تلفن همراه 3G يعني چي؟

keyvan

مقدمه

اولين کشوري که از شبکه 3G به صورت گسترده و تجاري استفاده کرد، کشور ژاپن بود. در اولين روز ماه اکتبر سال 2001، بزرگ ترين و قويترين غول ارتباطي ژاپن، NTT DoCoMo، سرويس¬هاي مخابراتي خود را به نسل سوم مجهز کرد.

ار تاريخ 2005، شبکه هاي نسل سوم ضريب نفوذ خود را افزايش داده¬اند، يکي از علل را مي توان در پر شدن گنجايش نسل دوم شبکه¬هاي مخابراتي دانست. شبکه هاي نسل دوم براي انتقال اطلاعات صوتي با سرعت پايين طراحي شده است. از همين رو براساس نياز هاي مشترکين به ارتباطات پر سرعت تر، اين نسل وارد عمل شد.

3G نسل جديد شبکه موبايل با رويکرد مولتي مديا مي‏باشد. برخلاف GSM که نسلي براي انتقال صدا و اطلاعات بود، اين نسل جديد سرعت بالا براي انتقال مولتي مديار را فراهم مي‏سازد.

نسل سوم به صدا به چشم اطلاعات ديجيتال مي¬نگرد. در اين نسل، آنچه منتقل مي شود data است، خواه آن data صداي من و شما باشد که با تلفن با هم صحبت مي کنيم، و يا اطلاعات موجود در يک سايت اينترنت، يا يک پيام کوتاه و غيره. در نسل سوم همه چيز در قالب اطلاعات ديجيتال منتقل مي شود. با سرعت نسبتا بالايي که در تلفن هاي نسل سوم پيش بيني شده است، امکاناتي از قبيل تلفن هاي تصويري بي سيم، با کيفيت مناسب مقدور خواهد بود.

استاندارد هاي نسل سوم تلفن هاي همراه

اتحاديه بين المللي ارتباطات (ITU) استاندارد نسل سوم موبايل را به نام IMT-2000 معرفي کرد.ITU نيازهائي را که بايد توسط سيستم ارتباطات موبايل نسل سوم برآورد شود را بر اساس استاندارد IMT-2000 مشخص کرده است. در اين راستا پيشنهاد¬هايي از سوي کشورهاي مختلف ارائه شده اند. از جمله:

• اروپا در اين رابطه UMTSرا معرفي کرد که يکي از ده پيشنهاد سراسر جهان مي¬باشد.

• ژاپن W-CDMA را پيشنهاد کرده است

• آمريکا دو تکنولوژي اصلي را پيشنهاد کرده است. يکي از آنها CDMA-2000 مي باشد که توسعه اي از IS-95 است و از لحاظ تجاري به نام CDMA-one شناخته مي شود، و ديگري UWC-136 است که تکاملي از IS-136 مي باشد.

معروف ترين استاندارد¬هاي نسل سوم، W-CDMA ، UMTS و CDMA2000 هستند. در ادامه به معـرفي مختـصر هر کدام مي پردازيم.

W-CDMA

استاندارد WCDMA يكى از استانداردهاى تأييد شده براى تلفن¬هاى همراه نسل سوم است که از يك فركانس ۵ مگاهرتزى براى انتقال صوت و ديتا (با هم) استفاده مى¬كند. اين تكنولوژى سرعت هاى انتقال داده از ۱۴۴كيلو بيت در ثانيه تا ۲ مگابيت در ثانيه را فراهم مى آورد.

UMTS

استاندارد UMTS که توسط 3GPPتعريف شده است، در حقيقت نسل جديد سيستم مخابراتي GSM است که امکانات لازم براي نسل سوم تلفن هاي همراه را فراهم مي آورد و اساساَ براي كشورهايي با شبكه GSM توسعه يافت.UMTS استانداردي است که توسط اتحاديه بين المللي ارتباطات راه دور، براي ايجاد ارتباطات بي¬سيم پيشرفته بنيان گذاشته شده است. شبکه هاي UMTS از تکنولوژي WCDMA بهره مي برند. در ميان عموم، گاهي عبارات UMTS و WCDMA به جاي يکديگر مورد استفاده قرار مي گيرند. استاندارد UMTSعلاوه بر فراهم كردن سرعت دسترسي بالا، ظرفيت بيشتري را در يك طيف مشخص شده ارائه مي¬دهد.

CDMA2000

استاندارد CDMA2000 توسعه اي ازCDMA-IS-95 بوده و براي ارائه سرعت 2 مکابيت بر ثانيه استفاده مي شود. اين استاندارد که توسط 3GPP2 تعريف شده است، خانواده‌اي از تكنولوژي ها را ارائه مي‌دهد، كه شامل دو مورد زير است:

• CDMA2000 1X: مي‌تواند ظرفيت صداي CDMAOne را دو برابر كند، و بسته‌هاي اطلاعاتي را با حداكثر سرعت 307 كيلو بايت در ثانيه در محيط هاي موبايل تحويل دهد. اين استاندارد در نسل دوم تلفن هاي همراه به کار مي رود.

• CDMA2000 1xEV: که شامل موارد زير است:

• CDMA2000 1x EV-DO: اين استاندارد سرعت ماكزيم اطلاعاتي برابر با 2.4 مگا بايت در ثانيه تحويل مي‌دهد و مي‌تواند كاربردهايي چون تبادل ويدئو كنفرانس را پشتيباني کند.

• CDMA2000 1xEV-DV : اين استاندارد صداي يكپارچه و سرويس‌هاي همزمان چند رسانه‌اي بسته اطلاعاتي با سرعت بالايي برابر با بيش از 3.09 مگا بايت در ثانيه را فراهم مي‌كند.

مزيت‌هاي CDMA2000

استاندارد CDMA2000، که تکامل استاندارد CDMAOne مي باشد، مزيت‌هاي زيادي از تجربيات عملكرد CDMAOne در سال هاي متمادي، بدست آورده است. بنابراين CDMA2000 يك تكنولوژي بسيار موثر و مستحكم است. با تاييد كردن پشتيباني صدا و اطلاعات، استاندارد آن ايجاد، و در باندهاي مختلف طيف از جمله تخصيص IMT-2000 مورد آزمايش قرار گرفت. برخي از مزيت‌هاي آن عبارتند از: افزايش ظرفيت صدا، عبور از ميان اطلاعاتي بالاتر، انعطاف‌پذيري باند فركانسي، افزايش عمر باتري، سنكرون بودن، كنترل توان، رد و بدل آسان، تنوع ارسال، كانال‌هاي اطلاعاتي و صدا، كانال‌هاي ترافيكي و تكميلي، رمزنگاري توربو، سازگاري وارونه كامل، سرويس‌هاي انتقال چندگانه بهتر ، مديريت کيفيت سرويس.

در ضمن اين نکته بايد يادآوري شود که هيچ توافقي روي پيشنهادهاي CDMA (که منجر به يک استاندارد شود) صورت نگرفته است. البته که هماهنگي هايي بين UMTS و CDMA2000 وجود دارد و خيلي از پارامترهاي راديويي يکسان مي باشد.

سرويسهاي نسل سوم تلفنهاي همراه

يک شبکه ارتباط از راه دور پيشرفته مثل UMTS سرويس هاي متنوعي را فراهم مي کند. سرويس هاي ارائه شده توسط UMTS را مي توان به سه گروه اصلي تقسيم کرد

سرويس هاي پايه

سرويس پايه سرويسي است که ارتباط کامل بين دو گره انتهايي، مثلاً دو کاربر موبايل را براساس پروتکل استاندارد فرهم مي کند. برخي از سرويس هاي پايه درصورتي که استاندارد شوند، مي توانند بين شبکه هاي مختلف مورد استفاده قرار گيرند، ولي برخي ديگر فقط درون يک شبکه استفاده مي شوند و نيازي به استاندارد هاي بين شبکه اي ندارند. موارد زير از اين دسته اند

• سرويس تلفني عادي

• تماس هاي اظطراري

• سرويس پيام کوتاه به صورت mobile terminated

• سرويس پيام کوتاه به صورت mobile originated

• نتقال فکس گروه 3 به صورت صوت و فکس غيرهم زمان

• نتقال فکس گروه 3 به صورت صوت و فکس اتوماتيک

• سرويس هاي تلفني صوتي

• دسترسي به اينترنت

سرويس هاي حامل

سرويس هاي حامل، سرويس هاي ارتباط از راه دوري هستند که امکان انتقال مناسب سيگنال¬ها را بين دو نقطه دسترسي فراهم مي کنند. اين سرويس ها مي توانند به صورت سوئيچ مداري يا سوئيچ بسته اي باشند و مربوط به سه لايه اول مدل OSI هستند. اين سرويس شامل انتقال ديتا به صورت آسنکرون و سنکرون مي باشد که نرخ بيت آن در حالت سنکرون 9600، 4800، 2400 و1200 بيت بر ثانيه بوده و درحالت آسنکرون علاوه بر اينها نرخ بيت 300بيت بر ثانيه را نيز ارائه مي دهد.

سرويس هاي تکميلي

سرويس هايي هستند که به شبکه اجازه مي دهند تا قابليت هاي کنترلي بيشتري براي کاربر در مورد استفاده از شبکه فراهم سازد. تمام سرويس هاي مکمل را ميتوان بر حسب نياز کاربر به او اختصاص داد. اين دسته از سرويس ها بر اساس دو گروه قبلي بوده، و آنها را تکميل مي کنند. سرويس هاي تکميلي مي توانند به صورت عمومي باشند يا نه. که سرويس هاي عمومي براي همه مشترکين قابل استفاده هستند و نياز به پيش تنظيمات خاصي با تأمين کننده سرويس ندارند. موارد زير برخي از سرويس¬هاي تکميلي ارائه شده توسط 3G مي باشند.

• نمايش هويت تماس گيرنده

• پنهان نمودن هويت تماس گيرنده

• انتقال مکالمه بدون شرط

• انتقال مکالمه در صورت مشغول بودن تلفن

• انتقال مکالمه در صورت پاسخ ندادن به تماس

• انتقال مکالمه در صورتدر دسترس نبودن مشترک

• تکميل مکالمه، اين سرويس به دو صورت Call Waiting و Call Hold قابل استفاده است.

• کنفرانس تلفني

• گروه کابري بسته

• محدوديت هاي تلفني

کاربرد هاي نسل سوم تلفن هاي همراه

موارد زير مثال هايي از کاربرد هاي موبايل هاي نسل سوم هستند.

• انتقال صدا

انتقال صدا همواره مهم ترين کاربرد ارتباط هاي راه دور موبايل باقي خواهد ماند. اگرچه صدا به مرور با ديگر انواع ارتباطات راه دور ترکيب مي شود تا ارتباط چند رسانه اي را ميسر نمايد. خود صدا نيز به تنهايي مي تواند شکل هاي جديدي از ارتباط را ايجاد کند، از جمله کنفرانس هاي صوتي چند نفره و يا ايميل هاي صوتي که مي توانند جايگزيني براي پيام هاي متني مثل ايميل و SMS باشند.

• انتقال پیام

تبادل پيام نيز يکي از مهم ترين کاربرد¬هاي تلفن همراه است. موفقيت چشم گير SMS نيز نشان مي دهد که سرويس هاي مشابه اين سرويس، بازار خوبي خواهند داشت. در موبايل هاي 3G ارسال SMS هاي متني هم چنان ممکن است، البته نرخ انتقال داده بالاتر، ارسال مواردي بيش از متن ساده را ممکن مي سازد. سرويس پيام هاي چندرسانه اي يا MMS از جمله سرويس های ارائه شده توسط 3G است. يک پيغام MMS مي تواند حاوي متن، تصوير، صدا و ويدئو باشد. به عنوان مثال يک پيغام MMS مي تواند يک کارت پوستال الکترونيکي، يک روزنامه الکترونيکي، اخبار، اطلاعات ترافيک، نقشه و دستورالعمل هاي رانندگي، يک قطعه موسيقي، تبليغات باشد و يا براي خريد الکترونيکي به کار رود. هم چنين تلفن هاي 3G امکان ارسال و دريافت پيام هاي پست الکترونيکي (ايميل) و دانلود بسيار سريع ضميمه هاي آنها را فراهم مي¬کنند.

• تلفن تصويري و ويدئو کنفرانس

از طريق سرويس تلفن تصويري مي توانيد هم زمان با صحبت با طرف مقابل، تصوير او را نيز ببنيد. در ويدئو کنفرانس ها مي¬توانيد چنين ارتباطي را با بيش از يک نفر داشته باشيد.

• دسترسي کامل به اينترنت و انتقال داده با نرخ بالا

فن آوري نسل سوم، قابليت استفاده از انتقال داده ها با سرعت 144 کيلو بيت در ثانيه را هنگام جابجايي سرعت بالا (براي مثال در وسايل نقليه)، 384 کيلو بيت در ثانيه به صورت متحرک (براي مثال در شهرک دانشگاهي)، و 2 مگابيت در ثانيه براي حالت ايستاده و ساکن (براي مثال در داخل يک ساختمان)، را فراهم کرده است. براي مثال دانلود يک فايل يک مگابايتي با استفاده از يک مودم، 3 دقيقه، با گوشي‏هاي نسل 2.5، 5-15 دقيقه و براي گوشي‏هاي نسل3، بسته به موقعيت 4 تا 21 ثانيه به طول مي‏انجامد.

• پخش برنامه هاي تلويزيوني از طريق گوشي هاي موبايل

البته منظور از پخش تصاوير تلويزيوني روي گوشي هاي موبايل، هيچ گونه ارتباطي با برخي گوشي¬هاي موبايل موجود در بازار که تيونر تلويزيوني دارند و قادر به دريافت و پخش امواج آنالوگ تلويزيوني هستند، ندارد و اين دو مقوله کاملا از هم متمايز مي باشند.

• کاربرد هاي مبتني بر موقعيت

تشخيص موقعيت جغرافيايي تلفن همراه، گروه جديدي از کاربرد¬ها را ميسر مي¬سازد. اطلاعات موقعيت جغرافيايي خود به تنهايي نيز سودمند است. به عنوان مثال براي فردي که گم شده است و نمي¬داند که در کجا قرار دارد، چنين سرويسي به همراه يک نقشه ديجيتال مي¬تواند بسيار مفيد باشد[3].

به عنوان مثال هايي ديگر از کاربرد هاي 3G مي توان بازي، تبليغات، شرط بندي، چت، سرگرمي هاي بزرگسالان، پيجينگ و قابليت رومينگ جهاني از طريق ماهواره را نام برد.

وضعيت کنوني نسل سوم در دنيا

نتايج تحقيقات انجمن جهاني کارپردازان موبايل نشـان مي¬دهد که 211 اپراتور تلفـن همراه در 91 کشور دنيـا، سرويس هاي نسل سوم موبايل را عرضه مي کنند. که از اين تعداد 6/87 درصد از آنها با فناوري HSDPA خدمات خود را به کاربران نسل سوم تلفن همراه ارائه مي کنند. اين اطلاعات نشان مي دهد که پهناي باند موبايل در حال حاضر در 80 کشور دنيا در دسترس قرار دارد. هم چنين بيشترين ميزان استفاده از فناوري "بسته لينک پايين ورود با سرعت بالا" (HSDPA) در اروپا به ثبت رسيده است، به طوري که 106 اپراتور در اين قاره به ارائه تجاري اين فنـاوري مي پردازند. در ادامه اين رده بندي، آسيا-اقيانوسيه با 36 اپراتور، آفريقا و خاورميانه با 24 اپراتور و آمريکاي شمالي و جنوبي با 22 اپراتور در جايگاه هاي بعدي برخورداري از فناوري HSDPAايستاده¬اند.

مشکلات نسل سوم تلفن هاي همراه

موبايل نسل سوم با وجود پشتوانه قوي از طرف اپراتورها در بين، مشترکين رشد زيادي ننمود. يک علت آن قيمت بالاي سرويس هاس نسل سوم و گوشي هاي پشتيبـاني کننده از اين سـرويس ها، و علت ديگر عدم نياز مشتـرکين به اين سرويس مي باشد. در موبايل نسل سوم امکان ارائه سرويس ديتا تا نرخ 2 مگابيت در ثانيه وجود دارد. سوال اينجاست که مشترک با اين سرعت بالا، چه نيازي به اين حجم ديتا دارد؟ استفاده از اطلاعات زياد و پردازش آن، نياز به تمرکز دارد و سرعت زياد تمرکز را از انسان مي گيرد .از طرف ديگر با تکنيک هاي جديدي چون JPEG امکان فشرده¬سازي تصوير فراهم شده است، پس براي انتقال تصوير نياز به پهناي باند کمتري وجود دارد. لذا پيش بيني شرکت هاي بزرگ جهت رشد تقاضاي سرويس نسل سوم به وقوع نپيوست.

مشکل ديگر با 3G ، سايت هاي ايستگاه¬هاي پايه که جهت پوشش آماده شده اند مي¬باشد. سرويس نسل سوم نسبت به سرويس ما قبل آن نياز به تعداد بيشتري ايستگاه هاي پايه دارد که به سادگي به آنتن سرويس قبلي اضافه مي شود و ديگر سايت قبلي کار نخواهد کرد.

نسل 3.5 تلفن هاي همراه

90% کاربران تلفن همراه در ژاپن در سال 2006 از نسل سوم تلفن هاي همراه استفاده کرده اند و پيش بيني مي شود تا پايان سال 2008 تقريباً همه کاربران ژاپني، به استفاده از تلفن هاي نسل 3 روي آورند و 2G ديگر در ژاپن مورد استفاده قرار نگيرد. از آن پس ژاپني ها به فکر راه اندازي نسل 3.5 با سرعتي بالغ بر 3 مگابيت در ثانيه خواهند بود. پيش بيني مي¬شود که در سال 2010 نسل 3.5 وارد، و نسل سوم برچيده ‌شود و تمامي شبکه هاي مخابراتي به سمت سيستم نسل 5/3 تلفن همراه حرکت کنند. نسل 3.5 در واقع همان تکنولوژي WCDMA/HSDPA معرفي شده در نسل سوم است. [4]

پس نسل سوم موبايل برخلاف نسل دوم عمر کوتاهي خواهد داشت، و ما بايد تلاش کنيم در نسل‌هاي مخابراتي بعدي به سوي نسل 3.5، يا سه پلاس، حرکت کنيم. از همين رو در سال جاري (1387) پايلوت نسل 3.5، با سرمايه گذاري بالغ بر 10 ميليارد تومان در کشور ما پياده¬سازي خواهد شد.

نسل چهارم تلفن هاي همراه

شبکه‌هاي نسل چهارم يا ‏G‏4 ، نامي است که به ‏سيستم‌هاي موبايل مبتني بر ‏IP‏ که دسترسي را از طريق يک ‏مجوعه از واسطه‌هاي راديويي تامين مي‌کنند، داده شده ‏است. شبکه ‏G‏4 برقراري بهترين سرويس اتصال، رومينگ و ‏فراگشت بي سيم را ارائه مي‌کند و از طرف ديگر چندين ‏واسط دسترسي راديويي مانند بلوتوث، HIPERLAN، WLAN و GPRSرا به يک شبکه واحد که کاربر از ‏آن استفاده مي‌کند تبديل خواهد کرد.‏ همچنين 4G بايد اجازه برقراري ارتباط بين هر فردي در هر جاي زمين را فراهم نمايد که شما در هر زمان بتوانيد از سرويس‏هاي دلخواه و شبکه‏هاي دلخواه خود پشتيباني بگيريد.

ابزاري که در اين راستا قابل استفاده است راديو نرم ‏افزار) مي¬باشد. راديوهاي ‏SDR‏ دستگاه‌هايي ‏مانند تلفن‌هاي سلولي، ‏PDAها، ‏PCها و تمامي محدوده ‏ساير دستگاه ها را براي دريافت امواج هوايي به منظور ‏رسيدن به بهترين متد ممکن ارتباطي، با بهترين قيمت آماده ‏و امکان‌پذير مي‌سازد. در يک محيط ‏SDR، توابعي که ‏سابقاً، فقط در سخت افزار اجرا مي‌شدند، مانند ‏توليد سيگنال راديويي انتقال و تنظيم سيگنال ‏راديويي دريافت و غيره، به وسيلة نرم افزار انجام ‏مي‌شوند. بنابراين راديو قابل برنامه ريزي بوده و ‏قادر به ارسال و دريافت سيگنال در يک محدوده وسيع ‏فرکانسي است. ‏ از جمله مشخصات نسل چهرم مي توان به موارد زير اشاره کرد:

• سرعت بالا: سيستم‌هاي ‏G‏4 بايد سرعت پيك بيش از ‏ ‏100 مگابيت بر ثانيه را در حالت ساکن، و ميانگين ‏20 مگابيت بر ثانيه را در حال ‏حرکت ارائه دهند.

‏ ‏• ظرفيت بالاي شبکه: ظرفيت شبكه بايد حداقل 10 ‏برابر بيشتر از سيستم‌هاي ‏G‏3 باشد. که اين ظرفيت زمان ‏دانلود‏ يک فايل ‏‏10 مگابايتي را در سيستم هاي ‏G‏4 به 1 ‏ثانيه کاهش مي‌دهد که اين زمان در سيستم‌هاي ‏G‏3 معادل ‏‏200 ثانيه برآورد شده است. از طرف ديگر قابليت ‏ارائه ويدئو با کيفيت بالا به تلفن‌ها و تجربة واقعيت ‏مجازي در صفحات نمايش گوشي ها را نيز ارائه مي‌کند.

‏ ‏•فراگشت سريع و بيسيم بين شبکه‌هاي مختلف: ‏شبکه‌هاي بي‌سيم ‏G‏4 بايد از جابه¬جايي عمومي بين شبکه‌هاي ‏موبايل و شبکه‌هاي بي‌سيم مختلف پشتيباني کنند.

‏•‏پشتيباني ازچند رسانه‌هاي نسل جديد: شبکة ‏G‏4 بايد قادر به پشتيباني از مقدار زياد ديتاي ‏انتقالي با سرعت بالا و با هزينة پايين‌تر از هزينه‌هاي ‏معمول باشد. ‏ هدف ‏G‏4 اين است که تکثر و فراواني موجود در بين ‏شبکه‌هاي موبايل را با يک شبکة مركزي استاندارد ‏جهاني که مبتني بر ‏IP‏ باشد و بتواند ويدئو، ديتا و ‏صوت را پشتيباني کند، جايگزين نمايد که اين کار ‏سرويس‌هاي يکپارچه صوت، تصوير و ديتا را براي تمامي ‏ميزبانان موبايل که کاملاً بر مبناي ‏IP‏ هستند، تأمين ‏خواهد كرد. ‏

نتیجه گيري

در اين گزارش نسل سوم تلفن هاي همراه، به طور کلي و بدون ارائه جزئيات مورد بررسي قرار گرفت. تکنولوژي معرفي شده توسط 3G، محصولات موبايل را قادر مي¬سازد خدمات بسيار متنوعي را ارائه دهند.

حرکت از GSM (نسل دوم) به سوي UMTS (نسل سوم)، بستر منـاسبي را براي اپراتور هاي موبايـل فراهم مي کنـد که به کمک آن مي توانند سرويس هاي کسترده اي را ارائه نمايند، شبکه 3G با استفاده از استانداردهاي IMT2000 قابليت استفاده کامل از اينترنت با سرعت بالا و بهينه سازي در پخش و ارسال مولتي مديا، امکان مکالمه تصويري، پخش برنامه هاي تلويزيوني از طريق موبايل، و موارد ديگري که در اين مقاله به آنها اشاره شد، را فراهم کرده است، IMT2000 سرعتي برابر 2 مگابيت بر ثانيه را ايجاد مي‏نمايد. ساختار شبکه 3G بر اساس پايگاه‏هاي IP مي‏باشد.[5]

اگرچه شبکه نسل سوم در شناساندن خود در تمام دنيا موفق عمل کرده است، اما هنوز بحث هايي در خصوص ارايه کنندگان اين شبکه و کاربران آن وجود دارد. از جمله مواردي را که مي توان به آن اشاره داشت و از همه مهمتر است، شارژ اين شبکه است. در واقع مي¬توان اينگونه گفت که زير ساخت هاي شبکه 3G در طرح ريزي ها و برقراري ارتباطات بسيار موفق عمل خواهد کرد.

امّا نکته مهم‏تر اينجاست که صنعت مخابرات بي‏سيم باز هم پا را فراتر گذاشته و انجمني را براي طراحي و توليد شبکه‏هاي جديدتري با نام 4G يعني نسل چهارم موبايل ايجاد نموده‏اند. در مجموع ساده‏ترين توضيح براي 4G ارتقاي سطح مخابراتي و افزايش باندها براي زياد شدن سرعت و همچنين وسعت دادن شبکه، ايجاد سرويس‏هاي مختلف و البته قيمت‏هاي مقرون به صرفه تر مي‏باشد.

منبع