تطور التقنيات اللاسلكية من 1G إلى 5G في الاتصالات المتنقلة
تطور من 1G إلى 4G
لقد مر نظام الاتصالات اللاسلكية المتنقلة بعدة مراحل تطور في العقود القليلة الماضية بعد إدخال الجيل الأول لشبكة الهاتف المحمول في أوائل الثمانينيات. نظرًا للطلب الهائل على المزيد من الاتصالات في جميع أنحاء العالم ، تقدمت معايير الاتصالات المتنقلة بسرعة لدعم المزيد من المستخدمين. دعونا نلقي نظرة على مراحل تطور التقنيات اللاسلكية للاتصالات المتنقلة.
تاريخ التكنولوجيا اللاسلكية
قام المخترع الإيطالي ماركوني بإرسال إشارات شفرة مورس باستخدام موجات الراديو لاسلكيًا إلى مسافة 3.2 كيلومترات في عام 1895. وكان هذا أول إرسال لاسلكي في تاريخ العلم. منذ ذلك الحين ، كان المهندسون والعلماء يعملون على طريقة فعالة للتواصل باستخدام موجات الترددات اللاسلكية.
أصبح الهاتف شائعًا في منتصف القرن التاسع عشر. بسبب الاتصال السلكي والتنقل المقيد ، بدأ المهندسون في تطوير جهاز لا يتطلب اتصالاً سلكيًا ونقل الصوت باستخدام موجات الراديو.
اختراع أول هاتف محمول – بدأ التطور
اخترع مارتن كوبر ، وهو مهندس في شركة Motorola خلال السبعينيات من القرن الماضي ، وكان يعمل على جهاز محمول قادر على الاتصال ثنائي الاتجاه لاسلكيًا ، الجيل الأول من الهواتف المحمولة. تم تطويره في البداية لاستخدامه في السيارة ، وتم اختبار أول نموذج أولي في عام 1974.
يعتبر هذا الاختراع بمثابة نقطة تحول في الاتصالات اللاسلكية التي أدت إلى تطور العديد من التقنيات والمعايير في المستقبل.
1G – الجيل الأول من أنظمة الاتصالات المتنقلة
تم نشر الجيل الأول من شبكة الهاتف المحمول في اليابان بواسطة شركة Nippon Telephone and Telegraph (NTT) في طوكيو خلال عام 1979. في بداية الثمانينيات ، اكتسبت شعبية في الولايات المتحدة وفنلندا والمملكة المتحدة وأوروبا. يستخدم هذا النظام الإشارات التناظرية وكان له العديد من العيوب بسبب قيود التكنولوجيا.
أكثر أنظمة 1G شيوعًا خلال الثمانينيات
نظام الهاتف المحمول المتقدم (AMPS)
نظام الهاتف المحمول الشمالي (NMTS)
نظام اتصالات الوصول الشامل (TACS)
نظام اتصالات الوصول الشامل الأوروبي (ETACS)
الميزات الرئيسية (التكنولوجيا) لنظام 1G
التردد 800 ميجاهرتز و 900 ميجاهرتز
عرض النطاق الترددي: 10 ميجا هرتز (666 قناة مزدوجة بعرض نطاق 30 كيلو هرتز)
التكنولوجيا: التبديل التناظري
التحوير: تعديل التردد (FM)
طريقة الخدمة: صوت فقط
تقنية الوصول: الوصول المتعدد بتقسيم التردد (FDMA)
عيوب نظام 1G
جودة الصوت رديئة بسبب التداخل
عمر بطارية سيئ
الهواتف المحمولة كبيرة الحجم (غير ملائمة للحمل)
أمان أقل (يمكن فك تشفير المكالمات باستخدام مزيل تشكيل FM)
عدد محدود من المستخدمين والتغطية الخلوية
التجوال لم يكن ممكنا بين أنظمة مماثلة
2G – الجيل الثاني من نظام الاتصالات GSM
قدم الجيل الثاني من نظام الاتصالات المتنقلة تقنية رقمية جديدة للإرسال اللاسلكي تُعرف أيضًا بالنظام العالمي للاتصالات المتنقلة (GSM). أصبحت تقنية GSM هي المعيار الأساسي لمزيد من التطوير في المعايير اللاسلكية لاحقًا. كان هذا المعيار قادرًا على دعم معدل بيانات يصل إلى 14.4 إلى 64 كيلو بت في الثانية (الحد الأقصى) وهو ما يكفي لخدمات الرسائل القصيرة والبريد الإلكتروني.
تم تقديم نظام الوصول المتعدد بتقسيم الكود (CDMA) الذي طورته شركة Qualcomm أيضًا وتم تنفيذه في منتصف التسعينيات. يحتوي CDMA على ميزات أكثر من GSM من حيث الكفاءة الطيفية وعدد المستخدمين ومعدل البيانات.
الملامح الرئيسية لنظام 2G
النظام الرقمي (التبديل)
خدمات الرسائل القصيرة ممكنة
التجوال ممكن
تعزيز الأمن
نقل الصوت المشفر
أول إنترنت بمعدل بيانات أقل
عيوب نظام 2G
معدل بيانات منخفض
التنقل المحدود
ميزات أقل على الأجهزة المحمولة
عدد محدود من المستخدمين وقدرة الأجهزة
نظام 2.5G و 2.75G
من أجل دعم معدل بيانات أعلى ، تم تقديم خدمة حزمة الراديو العامة (GPRS) ونشرها بنجاح. كان GPRS قادرًا على معدل بيانات يصل إلى 171 كيلو بت في الثانية (كحد أقصى).
كما تم تطوير EDGE – Enhanced Data GSM Evolution لتحسين معدل البيانات لشبكات GSM. كانت EDGE قادرة على دعم ما يصل إلى 473.6 كيلو بت في الثانية (كحد أقصى).
كما تم تقديم تقنية شائعة أخرى CDMA2000 لدعم معدل بيانات أعلى لشبكات CDMA. تتمتع هذه التقنية بالقدرة على توفير معدل بيانات يصل إلى 384 كيلو بت في الثانية (الحد الأقصى).
3G – نظام اتصالات الجيل الثالث
بدأ الجيل الثالث من الاتصالات المتنقلة بإدخال UMTS – أنظمة الاتصالات الأرضية / الاتصالات المتنقلة العالمية. UMTS لديه معدل بيانات يبلغ 384 كيلو بت في الثانية وهو يدعم مكالمات الفيديو لأول مرة على الأجهزة المحمولة.
بعد إدخال نظام الاتصالات المتنقلة من الجيل الثالث ، أصبحت الهواتف الذكية شائعة في جميع أنحاء العالم. تم تطوير تطبيقات محددة للهواتف الذكية التي تتعامل مع الدردشة متعددة الوسائط والبريد الإلكتروني ومكالمات الفيديو والألعاب والوسائط الاجتماعية والرعاية الصحية.
الميزات الرئيسية لنظام 3G
معدل بيانات أعلى
مكالمات الفيديو
أمان محسن ، عدد أكبر من المستخدمين والتغطية
دعم تطبيقات الهاتف المحمول
دعم رسائل الوسائط المتعددة
تتبع الموقع والخرائط
تصفح أفضل للويب
البث التلفزيوني
ألعاب ثلاثية الأبعاد عالية الجودة
3.5G إلى 3.75 أنظمة
من أجل تحسين معدل البيانات في شبكة الجيل الثالث الحالية
يعمل ، يتم إدخال تحسينين تقنيين آخرين على الشبكة. HSDPA – الوصول عالي السرعة لحزم الوصلة الهابطة و HSUPA – وصول حزم الإرسال عالي السرعة ، تم تطويره ونشره على شبكات 3G. يمكن لشبكة 3.5G دعم معدل بيانات يصل إلى 2 ميجابت في الثانية.
نظام 3.75 هو نسخة محسنة من شبكة الجيل الثالث مع HSPA + High Speed Packet Access plus. لاحقًا ، سيتطور هذا النظام إلى نظام 3.9G أكثر قوة يُعرف باسم LTE (تطور طويل الأمد).
عيوب أنظمة الجيل الثالث
تراخيص طيف باهظة الثمن
تكلفة البنية التحتية والمعدات والتنفيذ
متطلبات عرض النطاق الترددي العالي لدعم معدل بيانات أعلى
الأجهزة المحمولة باهظة الثمن
التوافق مع الجيل الأقدم من نظام الجيل الثاني ونطاقات التردد
4G – نظام اتصالات الجيل الرابع
أنظمة 4G هي نسخة محسّنة من شبكات 3G التي طورتها IEEE ، وتوفر معدل بيانات أعلى وقادرة على التعامل مع خدمات الوسائط المتعددة الأكثر تقدمًا. تقنية LTE و LTE اللاسلكية المتقدمة المستخدمة في أنظمة الجيل الرابع. علاوة على ذلك ، فهو متوافق مع الإصدار السابق وبالتالي من الممكن نشر وترقية شبكات LTE و LTE المتقدمة.
النقل المتزامن للصوت والبيانات ممكن مع نظام LTE الذي يحسن بشكل كبير معدل البيانات. يمكن إرسال جميع الخدمات بما في ذلك الخدمات الصوتية عبر حزم IP. تُستخدم مخططات التشكيل المعقدة وتجميع الموجات الحاملة لمضاعفة سعة الوصلة الصاعدة / الهابطة.
يتم إدخال تقنيات الإرسال اللاسلكي مثل WiMax في نظام 4G لتحسين معدل البيانات وأداء الشبكة.
الميزات الرئيسية لنظام 4G
معدل بيانات أعلى بكثير يصل إلى 1 جيجابت في الثانية
تعزيز الأمن والتنقل
انخفاض زمن الوصول للتطبيقات الحرجة للمهمة
دفق الفيديو عالي الدقة والألعاب
نقل الصوت عبر شبكة LTE VoLTE (استخدم حزم IP للصوت)
عيوب نظام 4G
أجهزة وبنية تحتية باهظة الثمن
طيف مكلف (معظم البلدان ، نطاقات التردد باهظة الثمن)
مطلوب أجهزة محمولة متطورة متوافقة مع تقنية 4G ، وهي مكلفة
النشر على نطاق واسع والترقية تستغرق وقتًا طويلاً
5G – نظام اتصالات الجيل الخامس
تستخدم شبكة 5G تقنيات متقدمة لتقديم تجربة إنترنت ووسائط متعددة فائقة السرعة للعملاء. ستتحول شبكات LTE المتطورة الحالية إلى شبكات 5G فائقة الشحن في المستقبل.
في عمليات النشر السابقة ، ستعمل شبكة 5G في الوضع غير المستقل والوضع المستقل. في الوضع غير المستقل ، سيتم استخدام طيف LTE وطيف 5G-NR معًا. سيتم توصيل إشارات التحكم بشبكة LTE الأساسية في الوضع غير المستقل.
سيكون هناك نطاق ترددي أعلى لشبكة 5G الأساسية مخصص لطيف 5G – NR للوضع المستقل. يُستخدم الطيف الفرعي 6 جيجا هرتز لنطاقات FR1 في عمليات النشر الأولية لشبكات الجيل الخامس.
من أجل تحقيق معدل بيانات أعلى ، ستستخدم تقنية 5G موجات ملليمتر وطيف غير مرخص لنقل البيانات. تم تطوير تقنية التعديل المعقدة لدعم معدل البيانات الهائل لإنترنت الأشياء.
اكتشف المزيد حول ما هو 5G NR (راديو جديد) وكيف يعمل 5G NR
ستعمل بنية الشبكة القائمة على السحابة على توسيع الوظائف والقدرات التحليلية للصناعات والقيادة الذاتية وتطبيقات الرعاية الصحية والأمن.
الميزات الرئيسية لتقنية 5G
إنترنت محمول فائق السرعة يصل إلى 10 جيجابت في الثانية
زمن انتقال منخفض بالمللي ثانية (مهم لتطبيقات المهام الحرجة)
إجمالي خصم التكلفة للبيانات
أمان أعلى وشبكة موثوقة
يستخدم تقنيات مثل الخلايا الصغيرة وتشكيل الحزمة لتحسين الكفاءة
توفر شبكة التوافق الأمامي مزيدًا من التحسينات في المستقبل
توفر البنية التحتية القائمة على السحابة كفاءة في استهلاك الطاقة وسهولة الصيانة وترقية الأجهزة
مقارنة بين 1G وتقنية 5G
1G-to-5G- مقارنة
افكار اخيرة
تتطور التكنولوجيا اللاسلكية باستمرار لتلبية الطلبات المتزايدة ومتطلبات المواصفات الأعلى. منذ نشر شبكات الهاتف المحمول من الجيل الأول ، تواجه صناعة الاتصالات الكثير من التحديات الجديدة من حيث التكنولوجيا والاستخدام الفعال للطيف والأهم من ذلك توفير الأمن للمستخدمين النهائيين. ستوفر التقنيات اللاسلكية المستقبلية شبكات متنقلة فائقة السرعة وذات ميزات غنية وآمنة للغاية.