4G، یک رستاخیز در فناوری‌تلفن‌همراه

اگر حتی کمی‌ به این اخبار و رویدادها علاقه نشان داده باشید واژه جدیدی به نام نسل چهارم موبایل را شنیده‌اید. نسل سوم هم خیلی قدیم‌تر یک موضوع داغ به شمار می‌رفت. به دفترچه کاربری موبایلتان مراجعه کنید، ببینید در چه باند فرکانسی می‌تواند فعالیت کند؟ 800؟ 1900؟ اگر در شبکه تلفن ایران فعالیت می‌کند حتما از نوع GSM است و اگر در شبکه‌های فرکانسی آن HSDPA ذکر شده در نسل سوم هم فعالیت می‌کند، یعنی باندهای 1900 و 2100 و البته 900، اما بتازگی گوشی‌ها و تبلت‌هایی را برخی شرکت‌ها رونمایی کردند که به این فهرست کلمه LTE هم افزوده شده، اما منظور آنها دقیقا چیست؟ این اصطلاح به چه کاری می‌آید؟

اگر کمی ‌ قدیم‌تر نگاه کنیم می‌بینم تلفن همراه، زیاد وقتی برای فلاسفه نگذاشته تا درباره‌اش نظریه بدهند و برخی رشته‌های دانشگاهی غیرفنی برایش مزایا و فواید بسازند، یا در بابش شعر و قصه بگویند. سرعت حرکت فناوری در این عرصه آنقدر بالاست که یا باید کشتی نجاتی ساخته و در این رود بیندازید یا بر لب جوی بنشینید و گذر عمر ببینید. معنی این حرف‌ها این است که این فناوری‌ها آنقدر سریع عوض می‌شوند که صاحبان فناوری هم به فکر چاره افتادند تا مجبور نشوند هزینه تغییرات بنیادی در تولید تجهیزات را بدهند.

یعنی سعی کرده‌اند رشد تکنولوژی را از سخت‌افزار به نرم‌افزار منتقل کنند و راه‌حل آخر نیز LTE نام دارد که سرنام Long Term Evolution است و به معنی تکامل بلندمدت.

شبکه‌های موبایل تعاریف و خواصی دارند که توضیح هرکدام 2 یا 3 سال درس دانشگاهی می‌خواهد آن هم با پیش فرض این‌که در شبکه‌های سلولی تخصص و پیش‌زمینه‌ای داشته باشید، اما در کل این‌گونه می‌توان گفت که تغییر نوع سیگنال‌رسانی و تبادل اطلاعات در این شبکه‌ها هر چند سال تغییر عمده‌ای می‌کند که در نسل اول و دوم از آنالوگ به دیجیتال تبدیل شد و بعد از آن در نسل دوم کم‌کم فناوری‌هایش تغییر کرد و با امکان افزایش سرویس‌ها در باندهای دیجیتال توانایی ارائه خدمات بیشتر را پیدا کرد. خدماتی مانند اینترنت روی سیمکارت با فناوری GPRS یا EDGE که در نسل 75‌/‌2 قابل پیاده‌سازی است. زیر ساخت این تغییر نیز این‌گونه بود که شبکه‌های انتقال صوت از پایه بر اساس سویچینگ‌مداری فعالیت می‌کنند و در نسل 5‌/‌2 و 75‌/‌2 از فناوری سوئیچ‌مداری Circuit switch ‏ برای انتقال صوت و از فناوری سوئیچ بسته‌ای Packet Switching برای تبادل داده استفاده می‌شود. سوئیچینگ‌مداری پهنای باند را به یک کاربر اختصاص می‌دهد و برای محاسبه کارکرد آن کافی است مدت زمان مورد محاسبه قرار گیرد (مانند زمان مکالمه‌ای که در قبض تلفن‌های فعلی می‌بینید)، اما در مدل سوئیچینگ بسته‌ای پهنای باند چندگانه Multiple مورد استفاده قرار می‌گیرد و در این مدل میزان اطلاعات ارسال و دریافت شده توسط فرد مورد محاسبه قرار می‌گیرد و بر اساس کیلوبایت و مگابایت مقدار دریافت و ارسال، قابل حسابرسی است. این سیستم امکان این را نیز می‌دهد که کاربر تحرک بیشتری در دامنه پوششی یک سلول داشته باشد. حرکت به سمت فناوری شبکه‌های مبتنی بر سوئیچ بسته‌ای و انطباق‌پذیری آنها با شبکه‌های مبتنی بر پروتکل اینترنت یا همان IP اجتناب‌ناپذیر می‌نمود.

نکته: شبکه‌های تلفن همراه به دلیل شکل ظاهری شبکه که مانند حفره‌های کندوی زنبور یا سلول‌های متراکم موجودات زنده هستند، به نام شبکه‌های سلولی معروفند. نام اصلی تلفن همراه نیز به دلیل این‌که داخل این شبکه‌ها مورد استفاده است تلفن سلولی (سل فون)‌ cell phone است.

برای پوشش‌دهی شبکه تلفن همراه در یک منطقه ابتدا آن منطقه را به تعدادی منطقه با ابعاد مشخص به شکل 6ضلعی تقسیم می‌کنند و در مرحله بعد چند نقطه که حدودا در وسط این چند ضلعی باشد را انتخاب می‌کنند (site accusation) از نقطه‌های انتخاب شده هر کدام که مقرون به صرفه‌تر بود را برای قرار دادن آنتن BTS انتخاب می‌کنند. (شکل یک )‌

رشد شبکه‌های موبایل با رسیدن به نسل سوم که سرعت تبادل داده را از 128 کیلوبیت در نسل 2 به
2 مگابیت باید می‌رساند آن‌طور که باید محقق نشد و استانداردهای چندگانه برای نگهداری از این نسل باعث تفاوت هزینه راه‌اندازی آن شبکه‌ها با توجه به مناطق مختلف شد. به عنوان مثال اروپا و آمریکا که یک رقابت ساکت در مالکیت فناوری‌ها دارند هر کدام استانداردهای متفاوتی برای نگهداری این شبکه‌ها دارند. با وجود ضعف‌ها نسل 3 خدمات بسیاری را می‌تواند ارائه کند، از جمله انتقال تصویر همزمان یا مکالمه تصویری، انتقال چند رسانه‌ای‌ها با حجم بالا، انتقال داده‌های امن برای انجام کارهای مالی و انواع آن.

اما به هر حال وقتی یک نقطه ضعف همگانی و آزاردهنده می‌شود باید راه‌حلی برای آن داده شود. نسل چهارم برای پوشش و رفع این نقطه ضعف‌ها بود.

ناگفته نماند که داشتن نسل سوم یک نیاز فرهنگی نیز به حساب می‌آید، یعنی اگر بخواهیم از نسل 2 به 4 جهش کنیم با خلأ فرهنگ استفاده از خدمات و همچنین خلأ قانونی دراین زمینه مواجه می‌شویم و البته این موضوع در همه جای دنیا صادق است.

نسل چهارم شبکه‌های تلفن همراه یا ‏4G مبتنی بر پروتکل اینترنت IP است و نوع شبکه‌بندی آن با نسل‌های قبلی متفاوت است. در این شبکه‌ها از واسط‌های رادیویی برای انتقال داده استفاده می‌شود و بنا بر استاندارد آن، از دست رفتن چند واسط هم نمی‌تواند کاربری شبکه را مختل کند. این شبکه با نرخ بالای تبادل داده و امکان ایجاد شبکه‌های نظیر به نظیر فناوری‌های قبلی مانند WLAN را بی‌استفاده می‌کند. در شبکه نسل چهار با وجود افزایش قابلیت حجم برای تبادل داده امکان هزینه آن کاهش می‌یابد و برای همین کاربر و کارگزار هر دو می‌توانند بر درآمد زا بودن و مقرون به صرفه بودن حساب کنند.

این نسل از شبکه هنوز خیلی جوان است و می‌شود گفت هنوز کاملا متولد نشده است. تنها 2 کشور توانسته‌اند این نسل از شبکه را برای ارتباط دیتا راه‌اندازی کنند و روی آن خدمات عرضه کنند. البته با شروع تولید گوشی‌ها و تبلت‌های مبتنی بر این نسل از شبکه‌ها بزودی این نسل فراگیر خواهد شد.

این نسل خیلی سریع‌تر از نسل‌های قبلی وارد میدان خواهد شد و پیشرفت خواهد کرد، چرا که برخلاف نسل قبلی بیشتر کارهای حوزه سیگنالینگ یعنی تولید، ارسال، دریافت و کلاکینگ یا همان تنظیم سیگنال فرستنده و گیرنده دیگر توسط سخت‌افزار اجرا نمی‌شود و سخت‌افزار به حالت منفعل passive رفته و کارها را نرم‌افزار پایه یا همان فرم ور‌ها انجام می‌دهند. مزیت این تغییر بنیادی قابل تنظیم بودن و برنامه‌ریزی مداوم شبکه و دستگاه است.

یعنی با نسل رادیو‌های شناختگر Cognitive Radio و معماری Surrogate Digital Radio network رادیو‌های این شبکه قابلیت ارسال سیگنال در باندهای مختلف را دارند و از محدوده فرکانسی دستگاه‌هایی مانند رادیو و تلویزیون نیز برای تبادل داده استفاده می‌کند و در عین حال هیچ تداخلی در آن ایجاد نمی‌شود.

تا چند وقت پیش از کنفرانس جهانی ارتباطات راه دور قرار بود LTE همراه با وایمکس به عنوان نسل چهارم شناخته شوند، اما کنفرانس ذکر شده این موضوع را تایید نکرد و وایمکس از این همراهی عقب ماند.

نرخ تبادلی داده در نسخه اولیه استاندارد این نسل از 50 مگابیت در آزمایشگاه و 20 مگ در عمل برای آپلود و از 100 مگ در آزمایشگاه و 20 مگ در عمل برای دانلود آغاز شده و تا مرز یک گیگابیت برای کاربران متحرک در نسخه LTE-Advanced ادامه می‌یابد. این استاندارد یعنی تولد نسل جدید تلویزیون‌ها و رسانه‌های همزمان گروهی، اجتماعی و محاوره‌ای بدون وجود فرستنده و گیرنده ثابت.

سعید نوری‌آزاد