جيل رابع (شبكات اتصال)

انتبه هذه الصفحة تم إنشاؤها بناء على عملية ترجمة جزئية أوكلية للصفحة الأصلية « 4G » في ويكيبيديا الإنجليزية تحت رخصة جنوللوثائق الحرة. وقد تكون غير دقيقة أوناسيرة في حالة عدم إكمال ترجمتها.
لوكنت تجيد اللغة التي تمت ترجمة الموضوعة منها وتجد أنها دقيقة وكاملة، راتى أزل هذا التنبيه.

مودم سامسونغ لشبكة تيلياسونيرا

الجيل الرابع للشبكات الخلوية (بالإنجليزية: The 4th Generation of Cellular Networks اختصاراً 4G)‏ تشير إلى الجيل الرابع من اجيال الاتصالات اللاسلكية الخلوية وهي تطوير لمعايير 3G و2G.بقية هذا الموضوع تنسب 4G إلى الاتصالات المتقدمة المتنقلة الدولية (IMT Advanced)، على الرغم من حتى 4G هومصطلح أوسع ويمكنه حتى يضم معايير خارج الاتصالات المتقدمة المتنقلة الدولية. يمكن لنظام 4G ترقية شبكات الاتصالات الحالية، ويُتَوقَّع حتى يوفر حلا شاملا وآمنا على بروتوكول الإنترنت حيث تقدم المرافق مثل الصوت والبيانات والوسائط المتعددة المتدفقة إلى المستخدمين على قاعدة "أي زمان ومكان"، وبمعدلات بيانات أعلى بكثير مقارنة بالأجيال السابقة.

الهدف والنهج

الأهداف

يتم تطوير 4G حاليا للتوافق مع جودة الخدمة والمعدلات التي تحددها التطبيقات القادمة مثل الدخول اللاسلكي على النطاق العريض، وخدمة رسائل الوسائط المتعددة (ملتيميديا)، ودردشة الصوت والصورة، والتلفزيون المتنقل، ومحتوى التلفزيون عالي الدقة، بث الصوت والصورة الرقمي (DVB)، والخدمات الأصغر مثل الصوت والبيانات، والخدمات الأخرى التي تستخدم عرض النطاق الترددي.

وقد حددت مجموعة عمل 4G ما يأتي كأهداف لمعيار 4G للاتصالات اللاسلكية:

نظام كفء طيفيا (بت/ث/هرتز وبت/ث/هرتز/المسقط)،
قدرة عالية للشبكة: مزيد من المستخدمين في وقت واحد لكل خلية،
معدل بيانات اسمي 100 ميغابت/ثانية فبينما يتحرك العميل فيزيائيا بسرعات عالية بالنسبة للمحطة، و1 جيجابت/ثانية، بينماقد يكون العميل والمحطة في مواقع ثابتة نسبيا كما يحدد الاتحاد الدولي للاتصالات الراديوية،
معدل بيانات يقدر على الأقل ب100 ميغابت/ثانية بين أي نقطتين في العالم،
تحويل سلس عبر الشبكات غير المتجانسة،
ربط غير منبتر وتجوال عالمي عبر الشبكات المتعددة،
جودة عالية للخدمة لجيل الوسائط المتعددة المقبلة (صوت في الوقت الحقيقي، وبيانات بسرعة عالية، ومحتوى فيديوعالي الدقة، والتلفزيون المحمول، الخ)
التوافقية مع المعايير اللاسلكية الحالية،
شبكة آي بي شاملة مبدلة للحزم.

باختصار، ينبغي لنظام 4G حتى يقوم حيويا بتبادل واستخدام موارد الشبكة لتلبية الحد الأدنى من متطلبات جميع المستخدمين الممكنين من 4G.

المناهج

كما هومشروح لدى اتحادات 4G بما في ذلك WINNER، وWINNE—نحووصول لاسلكية في جميع مكان، وWWRF، فأحد النهوج الرئيسية القائمة على التكنولوجيا يمكن تلخيصه على النحوالتالي، حيث مبادرة اللاسلكية العالمية والراديوالجديد (WINNER) هواتحاد لتعزيز أنظمة الاتصالات المتنقلة.

نقاط الاعتبار

التغطية، والبيئة الإذاعية، والطيف، والخدمات، ونماذج الأعمال، وأنواع النشر، والمستخد

التكنولوجيات الرئيسية

تقنيات الحزمة الرئيسية
- الموجات الكهرومغناطيسية: لاستغلال خاصية انتقائية قناة التردد
- MIMO "Multiple Input - Multiple Output" (عدة مدخلات وعدة مخرجات): لتحقيق فاعلية طيفية عالية
- مبدأ توربو: لتقليل الضوضاء/إشارة المطلوبة في جانب الاستقبال
قابلة الإذاعة التكيفية
التضمين، المعالجة المكانية مع تعدد الهوائيات وتعدد المستخدمين MIMO
التتابع، بما في ذلك شبكات التتابع الثابتة (FRNs)، ومفهوم التتابع التعاوني، والمعروف باسم بروتوكول الأوضاع المتعددة

مميزات ال4G

وفقا لأعضاء فريق عمل 4G، فإن البنية التحتية ومحطات الـــ4G ستكون لديها جميع المعايير تقريبا من 2G إلى 4G مُطبَّقة. وعلى الرغم من حتى النظم القديمة موجودة لاعتماد المستخدمين الحاليين، إلا حتى البنية التحتية للـ3G ستكون على أساس الحزمة فقط (آي بي). وتقترح بعض العروض وجود منصة إنترنت مفتوحة. ومن التكنولوجيات الأولى التي تعد من الجيل الرابع ما يلي: Flash OFDM، والنسخة المحمولة من 802.16e واي ماكس (المعروفm أيضا باسم وايبروفي كوريا الجنوبية)، وHC-SDMA (انظر iBurst).قد يصل تطور 3GPP على المدى الطويل إلى السوق بعد سنة أوسنتين من صدور الواي ماكس المحمولة.

كما يوجد إصدار أعلى سرعة من واي ماكس هومواصفة IEEE 802.16m. حيث سيكون التطور المتقدم طويل الأمد التطور اللاحق لمعيار 3GPP من التطور طويل الأمد.

المكونات

مخططات الوصول

كما تطورت المعايير اللاسلكية، فإن تقنيات الوصول المستخدمة أيضا أظهرت زيادة في الكفاءة والقدرة والاستيعاب. حيث استخدم الجيل الأول من المعايير اللاسلكية TDMA وFDMA. ففي القنوات اللاسلكية، أثبت TDMA كفاءة أقل في معالجة قنوات معدلات البيانات المرتفعة لأنه يحتاج فترات حراسة كبيرة للتخفيف من أثر تعدد المسارات. وبالمثل، استهلك FDMA عرض نطاق ترددي أكثر حتى يتجنب الحارس التداخلات بين الناقلين.لذا ففي أنظمة الجيل الثاني، استخدم أحد مجموعات المعايير الجمع بين FDMA وTDMA وقدمت المجموعة الأخرى مخططا جديدا للدخول يسمى CDMA. أزاد استخدام CDMA من قدرة النظام الاستيعابية، ووضع أيضا حدا برمجيا عليه بدلا من الحد الصلب. كما اوداد أيضا معدل البيانات لأن ذلك المخطط فعال بما فيه الكفاية للتعامل مع القنوات متعددة المسار. ومكن ذلك أنظمة الجيل الثالث من استخدام سى دى ام ايه كمخطط الوصول IS-2000، UMTS، 1xEV-DO، TD-CDMA، وTD-SCDMA. المشكلة الوحيدة مع سى دى ام ايه هي أنه يعاني من فقر في المرونة الطيفية والقابلية للتوسع.

وفي الآونة الأخيرة، تحصل مخططات وصول جديدة مثل FDMA المتعامد (OFDMA)، FDMA الناقل الواحد (SC-FDMA)، وFDMA المتداخل وتقسيم الرموز لعدة نُقًّال بتعدد الدخول (MC-CDMA) على أهمية أكبر بالنسبة لأنظمة الجيل القادم. يستخدم الواي ماكس OFDMA في وصلة التنزيل ووصلة الحمل. وللجيل القادم من UMTS، يجري اعتبار OFDMA لوصلة التنزيل. وعلى النقيض، يجري اعتبار IFDMA في وصلة الإرسال حيث حتى OFDMA تسهم أكثر في الأمور المتصلة بPAPR ونتائج تشغيل المضخمات غير المتزامن. يوفر IFDMA أقل تذبذبا في الطاقة وبالتالي يتجنب مشاكل المضخمات. وبالمثل، فإن SC-CDMA موجودة في الاقتراح الداعي إلى معيار IEEE 802.20. وتعطي مخططات الوصول تلك نفس معدلات الكفاءة كما التقنيات القديمة مثل CDMA. لكن بعيدا عن هذا، فإن قابلية التوسع، ومعدلات البيانات المرتفعة يمكن تحقيقها.

الميزة الأخرى الهامة لتقنيات الوصول المذكورة أعلاه هي أنها تتطلب قدرا أقل من التعقيد لتحقيق التكافؤ في المُستَقبِل. هذه هي ميزة إضافية لا سيما في بيئات MIMO حيث ان انتنطق أنظمة MIMO للإرسال المتعدد في الفضاء يحتاج تكافؤا عالي التعقيد لدى المتلقي.

وبالإضافة إلى التحسينات في نظم الإرسال المتعدد تلك، يجرى استخدام تقنيات تضمين محسنة. في حين حتى المعايير السابقة قد استخدمت بكثرة تشفير تحويل طور الموجات، فإن نظما أكثر كفاءة مثل 64QAM يجري اقتراحها للاستخدام مع معايير تطور 3GPP التطور على المدى الطويل3GPP طويل الأمد.

دعم IPv6

على عكس الجيل الثالث، والذي يقوم على بنيتين تحتيتين متوازيتين تتكونان من أطراف تحويل الدوائر، وتحويل الحزم للشبكة على التوالي، ستكون 4G على أساس تحويل الحزم فقط. وسوف يحتاج هذا نقل بيانات بتأخر منخفض.

بحلول الوقت الذي يتم نشر الجيل الرابع فيه، فإن عملية استنفاد عناوين IPv4 من المتسقط حتى تكون في مراحلها النهائية. ولذلك، ففي سياق 4G، سيكون دعم IPv6 ضروريا من أجل دعم عدد كبير من الأجهزة المُمَكَّنَة لاسلكيا. فعن طريق زيادة عدد عناوين الآي بي، يزيل IPv6 الحاجة لترجمة عنوان الشبكة (NAT)، وهي وسيلة لتبادل عدد محدود من العناوين من بين مجموعة كبيرة من الأجهزة، على الرغم من أنه ستضل هناك حاجة للنات للاتصال مع الأجهزة التي تقوم على شبكات IPv4 الموجودة.

اعتبارا من يونيو2009، نشرت فيريزون المواصفات التي تتطلب من أي أجهزة 4G على شبكتها حتى تدعم IPv6.

أنظمة الهوائي المتطورة

من البديهي حتى أداء الاتصالات اللاسلكية يعتمد على التقدم في نظام الهوائي، أرجع إلى هوائي ذكي أوعاقل.في الآونة الأخيرة، تنشأ تكنولوجيات الهوائيات المتعددة لتحقيق أهداف أنظمة ال4G مثل المعدلات المرتفعة، والكفاءة العالية، والاتصالات بعيدة المدى. وفي بداية التسعينيات، تم اقتراح الكثير من مخططات النقل، لتلبية الاحتياجات لمعدلات البيانات المتنامية. واكتسبت تكنولوجيا معينة، الارسال المتعدد عبر المكان، أهمية لحفظها عرض النطاق الترددي والكفاءة في استهلاك الطاقة. يتضمن الإرسال المتعدد عبر المكان نشر هوائيات متعددة لدى المرسل والمستقبل. ومن ثم يمكن نقل التيارات المستقلة من جميع من الهوائيات في وقت واحد. ويزيد لك من سرعة نقل البيانات في طيات متعددة بعدد متساومع الحد الأدنى من عدد هوائيات الإرسال والاستقبال. ويسمى هذا MIMO (كفرع من الهوائي الذكي). وبعيدا عن هذا، فإن الدقة في نقل البيانات بسرعة عالية في قناة تضعف من الممكن تحسينها باستخدام المزيد من الهوائيات في المٌرسِل أوفي المٌستقبِل. ويسمى هذا تنوع الإرسال أوالاستقبال. كلا من تنوع الإرسال/التلقي والإرسال المتعدد عبر المكان يصنفان ضمن تقنيات ترميز المكان-الزمان، والتي لا تتطلب بالضرورة فهم القناة لدى المُرسِل. الفئة الأخرى هي تكنولوجيات الحلقة المغلقة متعددة الهوائيات، والتي تستخدم فهم قناة لدى المُرسِل..

الراديوالمُعَرَّف برمجيا (SDR)

برامج محددة الراديوويرمز له بـ (بالإنجليزية: SDR)‏

هي أحد أشكال العمارة اللاسلكية المفتوحة (OWA). فحيث حتى 4G هومجموعة من معايير اللاسلكية، سيُكَوِّن الشكل النهائي لأي جهاز 4G عدة معايير مختلفة. ومن الممكن تحقيق ذلك بكفاءة باستخدام تكنولوجيا SDR، والتي يتم تصنيفها لدى منطقة التقاء الراديو.

التطويرات

ظلت الشركة اليابانية إذا تي تي دوكوموباختبار النموذج الأولي لنظام تواصل 4G مع 4x4 MIMO يدعى VCF-OFCDM بمعدل 100 ميغابت/ثانية، بينما يتحرك، و1 جيجابت/ثانية بينما هوثابت. في شباط / فبراير 2007، استكملت إذا تي تي دوكوموتجربة قد وصلوا فيها إلى حد أقصى لإرسال الحزمة بمعدل يقرب منخمسة جيجابت/ثانية في وصلة تنزيل مع 12x12 MIMO باستخدام تردد عرض النطاق 100 MHz بينما يتحرك علىعشرة كم/ساعة، وتخطط إلى إطلاق أول شبكة تجارية في عام 2010.

أعربت ديجيويب، وهي شركة نطاق واسع ثابت ولاسلكي أيرلندية، أنها تلقت رخصة اتصالات متنقلة من هيئة الاتصالات الأيرلندية، ComReg. سيتم إصدار هذه الخدمة برمز المحمول 088 في أيرلندا، وسوف يستخدم لتوفير اتصالات 4G الننطقة. كما أطلقت ديجيويب شبكة للهاتف المحمول واسع النطاق باستخدام تكنولوجيا FLASH-OFDM بتردد 872 ميغاهيرتز.

إن الشبكات المستشرية هي مفاهيم غير متبلورة وافتراضية تماما في الوقت الحاضر حيث يمكن للمستخدم حتىقد يكون متصلا بشكل متزامن مع عدة تكنولوجيات وصول لاسلكية ويمكنه التحرك بسهولة بينهم (انظر عملية التحويل الرأسي، IEEE 802.21). تكنولوجيات الوصول تلك يمكنها حتى تكون واي فاي، UMTS ،إيدج، أوأي تكنولوجيا دخول أخرى مستقبلية. يُدرج في ذلك المفهوم أيضا الراديوالذكي (المعروف أيضا باسم تكنولوجيا الراديوالمعهدية) الذي يدير بكفاءة استخدام الطيف وقوة الإرسال، فضلا عن استخدام بروتوكولات التوجيه الشبكي لإنشاء شبكة مستشرية.

أعربت فيريزون وايرلس يوم 20 سبتمبر 2007 أنها تعتزم بذل جهود مشهجرة مع مجموعة فودافون لنقل شبكاتها إلى معيار 4G التطوري طويل الأمد. وفيتسعة ديسمبر 2008، أعربت فيريزون وايرلس أنهم ينوون بناء والبدء في طرح شبكة التطور طويل الأمد بحلول نهاية عام 2009.

أعربت جميع من تيلوس وبيل كندا، حاملي cdmaOne وإيف دوريف بي الكنديين الكبريان، أنهما يفترض أن تتعاونا لبناء شبكة نطاق عريض من الجيل الرابع (4G) التطور طويل الأمد في كندا. وكتدبير انتنطقي، فسيقومون بتطبيق 3G UMTS لينطلق حيا مع أوائل عام 2010.

وأعربت سبرينت أنها يفترض أن تقدم خطة اتصال 3G/4G ب79.99 دولار، لكنها متاحة حاليا فقط في بالتيمور

التطبيقات

بالمعدلات الحالية من 15-30 ميغابت/ثانية، فإن 4G قادرة على تزويد المستخدمين بتدفق التلفزيون عالي الدقة. وبمعدلات 100 ميغابت/ثانية، فإن محتويات دي في ديخمسة (على سبيل المثال فيلم) من الممكن تحميلها في غضون حواليخمسة دقائق للدخول عليها بدون اتصال.

معايير 4G اللاسلكية

تقوم 3GPP حاليا بتوحيد التطور المتقدم طويل الأمد كمعيار 4G المستقبلي. وهناك مجموعة أولى من متطلبات 3GPP على التطور المتقدم طويل الأمد قد تمت الموافقة عليها في حزيران / يونيو2008. وتقيم مجموعات العمل حاليا المقترحات المتنوعة لتوحيد المقاييس. وسيتم توحيد التطور المتقدم طويل الأمدكجزء من الإصدارعشرة من مواصفات 3GPP.

المراجع

الاستشهادات

^ "4G - Beyond 2.5G and 3G Wireless Networks". MobileInfo.cm. مؤرشف من الأصل فيسبعة مارس 2014. اطلع عليه بتاريخ 26 مارس 2007.
^ Jawad Ibrahim (2002). "4G Features" (PDF). بكتل Telecommunications Technical Journal. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2 يناير 2010. اطلع عليه بتاريخ 22 أغسطس 2009.
↑ Young Kyun, Kim (2006). 4G Roadmap and Emerging Communication Technologies. Artech House 2006. صفحات 12–13. ISBN .
^ Sadia Hussain, Zara Hamid and Naveed S. Khattak (May 30 - 31, 2006). "Mobility Management Challenges and Issues in 4G Heterogeneous Networks". رابطة مكائن الحوسبة Proceedings of the first international conference on Integrated internet ad hoc and sensor networks. مؤرشف من الأصل (PDF) في 07 يوليو2012. اطلع عليه بتاريخ 26 مارس 2007.
↑ Werner Mohr (2002). "Mobile Communications Beyond 3G in the Global Context" (PDF). Siemens mobile. مؤرشف من الأصل (PDF) في 26 ديسمبر 2017. اطلع عليه بتاريخ 26 مارس 2007.
^ Noah Schmitz (2005). "The Path To 4G Will Take Many Turns". Wireless Systems Design. مؤرشف من الأصل في 18 يوليو2011. اطلع عليه بتاريخ 26 مارس 2007.
^ "WINNER - Towards Ubiquitous Wireless Access". WINNER. 2007. مؤرشف من الأصل في 14 يناير 2009.
^ "WINNER II - Public Deliverable". WINNER II. 2006-07. مؤرشف من الأصل في 16 مايو2016.
^ G. Fettweis, E. Zimmermann, H. Bonneville, W. Schott, K. Gosse, M. de Courville (2004). "High Throughput WLAN/WPAN" (PDF). WWRF. مؤرشف من الأصل (PDF) في 01 أكتوبر 2011. صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفون (link)
^ نومور للبحوث: ورقة بيضاء على التطور المتقدم طويل الأمد نسخة محفوظة 13 سبتمبر 2017 على مسقط واي باك مشين.
^ Morr, Derek (2009-06-09). "Verizon mandates IPv6 support for next-gen cell phones". مؤرشف من الأصل في 16 مارس 2017. اطلع عليه بتاريخعشرة يونيو2009.
^ "DoCoMo Achieves 5 Gbit/s Data Speed". NTT DoCoMo Press. 2007-02-09. مؤرشف من الأصل في 24 مارس 2013.
^ بيان صحفي : ديجيويب موبايل تستحوذ على 088 نسخة محفوظة 30 مارس 2014 على مسقط واي باك مشين.
^ منطق أخبار RTE: أيرلندا تحصل على مقدم حديث للهواتف الننطقة نسخة محفوظة 20 نوفمبر 2012 على مسقط واي باك مشين.
^ TELUS (2008-10-10). "Next Generation Network Evolution". TELUS. مؤرشف من الأصل في 16 أبريل 2009.
^ With WiMax, Sprint cuts the cord in Baltimore - CNET نسخة محفوظة 23 أكتوبر 2013 على مسقط واي باك مشين.
^ مواصفات 3GPP: المتطلبات لمزيد من التطورات ل E-URTA(التطور المتقدم طويل الأمد) نسخة محفوظة 14 أكتوبر 2008 على مسقط واي باك مشين.