شبکهی ارتباطی 3G
3G، سومین نسل از استاندارد گوشیهای موبایل و جلوتر از فناوری 2G و پشت سر نسل چهارم از شبکههای ارتباطی قرار گرفته است. درابتدا اتحادیهی بینالمللی ارتباطات از راه دور (ITU)، فناوری 3G را بهعنوان طرحی برای پیادهسازی باند فرکانس جهانی در ۲۰۰۰ مگاهرتز تنظیم کرد. این طرح، استاندارد ارتباطی واحدی برای تمامی کشورها در سراسر جهان ایجاد میکرد و استاندارد تلفن همراه بینالملل (IMT-2000) نام داشت. تکامل فناوری 3G در سیستمهای CDMA، منجربه استاندارد CDMA 2000 شد.
همچنین، تکامل سومین نسل از سیستم GSM منجر به پیدایش شبکههای IS-136 و PDC و پیشرفت این شبکهها، باعث ایجاد CDMA با پهنای باند بالا یا WCDMA شد. درواقع WCDMA مبتنیبر GSM است. درنهایت میتوان گفت، فناوریهای اصلی نسل سوم از شبکهی ارتباطات، CDMA 2000 و WCDMA هستند. فناوری 3G به اپراتورها امکان میدهد علاوهبر دستیابی به ظرفیت بیشتر شبکه با افزایش نرخ دادههای منتقلشده در پهنای باند، طیف گستردهتری از خدمات پیشرفتهتر را برای کاربران مهیا کنند؛ خدماتی همچون تلفن مکالمهای بیسیم در مناطق گسترده، تماس صوتی، دادههای بیسیم در پهنای باند وسیع، تلویزیون موبایلی، GPS و امکان کنفرانس ویدئویی. در زیر پیشرفتهای نسل سوم ارتباطات بیسیم درقیاسبا فناوری 2.5G آورده شده است:
- جریان صوتی و ویدئویی پیشرفته
- چندین برابر سرعت دادهی بیشتر
- پشتیبانی از ویدئوکنفرانس
- وبگردی با سرعت بیشتر
- تلویزیون اینترنتی
مجموعه استانداردهای CDMA 2000
پیشتر گفته شد که در نسل دوم ارتباطات، سیستم CDMA فناوری IS-95 را شامل میشد. حال با بررسی جنبههای مختلف این فناوری، میتوان درک درستی از شبکهی CDMA 2000 داشت. IS-95 اولین فناوری سلولی دیجیتالی، برپایهی CDMA بود که کوالکام آنرا توسعه داد. در قسمت اول مقاله، گفته شد که CDMA به هر کاربر کد خاصی را اختصاص میدهد تا کاربران بهصورت چندسویه باهم ارتباط برقرار کنند. اگر دقیقتر باشیم، CDMA یا دسترسی چندگانهی تقسیم کد (code division multiple access)، سیستم رادیویی دیجیتالی است که جریانهای بیتها را انتقال میدهد. این سیستم به چندین گیرندهی رادیویی امکان میدهد تا فرکانسهای یکسانی را به اشتراک بگذارند.
برخلاف سیستم رقیب، TDMA که در GSM استفاده میشود، در CDMA تمام دستگاههای رادیویی در تمامی مدت میتوانند فعال باشند، زیرا ظرفیت شبکه دقیقا محدود به تعداد دستگاههای رادیویی نیست. از آنجایی که در CDMA، تعداد پایینی از سایتهای سلولی از تعداد بیشتری تلفن همراه پشتیبانی میکنند، استانداردهای برپایهی این سیستم نسبتبه استانداردهای TDMA مقرونبهصرفه هستند. استانداردهای IS-95، یک رابط هوایی را توصیف میکند که مجموعهای از پروتکلها برای استفاده بین شبکه و واحدهای موبایل است. IS-95 ساختاری سهلایهای دارد؛ لایهی اول فیزیکی، لایهی دوم مربوط به کنترل دسترسی محیط (MAC) و کنترل دسترسی لینکها (LAC) و لایهی سوم، ماشین پردازش تماسها است.
MAC، LAC و QoS
کنترل دسترسی محیط (MAC)، لایهای برای کنترل سختافزاری است که مسئولیت انتقال داده درون سیمها، فیبر نوری و شبکههای بیسیم را برعهده دارد. درواقع، MAC دسترسی چندگانه در محیط ارسالودریافت دادهها را کنترل میکند. هدف از زیرلایهی LAC نیز، سیگنالدهی به لایهی سوم باتوجهبه مشخصات رادیویی کانال فیزیکی است. در شبکههای ارتباطی سوییچشدهی بستهای، کیفیت خدمات (QoS) به اولویتبندی ترافیک و مکانیسمهای کنترل ذخیره منابع اشاره دارد.
در بحث مربوطبه شبکههای نسل سوم، CDMA2000 با فناوری UMTS مقایسه میشود؛ مجموعهای رقیب از استانداردهای شبکهی 3G که در اروپا، ژاپن و چین استفاده میشود. نام CDMA2000، مجموعهای از استانداردها است که مراحل تکامل این فناوری را نمایش میدهند. این استانداردها عبارتاند 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 بیسیم CDMA2000 است. عنوان 1X» بهمفهوم فناوری انتقال سیگنال رادیویی یکبهیک در پهنای باند امواج رادیویی مشابه IS-95 است؛ کانالهای رادیویی ۱٫۲۵ مگاهرتزی دوسویه. 1xRTT با افزودن تعامدی ۶۴ کانال ترافیک اضافی علاوهبر ۶۴ کانال موجود در IS-95 به سیگنالهای ارسالی از شبکه به گوشیهای موبایل، ظرفیت شبکه را دوبرابر میکند. تعامدی، یعنی اینکه ۶۴ سیگنال جدیدتر بر سیگنالهای پیشین عمود هستند. برای درک بهتر، به شکل زیر دقت کنید:
استاندارد 1X از بستهی دادههایی با سرعت ۱۵۳ کیلوبیتبرثانیه پشتیبانی میکند؛ ولی در دنیای واقعی و اکثر کاربریهای تجاری، تنها ۸۰ تا ۱۰۰ کیلوبیتبرثانیه سرعت دارد. این استاندارد درمقایسهبا IS-95، برای استفادهی بهتر از سرویسهای داده در لایهی دوم تغییراتی را در بخشهای MAC و LAC و QoS داشته است؛ لایهی دوم IS-95، تنها متمرکز روی انتقال بهتر داده و مکالمه در کانال سوئیچشدهی مدار بود.
1xEV-DO
1xEV-DO که اغلب به عناوین EV-DO یا EV مخفف میشود، یک استاندارد ارتباط از راه دور برای انتقال بیسیم دادهها ازطریق سیگنالهای رادیویی، معمولاً برای دسترسی به اینترنت با پهنای باند بالا است. این استاندارد از تکنیکهای دسترسی چندگانه همچون CMDA و TMDA، برای افزایش بهرهوری فردی هر کاربر و کل سیستم استفاده میکند. بسیاری از ارائهدهندگان خدمات موبایل در سراسر جهان، بهویژه اپراتورهایی که پیشتر از شبکههای CDMA استفاده کردهاند، استاندارد 1xEV-DO را بهکار میبرند.
1X Advanced
1X Advanced تکاملیافتهی 1X، با چهاربرابر ظرفیت بیشتر و ۷۰ درصد پوشش بهتر در شبکه است.
مجموعه استاندارد UMTS
UMTS یا سیستم جهانی ارتباطات همراه، یکی از فناوریهای نسل سوم از شبکههای موبایلی است. W-CDMA فناوری پشت استاندارد UMTS است که نوع پهنای باند بالا از شبکهی گستردهی ارتباطات 3G بوده و از دسترسی چندگانهی CDMA بهره میبرد. UTMS با استفاده از چیدمان ترکیبی از سلولها شامل ماکروسلها (سلولهای تحت پوشش دکل مخابراتی) و پیلها (سلولهای تحت پوشش ایستگاههای پایهی کوچک همچون ساختمان)، طیف گستردهای از ترافیک را کنترل میکند. اندازهی سلولها نیز در سیستم UTMS بسیار مهم است. برای پیادهسازی UMTS، برخلاف فناوری EDGE نیاز به ایستگاههای پایهی جدید و اختصاص فرکانسهای جدید است.
اگرچه UTMS حداکثر سرعت انتقال دادهی ۱۹۲۰ کیلوبیتبرثانیه را پشتیبانی میکند، ولی کاربران در شبکههای واقعی سرعت انتقال دادهی ۳۸۴ کیلوبایت را تجربه خواهند کرد. بااینحال چنین سرعتی بسیار بالاتر از ۹٫۶ کیلوبیتبرثانیه برای شبکههای سوئیچشدهی مدار و ۱۴٫۴ کیلوبیتبرثانیه سرعت انتقال داده در سیستم GSM است. برای بررسی نحوهی کارکرد شبکههای UTMS، لازم است تا حداقل چندین مبحث کلیدی واکاوی شود؛ بخش کاربردی همراه GSM یا MAP، شبکهی اصلی GPRS و مدل مرجع ارتباط سامانههای باز (OSI).
مدل مرجع ارتباط سامانههای 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 میکند. هدف مدل مذکور، ایجاد قابلیت تعاملپذیری سیستمهای ارتباطی متنوع با پروتکل های ارتباطی استاندارد است. OSI یک سیستم ارتباطی را به لایههای انتزاعی مختلف تقسیم میکند. نسخهی اصلی از مدل یادشده هفت لایه دارد. هر لایه توسط لایهی بالایی خود مورد استفاده قرار میگیرد و از لایهی پیشین خود استفاده میکند.
شبکهی اصلی GPRS
پیشتر در بخش اول گفته شد که بستههای دادهها از هدِر و پِیلود ساخته شدهاند و هر هدر به دادهی تکمیلی اشاره دارد که در ابتدای بلاک دادهی در حال ذخیره یا انتقال قرار دارد. درواقع آنچه در هدر قرار دارد، آدرس آیپی است. پروتکل اینترنت یا آیپی که پروتکل اصلی ارتباطات در مجموعه پروتکل اینترنت برای انتقال دادهها در مرزهای شبکه است، وظیفه دارد بستهها را از هاست مبدأ به هاست مقصد صرفاً براساس آدرسهای IP موجود در هدرهای بسته تحویل دهد.
شبکهی اصلی GPRS، بخش اصلی سیستم GPRS است که به شبکههای موبایلی 2G ،3G و WCDMA اجازه میدهد بستههای IP را به شبکههای خارجی مانند اینترنت انتقال دهند. سیستم GPRS بخشی از شبکه و زیرسیستم سوئیچینگ GSM است. شبکهی اصلی GPRS، روند Mobility management (در بخش اول مقاله توضیح داده شد) و انتقال را برای خدمات بستهی آیپی در سیستمهای GSM و WCDMA فراهم میکند.
بخش کاربردی همراه GSM یا بهاختصار MAP
MAP یک پروتکل است که لایهی هفتم مدل مفهومی OSI یعنی لایهی کاربرد (Application) را برای گرههای مختلف (دستگاههای الکترونیکی متصل به شبکه همچون گوشی موبایل) در شبکههای اصلی تلفن همراه GSM و UMTS و شبکههای اصلی GPRS برای ارتباط با یکدیگر به منظور ارائه خدمات به کاربران فراهم میکند.
رابطهای هوایی
UTMS سه نوع دسترسی چندگانه (رابط هوایی)، MAP و خانوادهی GSM از رمزگذاری گفتاری را ترکیب میکند. رابطهای هوایی که UTRA (دسترسی رادیویی زمینی UTMS) نیز نامیده میشوند، بخشی از استانداردهای IMT-2000 هستند. انواع این رابطها W-CDMA و TD-CDMA و TD-SCDMA هستند. درحالحاضر، محبوبترین رابط هوایی W-CDMA است و در این مطلب بهدلیل کمبود فرصت، تنها این نوع توضیح داده میشود.
W-CDMA
W-CDMA، یک استاندارد مخابراتی است که در شبکههای ارتباطی موبایل 3G یافت میشود. این سرویس از خدمات معمولی صوتی، متنی و MMS تلفنهای همراه پشتیبانی میکند، اما همچنین میتواند داده ها را با سرعت بالا حمل کند. W-CDMA به اپراتورهای تلفن همراه امکان میدهد کاربریهای 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 میکند که کانالهای عریض ۵ مگاهرتزی را در اختیار اپراتورها قرار میدهد. 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 میشود. تکنیک یادشده در درجهی اول برای کاهش تداخل سیگنالها استفاده میشود.
درمقابل، همانگونه که پیشتر گفته شد، استاندارد رقیب CDMA2000 از کانالهای رادیویی ۱٫۲۵ مگاهرتزی دوسویه استفاده میکند. سیستمهای W-CDMA بهدلیل استفاده از طیف گستردهی امواج رادیویی، بسیار مورد انتقاد بودهاند. فرکانسهایی که در ابتدا برای سیستمهای 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، همانگونه که پیشتر از فرکانس ۱۹۰۰ مگاهرتز استفاده میشد، حالا نیز از فرکانسهای ۱۷۱۰ تا ۱۷۵۵ و ۲۱۱۰ تا ۲۱۵۵ مگاهرتز استفاده میشود. درهمینحال، کشورهای دیگر بهصورت گستردهای از فرکانسهای دیگر استفاده میکنند.
با اینکه W-CDMA همانند CDMA2000 از تکنیک DS-CDMA استفاده میکند، اما شبکهی یادشده تنها نسخهای با پهنای باند عریضتر 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 هزینهها، ظرفیت، بازدهی و تراکم ایجاد میکند. همچنین نوید کاهش هزینهها در گوشیهای هوشمندی را میدهد که ویدئوهای آنلاین را نمایش میدهند. بهعلاوه، فناوری یادشده ممکن است برای استقرار در شهرهای متراکم اروپا و آسیا مناسب باشد.
W-CDMA با مجموعهی کامل ویژگیهایی که دارد، پروتکل مفصلی از چگونگی ارتباط تلفن همراهبا ایستگاه پایه، نحوهی تعدیل سیگنالها و چگونگی ساخت دیتاگرامها را ارائه میدهد.
HSPA
دسترسی پرسرعت بسته (HSPA)، تلفیقی از دو پروتکل موبایلی دسترسی پرسرعت به بستهی Downlink بهاختصار HSDPA و دسترسی پرسرعت به بستهی Uplink یا بهاختصار HSUPA است که با بهرهگیری از پروتکلهای W-CDMA، عملکرد شبکههای 3G را توسعه داده و بهبود میبخشد.
اولین شبکهی HSPA، در بهترین حالت ۱۴ مگابیتبرثانیه سرعت بارگیری و ۵٫۷۸ مگابیتبرثانیه سرعت بارگذاری داشت. همچنین، تأخیر را کاهش داده بود و درقیاسبا WCDMA، ظرفیت را در سیگنالهایی که از ایستگاههای پایه به دستگاههای موبایل میروند ۵ برابر و در سیگنالهایی که از دستگاههای موبایل به ایستگاههای پایه ارسال میشوند ۲ برابر افزایش داده بود.
شبکهی ارتباط بیسیم 3.5G یا HSDPA
دسترسی پرسرعت به بستهی Downlink (سیگنالهایی که از ایستگاههای پایه به دستگاههای موبایل میروند) یا بهاختصار HSDPA، یک پروتکل تلفن همراه است که با ایجاد امکان انتقال پرسرعتتر دادهها، باعث تکامل شبکههای 3G مبتنیبر UMTS شد. HSDPA یک سرویس دادهی بستهمحور در مسیر Downlink سیستم W CDMA با سرعت انتقال دادهی ۸ تا ۱۰ مگابیت (۲۰ مگابیت برای سیستمهای MIMO) در پهنای باند ۵ مگاهرتزی است.
پیادهسازیهای HSDPA شامل کدگذاری و مدولاسیون تطبیقی (ACM)، سیستمهای MIMO (عبارت اختصاری چند ورودی - چند خروجی)، تکنیک درخواست خودکار ترکیبی (HARQ)، روش جستوجوی سریع سلول و بهکارگیری طرح پیشرفتهی دریافتکننده است.
کدگذاری و مدولاسیون تطبیقی (ACM)
ACM اصطلاحی است که در ارتباطات بیسیم مورد استفاده قرار میگیرد تا تطبیق مدولاسیون، کدگذاری و سایر پارامترهای سیگنال و پروتکل را با شرایط موجود در لینک رادیویی مشخص کند (بهعنوان مثال پاتلوکس، تداخل ناشی از سیگنالهای دریافتشده از فرستندههای دیگر، حساسیت گیرنده و غیره).
MIMO
یک فناوری انتشار امواج در سیستمهای مخابراتی بیسیم است، بدین صورت که از چند آنتن در فرستنده و گیرنده استفاده میشود. سیگنالهای دریافتشدهی آنتنها در گیرنده با هم ترکیب میشوند تا خطا به حداقل رسیده و سرعت انتقال اطلاعات افزایش پیدا کند. درواقع، MIMO با برقراری ارتباط بین آنتنها امکان ارسال و دریافت همزمان سیگنالها (بارگیری و بارگذاری) از دستگاه موبایل را فراهم میکند.
HARQ
HARQ ترکیبی از تکنیک مورد استفاده برای کنترل خطاها در انتقال داده روی کانالهای دارای نویز و غیرقابلاعتماد (FEC) و تکنیک مشابه ARQ است.
شبکهی ارتباط بیسیم 3.7G یا HSUPA
شبکهی ارتباط بیسیم 3.7G به فناوریهایی فراتر از شبکهی موبایلی 3G اشاره دارد. دسترسی پرسرعت به بستهی Uplink (سیگنالهایی که از دستگاههای موبایل به ایستگاههای پایه ارسال میشوند) یا بهاختصار HSUPA از مسیر Uplink سیستم W CDMA در UMTS استفاده میکند. فناوری ارتباط موبایلی HSUPA مستقیما در ارتباطبا HSDPA بوده و هر دو آنها باهم تعریف میشوند. HSUPA انتقال داده از هر کاربر به کاربری دیگر همچون ایمیل و گیمینگ آنلاین را با سرعت و توازن بیشتری انجام میدهد. HSUPA دادهها را با سرعت ۱٫۴ مگابیتبرثانیه و در نسخههای جدیدتر، با سرعت ۵٫۸ مگابیتبرثانیه منتقل میکند.
+HSPA یا دسترسی پرسرعت به بستهی تکاملیافته
+HSPA یا HSPA تکاملیافته، استاندارد بیسیمی از سیستم WCDMA برای ارتباطات پهنباند است. در شبکهی +HSPA، افزونههایی به شبکهی HSPA موجود اضافه شده است. HSPA تکاملیافته، برای بارگیری و بارگذاری، دادهها را بهترتیب با سرعتهای ۴۲٫۲ و ۵۶ مگابیتبرثانیه منتقل میکند. شبکهی یادشده از فناوریهایی همچون MIMO استفاده میکند.
نسل چهارم از شبکههای ارتباطی بیسیم یا 4G
چهارمین نسل از سرویسهای بیسیم، سیستمی توسعهیافته از شبکهی 3G و درحالحاضر، گستردهترین و پرسرعتترین سرویس بیسیم جهان است. یک سیستم 4G باید قابلیتهای تعریفشدهی اتحادیهی بینالمللی ارتباطات از راه دور در استاندارد IMT Advanced را فراهم کند. این اامات درحالحاضر شامل دسترسی به اینترنت وب موبایل اصلاحشده، تلفن IP (براساس پروتکل اینترنت)، سرویسهای گیمینگ، تلویزیون موبایلی با رزولوشن بالا، ویدئوکنفرانس و تلویزیون سهبعدی است. استانداردهای تعریفشده برای اینترنت موبایلی نسل چهارم، LTE و WiMAX را شامل میشوند.
استاندارد LTE (تکامل بلندمدت) برای اولینبار در شهر اسلو، پایتخت نروژ و شهر استکهلم سوئد مستقر شد و از آن زمان در اکثر نقاط جهان استقرار یافته است. بااینحال، بحث این است که آیا نسخههای اولیهی فناوری یادشده از نسل 4G بودند یا خیر؟ اتحادیهی بینالمللی ارتباطات از راه دور در استاندارد IMT Advanced، اامات زیر را برای شبکههای 4G لازمالاجرا میداند:
- مبتنیبر یک شبکهی سوئیچشدهی بستهی آیپیمحور باشد.
- سرعت انتقال داده در این سیستم، تقریبا ۱۰۰ مگابیتبرثانیه یا ۱۲٫۵ مگابایتبرثانیه برای دستگاههای موبایل و درصورت ثابتبودن گیرنده و سرور تا ۱ گیگابیتبرثانیه باشد.
- قادر به استفاده و اشتراک پویای منابع شبکه، برای پشتیبانی همزمان از تمامی کاربران در هر سلول باشد.
- از پهنای باند مقیاسپذیر کانال ۵ تا ۲۰ مگاهرتز استفاده کند. بهصورت دلخواه میتوان پهنای باند را تا ۴۰ مگاهرتز نیز بالا برد.
- بیشترین راندمان طیف فرکانسی هر لینک در سیگنالهای downlink، حداقل ۱۵ بیتبرثانیهبر هرتز و در سیگنالهای Uplink، حداقل ۶٫۷۵ بیتبرثانیهبر هرتز است (این میزان بیت خالص (نرخ اطلاعات مفید به استثنای کدهای تصحیح خطا) یا حداکثر توان تقسیمشده توسط پهنای باند در هر یک هرتزِ یک کانال ارتباطی یا یک لینک داده است)).
.
شبکههای موبایل چگونه کار میکنند؟- قسمت سوم
cdma ,استفاده ,میکند ,شبکههای ,انتقال ,سرعت ,است که ,پهنای باند ,که در ,با سرعت ,استفاده میکند ,سرعت انتقال دادهی ,مگابیتبرثانیه منتقل میکند ,پایه ارسال میشوند ,مرجع ارتباط سامانههای
درباره این سایت