با پیشرفت تکنولوژی، دنیای نسل تلفن‌های همراه هم به طور مداوم در حال تکامل هستند. هر چند سال یکبار، یک نسل جدید شبکه تلفن همراه ظهور می‌کند و دارای مجموعه‌ای خاص از استانداردهاست که توسط اتحادیه بین‌المللی مخابرات (UTI) تعیین می‌شود. هر نسل شبکه تلفن همراه با پهنای باند استاندارد، عملکرد فرکانس، استاندارد شبکه و سیستم دسترسی چندگانه تعریف می‌شود. برای آشنایی بیشتر با این مباحث، در این مقاله به معرفی و مقایسه نسل‌های تلفن همراه خواهیم پرداخت. با ما همراه باشید.

تاریخچه شبکه‌های تلفن همراه و مقایسه نسل های تلفن همراه

شبکه تلفن همراه اولین بار در آوریل ۱۹۷۲ با اولین تماس با یک گوشی ایجاد شد. تلفن‌های همراه هم با معرفی اولین تلفن همراه توسط موتورولا در ۳ آوریل ۱۹۷۳ به بازار آمدند. نسل این تلفن‌ها به G0 معروف بودند که در آن از فناوری‌های مختلفی مثل Push to talk، سیستم تلفن همراه، سیستم تلفن همراه بهبودیافته و غیره استفاده می‌شد. مارتین کوپر، یکی از کارمندان شرکت موتورولا، یک فرد تاثیرگذار در توسعه اولین تلفن همراه به حساب می‌آید. قبل از او از گوشی‌ها در وسایل نقلیه استفاده می‌شد اما او اولین تلفن همراه قابل حمل واقعی را به بازار عرضه کرد.

در حقیقت بشر، در نسل ارتباطات سیار تحول بسیار بزرگی را پشت سر گذاشته‌ است. مقایسه نسل‌های تلفن همراه، به راحتی به ما نشان می‌دهد که هر یک از نسل‌ها در مقایسه با نسل‌های قبلی، ارتباطات ما را تا چه حد سریع‌تر، ایمن‌تر و قابل اعتمادتر کرده‌اند. ما هم به همین منظور در ادامه به معرفی نسل‌های مختلف تلفن همراه و چگونگی پیدایش‌شان خواهیم پرداخت و به سراغ آخرین پیشرفت‌هایی که تا‌کنون انجام شده است، می‌رویم.

‏نسل جدید شبکه تلفن همراه به چه شبکه‌ای گفته می‌شود؟

اول از همه این را بگوییم که حرف “G” مخفف Generation است که به فناوری‌های بی‌سیم نسل بعدی اشاره دارد.

‏در واقع نسل جدید شبکه‌ تلفن همراه، به نوعی یک شبکه سلولی‏‏ است که به طور کلی با شماره‌اش مشخص می‌شود. از G1 شروع می‌شود و تا  G7.5‌(البته از نظر تئوری) ادامه دارد. در واقع  شبکه‌های تلفن همراه اولیه، در درجه اول برای برقراری ارتباط صوتی در نظر گرفته شده بودند اما کارشناسان شبکه فکر کردند که باید سرعت انتقال داده‌ها بیشتر، پوشش شبکه بهتر و تاخیر کمتر شود. آنها برای برآورده کردن این نیاز، نسل‌های جدیدتری از شبکه‌های تلفن همراه را به وجود آوردند و استانداردهای خاصی را برای شبکه تعیین کردند. این نسل‌ها همگی اجزای مشخصی دارند که عبارتند از:

•       فرکانس
•       پهنای باند
•       سیستم دسترسی چندگانه
•       تکنولوژی استاندارد

این مقاله در مورد نسل‌های تلفن همراه است، اما نسل‌های G0، G1 و G2 را به دلیل قدیمی‌بودنشان پوشش نخواهد داد. در ادامه مقایسه نسل‌های تلفن همراه، از G3 شروع می‌کنیم.

نسل سوم شبکه تلفن همراه (۳G)

شبکه ۳G که در سال ۲۰۰۱ توسط SK Telecom کره جنوبی به صورت تجاری منتشر شد، پیشرفت‌های قابل توجهی را نسبت به نسل‌های قبل از نظر سرعت به همراه داشت. این نسل از تکنولوژی سوئیچینگ بسته استفاده می‌کرد که امکان انتقال سریع‌تر داده‌ها و استفاده کارآمدتر از منابع شبکه را به وجود می‌آورد.

با بهبود نرخ انتقال داده‌ بهتر، کاربران ۳G می‌توانستند به راحتی در وب بچرخند، ایمیل ارسال و از برنامه‌ها و خدمات پیشرفته‌تر در دستگاه‌های تلفن همراه خود استفاده کنند.

اولین استاندارد شبکه ۳G دسترسی چندگانه تقسیم کدی پهن باند، WCDMA بود که به عنوان UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) شناخته می‌شد. WCDMA توسط پروژه مشارکت نسل سوم (۳GPP)، همکاری بین چندین سازمان استاندارد مخابراتی توسعه یافت.

هنگام مقایسه نسل‌های تلفن همراه، می‌بینیم که شبکه ۳G برای اولین بار از سیستم دسترسی چندگانه تقسیم کد برای ارسال اطلاعات استفاده می‌کند. این مکانیسم برای چندگانه‌سازی استفاده می‌شود و مدل سوئیچینگ بسته، با استفاده از سه باند فرکانس اصلی ۸۵۰، ۱۹۰۰ و ۲۱۰۰ مگاهرتز را به کار می‌گیرد.

حداکثر سرعت این نسل، به تحرک‌پذیری دستگاه بستگی داشت. برای دستگاه‌های سیار مثل تلفن‌های همراه، حداکثر سرعت ۳۸۴ کیلوبیت در ثانیه و برای دستگاه‌های غیرسیار، حداکثر سرعت ۲ مگابیت در ثانیه بود.

یکی از ویژگی‌های برخی از نسل‌های شبکه تلفن همراه، داشتن چندین نسل میانی است. مثلا شبکه ۳G و ۴G، به ترتیب ۲ و ۳ نسل میانی دارند. در ادامه مقایسه نسل‌های تلفن همراه، برای اینکه با این مفهوم بیشتر آشنا شوید، به معرفی نسل‌های میانی ۳.۵G و ۳.۷۵G می‌پردازیم.

شبکه ۳.۵G )HSPA)

شبکه ۳.۵G، به عنوان شبکه دسترسی بسته با سرعت بالا (HSPA) شناخته می‌شود، ورژن پیشرفته ۳G است. این تکنولوژی ترکیبی از دو تکنولوژی است: دسترسی به بسته‌های Downlink با سرعت بالا (HSDPA) و دسترسی به بسته‌های Uplink با سرعت بالا (HSUPA).

HSPA برای اولین بار در سال ۲۰۰۶ معرفی شد و امکان افزایش نرخ انتقال داده‌ها، کاهش تاخیر و بهبود کیفیت تماس صوتی را در مقایسه با ۳G فراهم کرد. با HSDPA، نرخ انتقال داده تا ۱۴.۴ مگابیت در ثانیه قابل دستیابی بود اما HSUPA باعث شد داده‌ها امکان آپلود تا ۵.۸ مگابیت در ثانیه را داشته باشند.

شبکه ۳.۷۵G )+HSPA+)

HSPA نسخه تکامل یافته HSPA است که از استاندارد شبکه MIMO (خروجی چندگانه-ورودی چندگانه) استفاده می‌کند. این استاندارد، سرعت شبکه را به مقدار فرضی ۲۲Mbps برای ارسال سیگنال و ۱۶۸Mbps برای دریافت سیگنال افزایش داد.

از جذابیت‌های مقایسه نسل‌های تلفن همراه اینست که متوجه می‌شوید این شاخه از رشته مخابرات، فقط به همین اطلاعات کمی که داریم، خلاصه نمی‌شود و جزئیات زیادی دارد.

اگر می‌خواهید به طور مفصل با جزئیات هر کدام از شبکه‌ها آشنا شوید، بهتر است PDF نسل‌های تلفن همراه که به راحتی در اینترنت در دسترس است را سرچ و دانلود کنید.

نسل چهارم شبکه تلفن همراه (۴G)

شبکه ۴G که برای اولین بار در سال ۲۰۰۹ در اسلو نروژ به صورت تجاری منتشر شد، یک تکنولوژی پهنای باند بی‌سیم است که اتصال به اینترنت سریع‌تر و قابل‌اعتمادتر را در مقایسه با نسل‌های پیشین خود فراهم می‌کند.

یکی از ویژگی‌های اصلی ۴G، قابلیت انتقال داده‌ها با سرعت بالا است. این ویژگی این امکان را می‌داد تا سرعت دانلود تا ۱ گیگابیت در ثانیه افزایش یابد که به طور قابل توجهی سریع‌تر از تکنولوژی قبلی ۳G است. این سرعت بیشتر، امکان پخش فیلم‌های باکیفیت، اجرای بازی‌های آنلاین، و دانلود سریع‌تر فایل‌های بزرگ را فراهم می‌کند.

یکی دیگر از ویژگی‌های مهم ۴G در مقایسه نسل‌های تلفن همراه، تاخیر کم آن است. این یعنی تاخیر کمتری در انتقال داده‌ها بین دستگاه‌ها وجود دارد. پایین بودن تاخیر برای برنامه‌هایی مثل ویدئو کنفرانس و بازی‌های آنلاین که نیاز به اتصال آنی و در لحظه دارند، مهم است.

نسل چهارم شبکه تلفن همراه از یک استاندارد شبکه به نام Long-Term Evolution (LTE) استفاده می‌کند که استانداردی برای ارتباطات بی‌سیم پهن‌باند است. این سیستم از یک مدل دسترسی چندگانه به نام دسترسی چندگانه تقسیم فرکانس متعامد (OFDMA) استفاده می‌کند که با اجازه دادن به چندین دستگاه برای انتقال داده‌ها استفاده کارآمدتر از پهنای باند را به طور همزمان امکان‌پذیر می‌کند.

۴G علاوه بر اتصال سریع‌تر و قابل اعتماد به اینترنت، ویژگی‌های امنیتی مثل پروتکل‌های رمزگذاری و احراز هویت را هم دارد. این ویژگی باعث می‌شود که داده‌های کاربران از دسترسی و رهگیری غیرمجاز محافظت شوند.

نسل پنجم شبکه تلفن همراه (۵G)

نباید در مقایسه نسل‌های تلفن همراه، از نسل پنجم شبکه (۵G) که در حال حاضر در ایران، آخرین و پیشرفته‌ترین تکنولوژی شبکه تلفن همراه است؛ غافل شد. این نسل، برای پاسخگویی به تقاضای روزافزون افزایش سرعت انتقال و قابل اطمینان‌تر کردن داده‌ها، ایجاد شده است.

از مزایای کلیدی نسل پنجم شبکه تلفن همراه می‌توان به سرعت بالاتر برای انتقال داده‌ها، تاخیر کمتر، افزایش ظرفیت شبکه و بهبود اتصال اشاره کرد. با ۵G، کاربران می‌توانند فایل‌های بزرگ را دانلود، فیلم‌های با کیفیت بالا را پخش و در کنفرانس‌های ویدئویی با‌کیفیت بالا شرکت کنند. از لحاظ تئوری، تخمین زده می‌شود که سرعت دانلود ۵G، ۲۰ برابر سریعتر از ۴G است.

علاوه بر عملکرد سریع، ۵G امکان استفاده از فناوری‌های جدید مثل اتومبیل‌های خودران، واقعیت افزوده و اینترنت اشیاء (IoT) را هم میسر می‌کند. این فناوری‌ها، نیاز به یک شبکه با سرعت بالا و تاخیر کم برای عملکرد مناسب دارند و ۵G دقیقا همین کار را انجام می‌دهد.

هنگام مقایسه نسل‌های تلفن همراه، می‌بینیم که ۵Gاز فناوری‌‌های چندگانه‌ای مثل تقسیم فرکانس متعامد (OFDM)، ورودی چندگانه، خروجی چندگانه (MIMO) و باندهای فرکانس موج میلی‌متری (mmWave) استفاده می‌کند.

۶G؛ نسلی فراتر از شبکه‌های ۵G

اگرچه شبکه‌های ۵G برای رسیدگی به برخی از مشکلاتی که در نسل‌های قبلی شبکه وجود داشتند؛ به وجود آمدند اما تحقیقات برای شبکه‌ دیگری که بر محدودیت‌های شبکه‌های ۵G غلبه کند، آغاز شده است. انتظار می‌رود این شبکه‌ها سرعت داده‌ها را بالاتر، تاخیر را کمتر و اتصال را قابل‌اعتمادتر از ۵G کنند.

یکی از فناوری‌های کلیدی که فراتر از شبکه‌های ۵G مورد بررسی قرار می‌گیرد، ارتباطات تراهرتز (THz) است که از باند فرکانس بسیار بالاتر از ۱۰۰ گیگاهرتز، استفاده می‌کند. ارتباطات THz پتانسیل بالا بردن میزان داده منتقل‌شده (نرخ انتقال داده) تا چندین ترابیت در ثانیه را دارد که چندین برابر سریع‌تر از حداکثر میزان نرخ انتقال داده‌های شبکه‌های فعلی ۵G است.

تکنولوژی دیگری که فراتر از شبکه‌های ۵G شناخته شده و مورد تحقیق قرار گرفته است، ارتباطات نوری فضای آزاد (FSO) است که از امواج نور برای انتقال داده‌ها از طریق جو استفاده می‌کند. در نتیجه نرخ انتقال داده‌ها بسیار بالاتر و تاخیر کمتر خواهد بود.

۶Gدر مقایسه نسل‌های تلفن همراه سربلند بیرون آمد زیرا شامل دسترسی چندگانه غیرمتعامد (NOMA) است که یعنی به چندین کاربر اجازه می‌دهد تا منابع رادیویی مشابه را در هر لحظه به اشتراک بگذارند و از تکنیک‌های هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشین (ML) برای بهینه‌سازی عملکرد شبکه و افزایش بازده انرژی استفاده کنند.

جدول مقایسه نسل‌های تلفن همراه

جدول زیر تفاوت نسل‌های اینترنت از ۱G تا ۵G را بر اساس سرعت، استاندارد شبکه و سیستم‌های دسترسی چندگانه، با هم مقایسه می‌کند:

جمع‌بندی

همانطور که در مقایسه نسل‌های شبکه تلفن همراه از نسل ابتدایی ۱Gدر دهه ۱۹۸۰ تا به الان که از نسل ۵G استفاده می‌شود؛ دیدید، این فناوری رشد قابل توجهی از نظر نرخ انتقال داده‌ها، پوشش شبکه و کیفیت تماس داشته است. مثلا ۵G توانسته ایرادات نسل‌های قبلی خود را برطرف و استفاده از اپلیکیشن‌های سنگین و حجیم جدید را ممکن کند. در این مبحث حرف برای گفتن زیاد است اما اگر شما هم مایلید در مورد ساختار شبکه تلفن همراه و نسل‌های مختلف آن به صورت تخصصی مطالعه کنید، توصیه می‌کنیم حتما در دوره شبکه‌های مخابرات سیار که به صورت جامع و کامل به معرفی نسل‌های مختلف پرداخته است، شرکت کنید. در این دوره، هر آنچه لازم است در مورد این شبکه‌ها بدانید، در اختیارتان قرار داده شده است.

برخی از سوالات متداول

در ادامه مقاله مقایسه نسل‌های تلفن همراه، به چند نمونه از سوالاتی که در این زمینه وجود دارد، پاسخ می‌دهیم.

آیا G7 در کشورهای دیگر راه‌اندازی شده است؟

خیر۷G  و ۸G در حال حاضر وجود خارجی ندارند، بنابراین هیچ کشوری حتی ژاپن از آنها استفاده نمی‌کند.

LTE مربوط به چه نسلی است؟

LTE فناوری و نوعی معماری است که در G4 به کار برده شده است. همه تلفن‌های دارای شبکهG4 ، از سال ۲۰۲۲ از فناوری LTE استفاده می‌کنند.