ترتبط تقنية 3G و 4G بمعايير الاتصالات المتنقلة. الاتصالات المتنقلة هي واحدة من المناطق النامية باستمرار لتقديم خبرات ذات نطاق ترددي عريض أسرع وأفضل. تقدم كل تقنية جديدة تقدمًا كبيرًا في الأداء والقدرات مقارنة مع سابقتها. يوفر إمكانية الوصول إلى الإنترنت عبر أجهزة مختلفة مثل tab ، كمبيوتر محمول ، سطح المكتب والهواتف المحمولة.
رسم بياني للمقارنة
| أساس للمقارنة | تقنية 3G | تقنية 4G |
|---|---|---|
| عرض النطاق الترددي للبيانات | 2 ميغابت في الثانية - 21 ميغابت في الثانية | 2 ميغابت في الثانية - 1 جيجابت في الثانية |
| الذروة معدل التحميل | 5 ميغابت في الثانية | 500 ميغابت في الثانية |
| ذروة تنزيل معدل | 21 ميغابت في الثانية | 1 جيجابت في الثانية |
| تبديل التكنولوجيا | تحويل الحزمة | تحويل الحزمة ، تبديل الرسائل |
| المعايير | IMT 2000 3.5G HSDPA 3.75G HSUPA | معيار واحد موحد Wimax و LTE |
| تقنية كومة | بيانات الحزمة الرقمية ذات النطاق العريض CDMA 2000 و UMTS و EDGE وما إلى ذلك | بيانات حزم النطاق العريض الرقمي Wimax2 و LTE Advances. |
| نطاق التردد | 1.8 - 2.5 غيغاهرتز | 2 - 8 جيجاهرتز |
| هندسة الشبكات | على نطاق واسع على أساس خلية | تكامل شبكة LAN اللاسلكية ومنطقة واسعة |
| تصحيح الخطأ المرسل | يستخدم الجيل الثالث شفرات turbo لتصحيح الخطأ. | يتم استخدام رموز متسلسلة لتصحيح الخطأ في 4G. |
| تسليم | أفقي | الأفقي والرأسي |
تعريف تقنية الجيل الثالث
الجيل الثالث هو جيل من معايير خدمات الاتصالات المتنقلة التي ترضي الاتصالات المتنقلة الدولية -2000 (IMT-2000) توفر القدرة على نقل الصوت والبيانات (تنزيلات الموسيقى والرسائل الإلكترونية والمراسلة الفورية) عبر نفس الشبكة في نفس الوقت.
وهو يوفر سعة النطاق العريض ، ويدعم عددًا أكبر من عملاء الصوت والبيانات بتكلفة إضافية أقل من سابقتها 2G. يستخدم الجيل الثالث تبديل الدائرة للاتصال الصوتي ، وتحويل حزم البيانات للاتصال.
الحد الأقصى لمعدلات نقل البيانات التي يدعمها الجيل الثالث:
- 2.05 ميغابت / ثانية للأجهزة الثابتة.
- 384 كيلوبت / ثانية للأجهزة المتحركة بوتيرة بطيئة.
- 128 كيلوبت / ثانية للأجهزة المتحركة بسرعة عالية.
تشكيل 3GPP
تم تطوير مشروع شراكة الجيل الثالث (3GPP) خلال تشكيل هيئات الإدارة التي تضمنت تعاون كل من GSM و UMTS. كان مشروع 3GPP يعمل تحت الملاحظة ITU-R (قطاع الاتصالات الراديوية بالاتحاد الدولي للاتصالات) وهو أحد قطاعات الاتحاد الدولي للاتصالات.
وهي مسؤولة عن إدارة الطيف الترددي اللاسلكي الدولي ، لضمان الاستخدام الفعال للطيف وتعريف عائلات التكنولوجيا ، وتربط أجزاء محددة من الطيف مع العائلات.
صدق الاتحاد الدولي للاتصالات أخيرا على عائلة مكونة من خمسة معايير الجيل الثالث (3G) التي هي جزء من إطار الجيل الثالث 3G المعروف باسم IMT-2000 ، بعد محاولة بناء معيار 3G واحد:
- ثلاثة معايير على أساس CDMA (الوصول المتعدد بتقسيم الشفرة) ، وهي:
- CDMA2000
- WCDMA (وصول متعدد لشعبة رمز النطاق العريض) / HSPA + (وصول حزم عالية السرعة)
- TDSCDMA.
- هناك معياران يستندان إلى TDMA (النفاذ المتعدد بتقسيم الزمن) وهما:
- FDMA / TDMA
- TDMA-SC (EDGE).
تعريف تقنية 4G
4G تعني تقنية الجيل الرابع ، وهي عبارة عن مشروع لتطوير ، دمج الجيل الثاني (الجيل الثاني) ، الجيل الثالث (الجيل الثالث) ، الشبكات اللاسلكية المحلية (WLAN) ، أنظمة الأسلاك الثابتة قصيرة المدى في بث واحد وبث ، وظيفية بالكامل ، متسقة وشبكة عمل متماسكة.
وهو امتداد لتكنولوجيا الجيل الثالث (3G) التي توفر القدرات التي يحددها الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) في الاتصالات المتنقلة الدولية (IMT) وتشمل ميزات مثل قابلية التطوير والمرونة والكفاءة والحكم الذاتي والأمن لدعم التفاعل مع أنواع مختلفة من الشبكات وعدد كبير من المستخدمين. من الخدمات الجديدة والقائمة.
يقدم خدمات مخصصة بالكامل (صوت وبيانات ووسائط متعددة) بمعدلات بيانات تصل إلى 100 ميجابت في الثانية ووصولاً متنقلاً للجوّال من أجل:
- التلفزيون المحمول عالية الدقة
- ايبي الهاتف
- خدمات الألعاب
- مؤتمرات الفيديو
- تلفزيون ثلاثي الأبعاد
يتم دمج الإصدارات المحسنة من التقنيات الحالية GSM و GPRS و CDMA و IMT-2000 و W-CDMA و CDMAone والشبكات المحلية اللاسلكية وتقنية Bluetooth في 4G. ومن المتوقع تدفق الصوت / الفيديو عالي الجودة عبر بروتوكول الإنترنت من النهاية إلى النهاية.
إصدارات 4G LTE (Long Term Evolution) و WiMAX (قابلية التشغيل البيني على مستوى العالم من أجل الوصول إلى الميكروويف) في دعم واحد أقل بكثير من معدل بتة ذروة Gbit / s 1 ، هي علامة تجارية 4G من قبل مزودي الخدمة ، ولكن لا يوجد الامتثال الكامل للاتصالات المتنقلة الدولية المتقدمة.
كان الهدف الرئيسي من 4G LTE هو تحقيق قدر كبير من التنقل والاتصال العالمي.
تم تطوير شبكة IP Core بشكل أكبر لدعم معدلات البيانات العالية وخدمات التطبيقات المتقدمة وإدارة شبكة IP والراديو بشكل أكثر كفاءة ولها متطلبات أكثر دقة.
تُستعاض عن تكنولوجيا الراديو الطيف الموزعة التي استُخدمت في الجيل الثالث بما يلي:
- النفاذ المتعدد بتقسيم التردد OFDMA (الإرسال المتعدد المتعامد)
- خداع FDE (معادلة مجال التردد).
ونتيجة لذلك ، تقوم بنقل معدلات بتات عالية جداً دون أن تتأثر بتكاثر واسع الانتشار عبر الراديو متعدد المسيرات.
بالنسبة إلى اتصالات MIMO (متعددة المدخلات متعددة المخرجات) ، يتم تحسين معدل الذروة مرة أخرى باستخدام صفيف الهوائي الذكي. يستخدم التشكيل العالي الترتيب حتى 64 QAM و MBMS (خدمات البث المتعدد الوسائط المتعددة) للبث.
الاختلافات الرئيسية بين الجيل الثالث 3G وتكنولوجيا 4G
توضح النقاط الموضحة أدناه الفرق بين تقنية 3G و 4G:
- عندما يتعلق الأمر بعرض النطاق الترددي للبيانات ، فإن شبكة الجيل الثالث توفر 21 ميغابت في الثانية ، بينما يوفر الجيل الرابع نطاقًا تردديًا لعرض البيانات يبلغ 1 جيجابت في الثانية.
- الحد الأقصى لمعدل التحميل هو 3 ميجابت في الثانية ، في حين أن 500 ميغابت في الثانية هو أعلى معدل لتحميل 4G.
- أعلى معدل تنزيل من الجيل الثالث هو 21 ميجابت في الثانية. في مقابل 4G يوفر معدل تنزيل 1Gbps الذروة.
- يستخدم الجيل الثالث تبديل الحزم لنقل البيانات. من ناحية أخرى ، يتم استخدام كل من الحزمة ورسالة التبديل في 4G.
- في 4G ، يتم استخدام بنية الشبكة المختلطة. على العكس ، يستخدم الجيل الثالث شبكة واسعة تعتمد على الخلايا في المنطقة.
- يعمل CDMA في الجيل الثالث 3G. في مقابل ذلك ، تستخدم تقنية 4G (OFDMA) (النفاذ المتعدد بتقسيم التردد المتعامد).
- تتم إدارة التسليم عموديا في الجيل الثالث 3G ، ولكن في 4G يتم ذلك عموديا وكذلك أفقيا.
- ويدعم الشبكة القائمة على IP الكامل في 4G. ومع ذلك ، في حالة الجيل الثالث 3G ، هي الدائرة والرزم القائمة.
3G / UMTS Architecture
الأجزاء التأسيسية لشبكة 3G UMTS هي
• محطة متنقلة: يمكن أن يكون أي شيء مثل البيانات والهواتف المحمولة التي تدعم الصوت أو علامات التبويب أو أجهزة الكمبيوتر التي يمكن استخدامها كمستخدم نهائي.
• RAN (ﺷﺒﻜﺔ اﻟﻮﺻﻮل اﻟﻼﺳﻠﻜﻲ) : ﺗﺘﺄﻟﻒ ﻣﻦ ﻣﺤﻄﺎت أﺳﺎﺳﻴﺔ ووﺣﺪة ﺗﺤﻜﻢ ﻓﻲ اﻟﻮﺻﻮل اﻟﻼﺳﻠﻜﻲ ﺗﻘﻮم ﺑﺴﺪ اﻟﻔﺠﻮة ﺑﻴﻦ ﻣﺤﻄﺔ اﻟﻬﺎﺗﻒ واﻟﺸﺒﻜﺔ اﻷﺳﺎﺳﻴﺔ كما أنه يتحكم ويدير الواجهة الهوائية للشبكة بأكملها.
• CN (الشبكة الأساسية) : وهي توفر المعالجة الرئيسية وإدارة النظم الفرعية. يتم ترحيل بنية شبكة 3G UMTS من GSM مع بعض التحسينات في عناصر الشبكة الأساسية.
- النطاق المحول للدائرة : يستخدم شبكة الدوائر التي يتم تبديلها والتي يتم فيها توفير رابط مخصص أو قناة مخصصة لفتحة زمنية معينة لمجموعة من المستخدمين. الكتلتان اللتان تظهران في Circuit Switched Domain هما:
- MSC - مركز تحويل الهاتف المحمول يدير المكالمات بتبديل الدارات.
- GMSC - يعمل Gateway MSC كوسيط بين الشبكات الخارجية والداخلية.
- مجال حزم الرزم : يستخدم شبكة IP حيث تكون IP مسؤولة عن نقل واستقبال البيانات بين جهازين أو أكثر. الكتلتان اللتان تظهران في Packet Switched Domain هما:
- SGSN (عقدة دعم خدمة GPRS) : إن الوظائف المختلفة التي تقدمها SGSN هي إدارة التنقلية ، وإدارة الجلسة ، والفوترة ، والتواصل مع مناطق أخرى من الشبكة.
- GGSN (عقدة دعم GPRS للعبّارة) : يمكن اعتباره جهاز توجيه معقد جدًا ويتعامل مع العمليات الداخلية بين شبكات تبديل الرزم الخارجية وشبكة UMTS packet switched.
- IMS (النظام الفرعي للوسائط المتعددة IP) : هو إطار معماري يوفر خدمات IP متعددة الوسائط.
4G LTE Architecture
الأجزاء التأسيسية لشبكة 4G LTE هي
- أجهزة المستخدم (UE) : يمكن أن يكون أي جهاز قادر على إنشاء وظائف الاتصال مثل الهواتف المحمولة وعلامات التبويب وأجهزة الكمبيوتر ، إلخ.
- شبكة النفاذ الراديوي للأرض (U-UTRAN) المتطورة (U-UTRAN): تتحكم في الاتصالات الراديوية بين تجهيزات المستعمل و EPC. يمكن لجهاز LTE للجوال الاتصال بخلية واحدة ومحطة أساسية واحدة في المرة الواحدة. العمليات الرئيسية التي تقوم بها EBS (محطة قاعدة Evolved)
- تستخدم وظائف المعالجة التناظرية والرقمية لواجهة LTE الجوية لإرسال واستقبال الإرسال اللاسلكي إلى جميع الأجهزة التي تعمل بتقنية LTE.
- يتعامل مع التشغيل على المستوى المنخفض عن طريق إرسال رسائل الإشارات والأوامر.
- Core Evolved Packet Core (EPC) : يتواصل مع شبكات حزم البيانات الداخلية والخارجية والنظام الفرعي للوسائط المتعددة IP. يتكون من الكتل التالية:
- HSS: يحتفظ Home Subscriber Server بكافة المعلومات حول جميع مشتركي مشغل الشبكة في قاعدة بيانات مركزية.
- MME: يعالج كيان إدارة التنقلية العملية عالية المستوى من خلال رسائل التشوير و HSS.
- S-GW: تقوم بوابة التشوير بتثبيت الحركة ونقل البيانات بين بوابة PDN والمحطة القاعدة.
- P-GW: تتصل عبّارة شبكة عبّارة الحزم بواجهات توظيف PDN. ينفذ عمليات مثل تخصيص عنوان IP وتصفية الحزمة.
- PCRF: وظيفة التحكم في السياسة والقاعدة مسؤولة عن التحكم في عمليات الشحن المستندة إلى التدفق في وظيفة فرض مراقبة السياسة (PCEF) وصنع القرار في مراقبة السياسات.
مزايا الجيل الثالث 3G
- وهي تستخدم نطاقات تردد 2G بعرض نطاق ترددي يصل إلى 230MHz لتحقيق التجوال العالمي والخدمات المتعددة.
- القناة الراديوية عريضة النطاق لدعم الخدمات عالية السرعة - تستخدم قناة الموجة الراديوية عرض النطاق الترددي الذي يصل إلى 20 مترًا والذي يرتقي بمعدل الرقائق والخبو المضاد للتعدد المسيرات.
- في قناة النطاق العريض ، يمكن التحكم في جودة الأعمال من خلال تطبيق تعدد إرسال الوقت وإعادة استخدام الكود. يتم اختيار عوامل انتشار مختلفة ، ومعدلات مختلفة تحتاج إلى QOS مختلفة يمكن تعيينها في قناة النطاق العريض لتحقيق النقل متعدد الخدمات ومتعدد المعدلات .
- لتحسين أداء قناة الإرسال للوصلة الهابطة ، يتم تطبيق تقنية التحكم في طاقة الحلقة المغلقة بسرعة.
- لضبط القدرة التكييفية ، خفض التداخل الذاتي للنظام وتعزيز حساسية المستقبِل وزيادة سعة النظام ، يتم تنفيذ صفيف الهوائي التكيفي في محطة قاعدة 3G.
WCDMA ، تتكون أساسا من الجانبين التاليين أي تشفير القناة والتحكم في القدرة. - مطلوب تكنولوجيا التحويل من أجل توصيل شبكات المطاريف والشبكات المتنقلة عندما تكون المطاريف غير ثابتة وتحول موقعها من تغطية محطة أساسية إلى محطة قاعدة أخرى.
مزايا 4G
- تقليل فترات التأخير لكل من إنشاء الاتصال ووقت استجابة الإرسال .
- زيادة معدل نقل بيانات المستخدم.
- زيادة معدل بت حافة الخلية .
- خفض التكلفة لكل بت بتوظيف كفاءة طيفية معززة.
- مبسط للشبكة المعمارية .
- التنقل السلس بما في ذلك بين تكنولوجيا الوصول الراديوي المختلفة.
- استهلاك معقول للطاقة للجهاز المحمول.
- يقلل من تكلفة المعدات لأنه يلغي الحاجة إلى تعادل تردد مكلفة في الاستقبال.
- ويوفر خدمات أمنية متكاملة .
حدود الجيل الثالث
- تكلفة البنية التحتية الخلوية ، ورفع مستوى محطات قاعدة مرتفعة للغاية.
- لم يتم تنفيذ أعمال التجوال والبيانات / الصوت بشكل جماعي بعد.
- استخدام الطاقة مرتفع.
- يحتاج محطات قاعدة قصيرة المسافة ومكلفة.
حدود 4G
- تنسيق الموقع وتنسيق الموارد لإضافة أجهزة جديدة غير كافية.
- يمكن التعامل مع المكالمات والخدمات الصوتية المحدودة لبعض الوقت.
- كونها خدمة بيانات مركزة ، فإنها تتطلب نطاقًا تردديًا عريضًا.
- لا توفر خدمات جيدة في المناطق الريفية بسبب متطلبات الشبكة اللاسلكية ولا يتم توسيع شبكة 4G بشكل جيد في تلك المناطق.
استنتاج
توفر تقنيات الجيل الرابع خدمات أفضل مقارنة بتكنولوجيات الجيل الثالث ؛ من حيث سرعة نقل البيانات ، معدل بتات الحافة الخلوية ، التكلفة ، التنقلية ، استهلاك الطاقة للأجهزة المحمولة. ومع ذلك ، هناك بعض مشاكل التوافق في 4G.
