ساختار تکنولوژی های به کار برده شده در نسل سوم شبکه های موبایل
چكيده
با اضافه شدن کاربران موبایل وسرویس های اینترنت پرسرعت بر روی دستگاه های موبایل، انتظارات کاربران افزایش یافته به طوری که بیش از هر وقت خواستار دسترسی سریع و بی وقفه به داده ها ومحتویات با حجم وکیفیت بالا در کمترین زمان و بدون در نظر گرفتن مکان می باشد. نسل سوم شبکه های موبایل یکی از نسل های پاسخگو به این انتظارات است. اولین شبکه نسل سوم در سال1992 اتحادیه جهانی مخابرات طراحی به نام IMT2000 بود. نسل سوم شبکه های موبایل (3G) نسلی از استانداردهای مخابرات سیار و تلفن های همراه است . این نسل قابلیت دسترسی به شبکه اینترنت را با سرعت بالا برای انتقال اطلاعات(دیتا- پیام کوتاه -مکالمه تصویری ) درحین حرکت را فراهم می سازد. ابزار ارتباطی EDGE[1]موجود در گوشی های تلفن همراه باعث افزایش سرعت نرخ و حجم های انتقال دیتا بر روی شبکه های GSM/GPRSمی شود .تکنولوژی نسل سوم صوت و دیتا را با سرعت 144KB/s تا2MB/s برروی فرکانس MHZ5 فراهم می کند. این نسل با رویکرد مولتی میدیا ،دارای انعطاف پذیری بیشتر و سرویس های دسترسی همزمان چند گانه برای یک کاربر است.
واژههاي كليدي: تکنولوژی شبکه موبایل، فرایند انتخاب سلولی، استانداردهای ITU ، مولتی مدیا، انتقال سریع اطلاعات
1- مقدمه
در طي چند دهه ي اخير استفاده از تلفن هاي همراه با استقبال فراواني روبه رو شده است. اين تلفن ها علاوه بر سرويسهاي مخابراتي، قابليت جابجايي در مسافتهاي زياد را نيز به همراه دارند . امروزه که اهمیت وجود انتقال سریع اطلاعات و ارتباطات آنلاین بین دستگاه های بی سیم به وضوح در بین مردم قابل مشاهده شده است ،که این ارتباط ها علاوه بر صوتی به صورت ارتباط تصویری نیز شده است. نياز روزافزون به ارسال داده با نرخ بيت بالا به ويژه در سيستم های مخابرات بي سيم و محدوديت سيستم هاي موجود در برآورده ساختن اين نياز سبب شده كه در سالهاي اخير سيستم هاي مخابرات مبتني بر چندورودي و چندخروجی[2] به خاطراستفاده مؤثر از پهناي باند، مورد توجه بسيار قرار گيرند.[3].
اکنون فناوری های مخابرات سیار تا بدان جا پیش رفته است که کاربران با استفاده از یک ترمینال دستی[3]کوچک می توانند، با هر کس در هر زمان و در هر مکان، انواع اطلاعات (صوت، تصویر و دیتا)را مبادله کنند . این مقاله در حالت کلی نگاهی به پیشرفت ها و تکنولوژی های مهم مخابرات درنسل سوم را دارد. ایجاد امکانات ارتباطی با کمترین محدودیت های مکانی و زمانی از نیاز های بشر است که از دیر باز بدان توجه می شد . در ابتدا,سیستم های مخابراتی جهت انتقال صوت و علائم الکتریکی از سیم هادی استفاده می کردند، اما بعدا با پیشرفت تکنولوژی و به کار گیری امواج الکترومغناطیسی ,امکان
ایجاد ارتباط بی سیم فراهم شد.[2]
موضوعات اصلی مطرح در نسل سوم شبکه های موبایل
- توضیحات مختصری در مورد نسل های مخابرات
- تفاوت این نسل با نسل های قبل
- استانداردهای برند شده برای نسل سوم
- تکنولوژی های نسل 3.5 ،3.75 ،3.9
- فرايند انتخاب سلول در شبکه نسل سوم
دلایل بهتر بودن 3G :
- سرعت انتقال اطلاعات و داده ها با چندین برابر سرعت نسبت به نسل های گذشته
- پخش جریان صوتی و تصویری پیشرفته با کیفیت بالا در حداقل زمان
- پشتیبانی از ویدئو کنفرانس ها و بازدید از اینترنت و وب سایت ها با سرعت بسیار بالا
1-گذری بر نسل های مخابرات سیار
وقتی صحبت از نسل (2،1،0،...)می شود، منظور نسلی از تکنولوژی شبکه های بی سیم است، که در هر کدام از این نسل ها سرعت دسترسی به اینترنت به صورت چشم گیری افزایش یافته است و البته سرویس ارائه شده در هر نسل سر سازگاری با نسل قبلی را ندارد و برای استفاده از آن بایستی گوشی و ابزارهای مرتبط دیگر را ارتقا داد و سرویس دهنده ها نیز می بایستی سخت افزار های جدیدی را نصب نمایند. که به طور کلی تاریخ کامل مخابرات بی سیم به 6 دوره تقسیم می شود[2]:
1-1 تلفن رادیویی سیار (نسل صفر)
این نسل مربوط به سال های 1960 -1950 می باشد.که در این دهه از مخابرات سیار برای کاربردهای پلیسی ، نظامی و هواپیمایی با تجهیزات گران قیمت، مورد استفاده قرار گرفته می شد.
1-2 سیستم های آنالوگ (نسل اول)
نسل اول در سال های 1970 تا 1980 بر پایه تکنولوژی آنالوگ و استفاده از مفهوم سلولی پدید آمد. استفاده از مخابرات سیار سلولی موجب افزایش ظرفیت سیستم ، کاهش هزینه ، بهبود کیفیت سرویس وکاهش توان مورد نیاز شد.
1-3 سیستم های دیجیتال (نسل دوم)
سیستم های نسل دوم در سال های 1980 تا 1990 با استفاده از تکنولوژی دیجیتال تحقق یافت. از استانداردهای اولیه مخابرات سیار سلولی دیجیتال، GSM[4] را می توان نام برد. سرعت دست رسی به اینترنت در نسل دوم در رنجی بینKb/s 6/9 تا 200 Kb/s بود که این نسل فقط برای انتقال صوت به کار برده می شد.
1-4 سیستم های دیجیتال نسل سوم
نسل سوم از اواخر سال 1995 کم کم وارده عرصه مخابرات شد. از مزایای عمده آن بر سیستم های نسل دوم نرخ ارسال بیت بالاتر،پشتیبانی همزمان صدا و تصویر با توجه به بالا بودن نرخ ارسال،قابلیت انعطاف پذیری بیشتر،سرویس های دسترسی چند گانه همزان برای یک کاربر و...می باشد. رنج پهنای باند نسل سوم بین2 M/s Kb/s &128 بود.
1-5 سیستم های دیجیتال نسل چهارم
شبکه های موبایل نسل چهارم ،نامی است که به سیستم های موبایل مبتنی بر [5]IP داده شده است . این نسل قابلیت استفاده از امکانات:GPRS، Bluetooth، شبکه محلی بی سیم(WLAN) ، شبکه محلی رادیویی با کیفیت بالا[6] به یک شبکه واحد دارد.
1-6 سیستم های دیجیتال نسل پنجم
نسل پنجم شبکه های موبایل نامی است ،برای پروژه ها ومقالات تحقیقاتی در سال های2011 تا 2013
2- تفاوت این نسل با نسل های قبل
مزیت نسل سوم شبکه تلفن همراه نسبت به نسل های قبل، بهبود کیفیت تماسهای صوتی، قابلیت انتقال سریع اطلاعات و ارائه اینترنت پرسرعت بر روی تلفن همراه است. جدیدترین نسخه شبکه نسل سوم (HSPA+ ) که در اختیار شرکت خدمات ارتباطی رایتل است و با نامG 3.75 شناخته میشود، امکان سرعت دانلود تا 21 مگا بیت بر ثانیه و سرعت آپلود تا 5.7 مگابیت بر ثانیه را فراهم میکند شبکه G3 به شما این امکان را میدهد تا در حین دانلود یک فایل، به تماسهای خود نیز پاسخ دهید بدون آنکه وقفهای در دانلود اتفاق بیفتد. این در حالی است که در فناوری نسل دوم احتمالا بسیاری از شما تجربة آن را داشتهاید که به محض برقراری تماس، اینترنت شما قطع میشود. با اینترنت پر سرعت 3G از این پس میتوانید با سرعت بالا و حتی در حال حرکت، از دانلود خوب انواع محتواهای چند رسانهای لذت ببرید، و فایلهای خود را 30 برابر سریعتر ازGPRS[7]دانلودکنید[4].
3- استانداردهای برند شده برای نسل سوم:
نسل سوم، نسلی از استانداردهای سرویس های مخابرات سیار و تلفن های همراه است که خصوصیات "مخابرات سیار بین المللی -2000" را که توسط " اتحادیه بین المللی مخابرات" مشخص شده را به اجرا در می آورد. سرویس های کاربردی شامل؛ تلفن صوتی بی سیم در در مساحت وسیع، دست رسی به اینترنت سیار، تلویزیون همراه و تماس های ویدیویی ، همه در یک محیط سیار قابل استفاده هستند. برای برآوردن استانداردهای "مخابرات سیار بین المللی -2000"،سیستمی مورد نیاز است که بتوان حداقل پیک نرخ داده Kb/s 200 را ارائه دهد.[2]
3-1 سیستم جهانی مخابرات سیار(استاندارد شده توسط 3GPP[8])
این استاندارد در سال 2001 پیشنهاد شد، و ابتدا در اروپا ، ژاپن و چین مورد استفاده قرار گرفت.
3-2 سیستم CDMA-2000 (استاندارد شده توسط3GPP)
این استاندارد در سال 2002به صورت اختصاصی در آمریکای شمالی وکره جنوبی به کار برده شد.
3-3 استانداردEDGE اصلاح شده توسط سازمان 3GPP
این استاندارد با روش های انتقال مبتنی برGSM نسل دوم، گره های سوئچینگ مشابه،سایت های ایستگاه پایه و فرکانس هایی مشابه GPRS کار می کند.
3-4 استانداردUMTS اصلاح شده توسط سازمان 3GPP
این استاندارد یک اصلاح کامل از GSM(در متدهای کد گذاری و سخت افزاری) است.
4-نسل سوم اغلب با نام های نسل3.5 و3.75و3.9 شناخته می شود.
4-1 نسل 3.5 (دست رسی بسته ای با سرعت بالا )
این نسل با انتشار در سال 2008 ، از پروتکل HSPA ، که ترکیبی از دو پروتکل تلفن سیار؛"دست رسی بسته ای اتصال پایین با سرعت بالا" و "دست رسی دسته ای اتصال بالا با سرعت بالا" است،به کار برده شده. HSPAحداکثر نرخ داده تا Mb/s14 (در اتصال پایین) و .8Mb/s0 (در اتصال بالا) راپشتیبانی می کند.
4-2 نسل 3.75(HSPA تکامل یافته)
HSPA+ یک استاندارد پهن باند بی سیم که در انتشارهای 7و8 سازمان 3GPPمعرفی شده است. HSAPA تکامل یافته نرخ داده تا Mb/s84 در اتصال پایین و Mb/S22 در اتصال بالا ، با تکنولوژی MIMO، و مدولاسیون بالاتر را ارائه می کند .
4-3 نسل 3.9 (3GPP/LTE)
این نسل از استاندارد LTE[9] استفاده شده است ، که دارای تکنولوژی های شبکه UMTS/HSPA و GSM/EDGE می باشد . نسل 3.9 یک پروژه از سازمانGPP 3 است، که تحت عنوان یک انجمن مشارکتی از انستیتوی استانداردهای مخابراتی اروپا عمل می کند. در نسل سوم با استفاده از تکنولوژی می توانید سرعت 2Mb/S برای دست رسی به شبکه (و اینترنت) در حال سکون، یا در حال حرکت کند (مثل راه رفتن ) سرعتی تا 384Kb/s و در اتومبیل سرعتی حدود 128Kb/s داشته باشید.تکنولوژی نسل سوم با شبکه های بی سیم مخابرات GSM ،TDMA[10] وCDMA[11] سازگاری کامل دارد
نسل فعلی شبکه های مخابراتی سیار در مجموع به عنوان نسل سوم شناخته می شوند (اگر چه LTE اغلب به عنوان نسل چهارم شناخته می شود). اولین انتشار از LTE، به طور کامل با نسل چهارم مطابقت ندارد. بنابراین LTE در واقع یک گام به سوی LTE-Advanced (چهارمین نسل از فناوری های رادیویی،به منظور افزایش ظرفیت وسرعت شبکه های تلفن های همراه طراحی شده است می باشد)
نسل سوم شبکه تلفن همراه(3G)روشی برای انتقال اطلاعات در تلفن های همراه وسیستم های بدون سیم می باشد نسل جدید شبکه موبایل با رویکرد مولتی میدیا می باشد .3Gبرخلاف 2G که نسلی برای انتقال صدا واطلاعات بود ,این نسل سرعت بالا برای انتقال مولتی میدیا را فراهم می سازد .در نسل سوم همه چیز در قالب اطلاعات دیجیتال منتقل می شود .با سرعت نسبتا بالایی که در تلفن های نسل سوم پیش بینی شده است، امکاناتی از قبیل ارتباط های تصویری بی سیم، با کیفیت مناسب مقدور خواهد بود. نسل های جدید از3G که از آن به HSPAنام برده می شود، که به کمک دو تکنولوژی MIMO وMulticarrier قادر به انتقال اطلاعات تا پهنای باند 96 مگابیت بر ثانیه در هر سلول می باشند.
5- فرايند انتخاب سلول در شبکه نسل سوم (UMTS)
در 17 آوريل سال 2001 دو شركت اريكسون و وودافون انگلستان مدعي برقراري اولين مكالمه صوتي در يك شبكه تجاري (Universal Mobile Telecommunication System ) UMTS شدند .شبكه UMTS ،نسل سوم شبكه هاي سلولي بر اساس استانداردهای اروپائی GPP3 بوده و بيشترين سازگاري را با شبکه GSM دارد. اين استاندارد با نامهاي ديگري چون WCDMA
(Wideband Code Division Multiple Access) یاUTRAN-FDD ((Universal Terrestrial Radio Access Network Frequency Division Duplex نیز شناخته می شود.در واقع WCDMAتكنولوژی دسترسی راديوئی استاندارد UMTSمی باشد. در اين استاندارد هر كارير اختصاص داده شده به گوشي مشتركين يا UE ) (User Equipament وسلول های تحت پوشش توسط سایتهای شبكه یا Node Bدارای پهنای باند 5MHzدر مسیر Uplink و 5MHz در مسیر Downlink بوده و معیار تمایز اطلاعات مشترکین مختلف در یک فرکانس حامل ، کدهای گسترش[12]می باشند به عبارت دیگر درتکنولوژی دست رسی رادیوئی WCDMA دو نوع کد مطرح است ؛دسته اول، Scrambling Code است که جهت تمایز بین سلول های مختلف می باشد .و دسته دوم ،Channelization Code است كه تمايز بين مشتركين واقع در محدوده يك سلول را انجام می دهد .
لازم بذكر است بر اساس استاندارد های 3GPP،UTMS نحوه ی اختصاص فركانس حامل به يك ارتباط به دو صورت [13]FDD و TDD[14] امکان پذیر است. روش اشاره شده كه در آن فركانس های Uplink وDownlink مجزا هستند،FDD نامیده می شود. ولی در روش TDD پهنای باند 5MHzبرای Uplink وDownlink به صورت مشترك بر اساس تقسيم زمانی استفاده می شود .روش FDD همگونی بیشتری با نسل GSM دارد ودر ايران نيز از آن استفاده شده است لذا ما نيز تنها به آن می پردازیم. طبق استانداردهای 3GPP تعداد باند های FDD مجاز جهت نسوم شبکه های سلولی به 24باند می رسد که در هر کشوری با توجه به شرایط طیف فرکانسی خود،یکی از آن ها را انتخاب می کنند. در ايران بخشهايی از دو باند فركانسی IMT-2000 و E-GSM900 توسط شرکت تامین تلکام (رایتل) جهت ارائه خدمات نسل سوم مورد استفاده قرار گرفته است.
جدول1: باند های فرکانسی اصلی و ARFCN های مربوط مورده استفاده در شبکه سلولی نسل 3 در ایران
UARFCN‐DL |
UARFCN‐UL |
Downlink(MHz) |
Uplink (MHz) |
Freq Band |
Band |
10562 – 10838 |
9612 – 9888 |
2110 – 2170 |
1920 ‐ 1980 |
2100 |
1 |
3088-2937 |
2863-2712 |
960-925 |
915-880 |
900 |
8 |
نتيجه گيري
نسل های جدید در حدود هر ده سال یکبار پدید آمده اند .که در بین این نسل ها ، نسل سوم را می توان به عنوان چند رسانه ای سیار ، هر زمان وهر مکان ، پشتیبانی متحرک سیاری ، راه حل بی سیم یک پارچه و سرویس شخصی به کار برد. رشد سیستم های تلفن سیار ، افزایش کاربران اینترنت وبالا رفتن انتظار ونیاز های کاربران، مانند تقاضای دست رسی به اینترنت با کیفیت بالا از طریق سیستم های بدون سیستم ، منجر به طراحی سیستم هایی شده است که قادر به برآورده کردن این نیاز ها باشند. کاربران سرویس های مخابراتی در آینده ترجیح می دهند که سرویس های مشابهی را که از شبکه های ثابت دریافت می کنند از یک محیط بی سیم نیز در اختیار داشته باشند .البته انتظار نمی رود که عملکرد بهتر را قربانی حرکت پذیری بیشتر نمایند، چرا که آنها در هر صورت از ابزار های مخابراتی ساکن هم استفاده خواهند کرد .
بنابراین بهترین راه کار این است که سیستم های بی سیم یا شبکه های بی سیم ، با شبکه های ثابت مجتمع شوند ، به همین منظور شبکه های بی سیم به سرعت در حال تکامل و حرکت به سمت شبکه های تماما IP می باشند. در پایان نتیجه حاصل از این مقاله رشد چشم گیر تکنولوژی های مخابرات در زمینه شبکه های موبایل می باشد، به طوری که با بهره گیری از نسل سوم شبکه تلفن همراه می توان از قابلیت ها و امکانات بیان شده در مقاله استفاده کرد.
پیمان حسینی : دانشگاه کردستان - رشته مهندسی فناوری اطلاعات
مراجع
]1 [اسماعیلی ،سید محمد جواد ( بهار1390) "ساختار شبکه GPRS"
[2] یساری زارع ،سلیمه (بهار 1390 ) "مروری بر تحولات در فناوری مخابرات سیار" دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی صفحات 17-21
[3] فرهودی ،احمدعلی و بیغش ،مهرداد(بهار 1386) " آشكارسازی ML درگيرنده سيستم های مخابرات بی سيم"
[4] WWW.RIGHTEL.IR
[1] تکنولوژی نسل سوم
[2] MIMO
[3] Handset
[4] سیستم سراسری مخابرات سیار
[5] Internet Protocol
[6] HIPERLAN
[7] general packet radio service
[8] 3G Partnership Projects
[9] آخرین استاندارد در فناوری شبکه های موبایل
[10] Time division multiple access
[11] Code Division Multiple Access
[12] Spreading Codes
[13] Frequency Division Duplex
[14] Time Division Duplex