهد. سیستم وایمکس از دو بخش تشکیل شده است:

  • دکل وایمکس: کارکردی مشابه با دکل مخابراتی دارد و منطقه ای به وسعت ۸ کیلومتر مربع را پوشش می دهد.
  • گیرنده ی وایمکس: گیرنده و آنتن وایمکس می تواند یک جعبه ی کوچک، کارت حافظه ی کامپیوتر شخصی یا سیستم دسترسی وای فایی باشد که این روزها داخل لپ تاپ ها تعبیه می شود.

دکل وایمکس می تواند ازطریق کابل و اتصال مسقیم با پهنای باند بالا به اینترنت متصل باشد. همچنین، این سازه می تواند به صورت مستقیم (line-of-sight) و ازطریق لینک مایکروویو، به دکل های وایمکس دیگر متصل شود. اتصال به دکل های دیگر و نیز خود پوشش ۸ کیلومتر مربعی هر دکل، اجازه می دهد تا مناطق دورافتاده ی روستایی نیز تحت پوشش شبکه ی یادشده باشند.

 

نظرات کاربران
*نام و نام خانوادگی
* پست الکترونیک
* متن پیام

بستن
*نام و نام خانوادگی
* پست الکترونیک
* متن پیام

0 نظر

ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید

instagramcloobgoogletelegram
logo

دفتر مرکزی هرمزگان
کيش- بازار ونوس - طبقه اول - شماره 232
تلفن های تماس: 07644490019 - 07691014521
09034335606 - 09120569348
info@mahamct.com

مهام کيش نماينده فروش شرکت افرا ارتباطات ثابت رسا دارنده پروانه سروکو به شماره 33-95-100 از سازمان تنظیم مقررات و ارتباطات رادیویی می باشد.