همه‌ آن‌چه درباره‌ 4G LTE باید بدانید : گسترش انواع خدمات مبتنی بر وب مانند ...

گسترش انواع خدمات مبتنی بر وب مانند رسانه‌های اجتماعی، تلویزیون‌های اینترنتی و بازی‌های آنلاین موجب شده هر روز به اتصال اینترنتی پرسرعت‌تری نیاز داشته باشیم. در حال حاضر جدیدترین نسل فعال اتصال بی‌سیم موبایل، 4G LTE نام دارد. مجله دیجی کالا - علیرضا برادران: گسترش انواع خدمات مبتنی بر وب مانند رسانه‌های اجتماعی، تلویزیون‌های اینترنتی و بازی‌های آنلاین موجب شده هر روز به اتصال اینترنتی پرسرعت‌تری نیاز داشته باشیم. در حال حاضر جدیدترین نسل فعال اتصال بی‌سیم موبایل، 4G LTE نام دارد. نسل چهارم (4th Generation) نه‌تنها دست‌یابی به سرعت‌های بیشتر را ممکن کرده، بلکه از لحاظ فناوری هم با روش‌های پیشین متفاوت است. در مقاله‌ی پیشِ رو به توضیح ساده‌ی فنی LTE و نحوه‌ی عملکرد آن می‌پردازیم. با ما همراه باشید.


    ‌
4G LTE از منظر تخصصی

LTE مخفف Long Term Evolution به معنی تکامل دراز مدت است؛ در واقع از 4G به بعد شاهد یک تغییر نسل اساسی و ایجاد استاندارد بین‌المللی در فناوری‌های موبایل هستیم. مهم‌ترین تفاوت این نسل با نسل‌های قبل را باید در فرکانس و پهنای باند کاری آن جست‌وجو کرد. مراجع تنظیم‌کننده ارتباطات رادیویی، باند‌های فرکانسی زیادی را در قالب استاندارد 4G LTE تعریف کرده‌اند که بسته به کشور یا اپراتور فرق می‌کند.

پیاده‌سازی نسل چهارم موبایل به دو روش عمده انجام می‌گیرد: FDD و TDD. در روش دوسویه‌سازی با تقسیم بسامد (FDD) یا Frequency Division Duplexing، دو فرکانس مجزا برای هر باند لحاظ می‌شود تا از یکی برای ارسال داده‌ها و از دیگری برای دریافت آن‌ها استفاده شود. اما در شیوه‌ی دوسویه‌سازی با تقسیم زمان (TDD) یا Time Division Duplexing به هر باند تنها یک فرکانس برای هردو عملیات ارسال و دریافت داده‌ها اختصاص می‌دهند. در TDD همان‌طور که از نام روش بر می‌آید برای جلوگیری از تداخل داده‌ها با تقسیم و اختصاص زمان مشخص، در هر لحظه فقط یکی از عملیات‌های ارسال یا دریافت انجام می‌گیرد. در حقیقت با اختلاف زمانی در ارسال داده‌ها از/به دستگاه، ارتباط با دکل مخابراتی برقرار می‌شود.

۳۱ باند FDD در فرکانس‌های ۴۵۲ مگاهرتز تا ۳۶۰۰ مگاهرتز قرار دارد. به‌علاوه، ۱۲ باند TDD هم در بازه‌ی ۷۰۳ مگاهرتز تا ۳۸۰۰ مگاهرتز در نظر گرفته شده. طبیعتا فرکانس‌های بالاتر دست‌یابی به سرعت بالاتر را ممکن می‌کنند؛ درحالی‌که فرکانس‌های پایین با قربانی کردن پهنای باند، حوزه‌ی پوشش و نفوذ گسترده‌تری دارند. برای این کانال‌ها معمولا ۱۰ تا ۲۰ مگاهرتز پهنای باند لحاظ می‌کنند؛ اگرچه تقسیم آن‌ها به بخش‌های کوچک‌تر ۱٫۴، ۳ و ۵ مگاهرتز هم مرسوم است.



برای ارایه‌ی LTE در آمریکای شمالی، اروپا و قسمت‌هایی از آسیا، روش FDD استفاده می‌شود. TDD در چین، هند و بعضی مناطق دیگر به کار می‌رود تا بتوانند به کاربران بیشتری در هر باند خدمات دهند. به همین خاطر اگر قصد دارید از کشور دیگری تلفن هوشمند تهیه کنید حتما باید به باندهای پشتیبانی شده‌ی آن دقت کنید.

LTE از دو مسیر رادیویی مجزا برای ارسال و دریافت از دکل مخابراتی به دستگاه و بالعکس استفاده می‌کند. به هنگام دریافت از شیوه‌ای موسوم به OFDMA (تقسیم متعامد بسامد با دسترسی چندگانه) استفاده ‌می‌شود که به‌‌صورت چند ورودی، چند خروجی طراحی شده. در این حالت برای افزایش سرعت شبکه، حداقل به دو آنتن نیاز خواهد بود. استاندارد LTE را اصطلاحا ۴ در ۴ پیاده‌سازی می‌کنند که عدد اول تعداد آنتن‌های ارسال و دومی آنتن‌های دریافت را نشان می‌دهد.

برای ارسال (از دستگاه به دکل) از سیگنال‌های SC-FDMA یا تقسیم بسامد تک حامل با دسترسی چندگانه استفاده می‌شود. این سیگنال به دلیل نرخ قله به میانگین بهتر، برای ارسال مناسب‌تر است.
 
سرعت

فارغ از توضیحات فنی ثقیل بالا، آن‌چه نظر مصرف‌کننده را جلب می‌کند سرعت زیاد اتصال در نسل چهارم است. اگرچه کیفیت و سرعت اتصال به فاکتورهای مختلفی چون تعداد کاربران و قدرت سیگنال بستگی دارد، اما در بیشتر شبکه‌های LTE بین ۱۰ تا ۲۰ مگابیت بر ثانیه می‌توان دانلود کرد (البته میانگین سرعت در ایران محدودتر است). سرعت LTE در بعضی کشورهای پیشرو، به ۵۰ مگابیت بر ثانیه هم می‌رسد.

در مقایسه با نسل سوم (3G)، به‌طور مثال در شبکه‌های HSPA، حداکثر سرعت تا ۱۴ مگابیت بر ثانیه دانلود و تا ۶ مگابیت بر ثانیه برای آپلود است (سرعت نسل سوم نیز در کشور ما با استانداردها اختلاف دارد). در شبکه‌ی LTE که به‌خوبی اجرا شده باشد قاعدتا باید حداقل ۳ تا ۵ برابر پرسرعت‌تر از 3G باشد.



LTE شرکت کوالکوم روی کاغذ ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه دانلود و حدود نصف این، سرعت آپلود دارد. برای رسیدن به سرعت‌های بالاتر، طبیعی است که پهنای باند بیشتری لازم باشد. برای این منظور LTE-Advanced معرفی شده. در این نوع LTE برای دریافت، MIMO (چند ورودی، چند خروجی) به‌صورت ۸ در ۸ و برای ارسال ۴ در ۴ در نظر گرفته شده تا چندین باند حاملِ داده در کنار هم سیگنال قوی‌تر و با پهنای باند بیشتر تشکیل دهند. پهنای باند در هر یک از باندهای LTE یکی از این موارد است: ۱، ۳، ۴، ۵، ۱۰، ۱۵ یا ۲۰ مگاهرتز. در صورت اشتراک ظرفیت پنج‌تایی آن‌ها به باندی با حداکثر ۱۰۰ مگاهرتز دست می‌یابیم (۵ تا ۲۰ مگاهرتز). البته این مقدار در حالات مختلف (باندهای با پهنای کمتر) تغییر می‌کند.

به‌طور نظری با این شیوه باید بتوانیم حدود ۳٫۳ گیگابیت بر ثانیه دانلود و ۱٫۵ گیگابیت بر ثانیه آپلود داشته باشیم؛ هرچند بعید است سخت‌افزار موجود در دستگاه‌ها این سرعت را پشتیبانی کند؛ سیگنال شبکه هم اغلب آن‌قدر خوب نیست که بتواند تا این حد کشش داشته باشد.


وضعیت اتصال‌ 3G و 4G بین سال‌های ۲۰۰۸ تا ۲۰۲۰

از نقطه‌نظر یک اپراتور مخابراتی، معماری LTE از نسل‌های پیشین بسیار ساده‌تر است چراکه سوییچینگ کل شبکه تنها بر مبنای IP یا همان پروتکل اینترنت عمل می‌کند. البته در مقابل این سادگی، LTE ذاتا امکان ارایه‌ی تماس‌های صوتی و متنی را ندارد، اما با اجرایی شدن LTE-A و VoIP (صدا روی پروتکل اینترنت) ارایه‌ی این قابلیت‌ها هم ممکن شده است.
‌‌‌‌      ‌
سخت‌افزار موجود در تلفن



احتمالا تا این‌جا متوجه شده‌اید که نسل چهارم همان‌طور که از نامش بر می‌آید در حال تکامل است (LTE به معنای تکامل درازمدت) و پیش از این‌که شاهد اجرایی شدن نسل پنجم باشیم به تغییر و بهتر شدن ادامه خواهد داد. به همین دلیل سخت‌افزار موجود در تلفن هم برای همگام بودن با تغییرات، طی این سال‌ها و در ادامه به روند تحول خود ادامه می‌دهد.

دستگاه‌هایی که در اختیار مصرف‌کنندگان قرار می‌گیرند را به دسته‌های متعدد تقسیم می‌کنند. قابلیت‌ها و سرعت ارایه‌شده در هر یک از این دسته‌ها مشخص شده است. در ادامه مشخصات هر دسته را می‌بینید. از Release 10 به بعد، تحت قالب LTE-Advanced قرار می‌گیرد.

اینترنت 4Gاغلب سازندگان، مودم 4G LTE را کنار پردازنده و دیگر قطعات تراشه‌ی اصلی قرار می‌دهند. به این شکل هزینه و زمان توسعه را کاهش می‌دهند. مثلا مودم LTE موجود در تراشه‌ی اسنپ‌دراگون ۸۱۰ شرکت کوالکام تا Release 10 دسته‌ی ۹ پشتیبانی می‌کند. اما مودم اسنپ‌دراگون ۸۲۰ سریع‌تر است و با Release 10 دسته‌ی ۱۲ مطابقت دارد.

 Helio X20، تراشه‌ی جدید شرکت مدیاتک، مانند تراشه‌ی Exynos 7420 که روی گلکسی S6 نصب شده، یک مودم دسته‌ی ۶ در خود دارند. هرچند پشتیبانی از سرعت‌های بالاتر قاعدتا بهتر است اما فراموش نکنید که بیشتر ارایه‌دهندگان خدمات 4G LTE به سرعت دسته‌های پایین‌تر حتی نزدیک هم نمی‌شوند؛ پس این مورد برای اکثر کاربران نمی‌تواند تعیین‌کننده باشد.
    ‌‌
مسیر پیشِ رو تا نسل پنجم

کار نسل چهارم هنوز تمام نشده و راه زیادی تا پوشش همه‌گیر این نسل از ارتباط بی‌سیم باقی مانده. طبق برآوردها تا ۴ سال آینده باید از ۷ میلیارد اتصال 4G موجود به ۹ میلیارد برسیم و برای رسیدن به این هدف راه درازی در پیش خواهد بود.


وضعیت همه‌گیر شدن و افول سه نسل مختلف شبکه‌های مخابراتی 3G ،2G و 4G در گذر زمان

البته این موضوع باعث فراغت دانشمندان از نگاه به آینده و کار روی استاندارد پرسرعت‌تر نسل ۵ام نشده. اپراتورهای زیادی از سراسر جهان در انگلستان گرد هم آمده‌اند تا با هم‌فکری و تجمیع توان مالی و فنی خود راه تحقق نسل بعدی را هموار کنند. 5G با پیش‌بینی‌های صورت گرفته باید بتواند در عمل و در شرایط حقیقی، سرعت دانلود بیش از ۱ گیگابیت بر ثانیه داشته باشد. در طراحی این نسل بستر لازم جهت اتصال میلیون‌ها دستگاه در قالب اینترنت اشیا در نظر گرفته شده. همچنین از توجه به عامل مهم مصرف بهینه‌ی انرژی نیز غفلت نکرده‌اند. هرچند تا عرضه‌ی عمومی نسل پنجم زمان زیادی مانده ولی از همین حالا آزمایش‌هایی در کره‌ی جنوبی و اپراتور ورایزون (Vorizon) آمریکا در حال انجام است.

آیا تلفن هوشمند شما قابلیت اتصال 4G دارد؟ اگر تجربه‌ی استفاده از نسل چهارم در کشورهای دیگر را دارید، در مقام مقایسه کیفیت خدمات ارایه‌شده توسط اپراتورهای داخلی را چطور ارزیابی می‌کنید؟ به نظر شما چرا سرعت اتصال نسل‌های مختلف اینترنت سیم‌کارت در ایران پایین‌تر از استانداردهای جهانی است؟ و سر آخر، سرعت پیاده‌سازی فناوری‌های نوین ارتباطی توسط اپراتورهای داخلی را چطور می‌بینید؟