از نسل صفر تا نسل پنجم، تمام نسل‌ها در یک نگاه

 نسل صفر (0G)

شاید تابحال عبارت "نسل صفر" را نشنیده باشید. در نسل صفر یا همان "تلفن همراه رادیویی" استانداردهایی چون PTT، MTS، IMTS و AMTS توسط شرکت‌‌های مختلف ارائه شد که البته امروزه چندان شناخته شده نیستند. در 0G، برخلاف فناوری‌‌های رادیویی قبلی، هر دستگاه شماره منحصر به فردی داشت. کاربرد این نوع تلفن‌‌های همراه بیشتر در تاکسی‌‌ها و ماشین‌‌های پلیس بود. نسل صفر در واقع جزو نسل‌های شبکه‌های سلولی محسوب نمی‌شود و فقط به دلیل اینکه یک فناوری چشمگیر قبل از نسل اول بود آن را نسل صفر می‌نامند.

شکل1. یک نمونه تلفن همراه رادیویی

نسل اول (1G)

فناوری نسل اول در دهه 80 میلادی در ایالات متحده پیاده‌‌سازی شد و نام "سامانه تلفنی سیار پیشرفته" یا AMPS بر آن نهاده شد. همچنین در اروپا و سایر نقاط جهان از نسخه‌‌های مختلف فناوری مشابهی به نام "سیستم ارتباطی دسترسی فراگیر" یا TACS استفاده می‌‌شد. ارتباطات بیسیم نسل اول کاملا بر پایه سیگنال‌‌های آنالوگ بود و تنها ارتباط صوتی امکان‌‌پذیر بود؛ بنابراین خدمات دیگری مانند پیامک و انتقال داده وجود نداشت. این فناوری‌‌ها طیف فرکانسی مشخصی را در اختیار مشترکین قرار می‌‌دادند و دیگر نیازی به یک اپراتور انسانی نبود تا ارتباط را برقرار کند. ارتباط تلفنی در این نسل می‌‌تواند در فرکانس 150مگاهرتز یا بالاتر مدوله شده و به برج‌‌های رادیویی فرستاده شود. این کار با استفاده از روش FDMA یا "دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانسی" انجام می‌‌شود. برقراری ارتباط صوتی به روش مدارگزینی(circuit switching) انجام می‌‌شود بدین صورت که مسیری بین مبدا و مقصد برقرار می‌‌شود و تا پایان ارتباط پابرجا می‌‌ماند. به دلیل ماهیت ارتباطات آنالوگ که مستعد نویزپذیری از اطراف هستند، کیفیت و سرعت انتقال اطلاعات بسیار پایین بود، امنیتی در ارتباطات وجود نداشت و گوشی‌‌های تلفن آنقدر بزرگ بودند که در جیب جا نمی‌‌گرفتند! در آن زمان تلفن همراه در بین مردم رایج نبود و بیشتر جنبه تجملی داشت.

نسل دوم (2G)

در دهه 90 میلادی نسل دوم از شبکه‌‌های سلولی معرفی شد که تفاوت برجسته‌‌ای با نسل قبل از خود داشت و آن استفاده از سیگنال‌‌های دیجیتال به جای سیگنال‌‌های آنالوگ بود. استفاده از دسترسی چندگانه تسهیم فرکانسی(FDMA) کنار گذاشته شد و از تسهیم زمانی(TDMA) و تسهیم کد(CDMA) استفاده شد. بر خلاف نسل اول که فقط سرویس مکالمه صوتی ارائه می‌‌داد، در نسل دوم پیامک و انتقال داده امکان‌‌پذیر شد. کیفیت صدای بهتر، امکان رمزگذاری و امنیت بیشتر نیز دیگر مزایای نسل دوم نسبت به نسل اول بودند.

یکی از اولین استانداردهای نسل دوم GSM نام دارد که توسط ETSI (یکی از سازمان‌‌های استانداردگذاری در زمینه ارتباطات) بوجود آمد. در این استاندارد همچنان از روش مدارگزینی استفاده می‌‌شد و به مرور زمان انتقال داده روی مدار امکان‌‌پذیر شد. سرعت انتقال اطلاعات در GSM بیشتر از 14.4 کیلوبیت برثانیه نبود. همچنین به دلیل استفاده از مدولاسیون‌‌های دیجیتال برای بهبود کیفیت صوت، سرویس‌‌های داده محدودتر می‌‌شدند. در این زمان تعداد مشترکین به طرز چشمگیری افزایش یافت و  شرکت‌‌های مربوطه به بهبود کیفیت، افزایش خدمات و افزایش مناطق تحت پوشش پرداختند و تغییراتی در استانداردها بوجود آمد.

نسل دو و نیم (2.5G) و دو و هفتاد و پنج (2.75G)

با ادامه روند پیشرفت در شبکه‌‌های سلولی نسل‌‌هایی بوجود آمدند که آنها را بین نسل دوم و سوم به شمار می‌‌آورند. در نسل 2.5 که به آن GPRS گفته می‌‌شود بجای استفاده از روش مداری، داده‌‌ها به صورت بسته(packet) فرستاده می‌‌شوند. مزیت این امر در این است که اطلاعات ارسالی بایت به بایت محاسبه می‌‌شوند، بر خلاف روش مدارگزینی که فقط زمان ارتباط ملاک است. قابلیت ارسال پیام تصویری (MMS) و خدمات اینترنت مانند ایمیل و دسترسی به وب نیز با ظهور GPRS به شبکه‌‌های سلولی اضافه شد. با اینکه سرعت اولیه در GPRS بسیار پایین بود اما امروزه سرعت در حالت دانلود به 171کیلوبیت برثانیه هم می‌‌رسد. در ادامه راه فناوری دیگری به نام EDGE بوجود آمد که به دلیل نزدیکی به نسل سوم آن را نسل 2.75 نام‌‌گذاری کردند. هدف از بوجود آمدن این فناوری افزایش سرعت بود. یکی از مزیت‌‌های EDGE این است که نیاز به ایستگاه پایه(آنتن مرکزی) جداگانه ندارد و با همان آنتن‌‌های شبکه‌‌های نسل دوم هم سازگاری دارد. سرعت دریافت این فناوری که با علامت اختصاری E در گوشی‌‌های موبایل نشان داده می‌‌شود می‌‌تواند در بهترین حالت به 384کیلوبیت برثانیه برسد.

نسل سوم (3G)

در قرن جدید میلادی نیازها و انتظارات از شبکه‌‌ها تغییر پیدا کرد. تمایل برای ارسال و دریافت فایل‌‌های چندرسانه‌‌ای حجیم، استفاده از ویدئو کنفرانس، نیاز به دریافت اطلاعات در هنگام حرکت، انجام بازی‌‌های آنلاین و بسیاری از موارد دیگر مهندسان کامپیوتر و مخابرات را برآن داشت تا توان خود برای ارائه نسل جدید شبکه‌‌های سلولی را با تغییرات زیاد و سرعت بسیار بالاتر بکار گیرند. برای نسل سوم فناوری‌‌های مختلفی در کشورهای متفاوت بوجود آمد اما استاندارد  UMTS(W-CDMA) که در سال 2001 توسط سازمان 3GPP معرفی شد فراگیرتر از سایر رقبا شد. این فناوری از طیف‌‌ فرکانسی 5 مگاهرتز استفاده می‌‌کند و سرعت دریافت تا 2 مگابیت برثانیه هم می‌‌رسد. از لحاظ امنیتی، در نسل سوم از کلیدهایی با طول بیشتر استفاده می‌‌شود و همچنین تغییراتی در احراز هویت صورت گرفته است. ژاپن اولین کشوری بود که به صورت گسترده و تجاری از 3G استفاده کرد.

شکل2. نوکیا 6630؛ اولین گوشی نوکیا با قابلیت پشتیبانی از 3G

نسل سه ونیم (3.5G) و سه و هفتاد و پنج (3.75G)

طبق سنت‌‌های قبلی فناوری‌‌های نسل سوم هم پیشرفت کردند و به نسل بعدی خود نزدیک‌‌تر شدند. منظور از نسل 3.5 و نسل 3.75 فناوری‌‌های HSPA و HSPA+ هستند که هر دو توسط 3GPP ارائه شدند. در گوشی‌‌های همراه این دو فناوری با علامت H یا H+ نمایش داده می‌‌شوند و به معنی این است که سرعت انتقال اطلاعات از 3G بیشتر است. حداکثر سرعت اطلاعات در حالت تئوری 42.2 مگابیت برثانیه است. لازم به ذکر است که به دلیل وجود موانع، فاصله بین دستگاه و ایستگاه پایه، متحرک بودن و مواردی مشابه سرعت واقعی که در اختیار کاربران قرار می‌‌گیرد بسیار کمتر از رقم مشخص شده است. همچنین برخی از اپراتورها حداکثر سرعتی که قابل ارائه است را در اختیار کاربران قرار نمی‌‌دهند.

نسل چهارم (4G)

آخرین نسل ارائه شده از شبکه‌‌های سلولی نسل چهارم است که هدف آن افزایش ظرفیت، کیفیت سرویس و مناطق تحت پوشش و همچنین کاهش هزینه‌‌هاست. یکی از استانداردهای ارائه شده برای 4G استاندارد LTE است که توسط 3GPP ارائه شده است. LTE از نسخه دهم (release 10) با تغییراتی که داده شد به نسخه پیشرفته یعنی LTE-A تغییر پیدا کرد. همچنین رقیب دیگری به نام WIMAX وجود دارد که در دو نسخه ارائه شده است و البته محبوبیت به مراتب کمتری دارد. هدف 4G رسیدن به سرعت 100مگابیت برثانیه در حال حرکت(مثلا هنگام حرکت قطار) و 1گیگابیت برثانیه در حالت سکون است که در مقایسه با نسل قبلی تفاوت چشمگیری محسوب می‌‌شود. از دیگر ویژگی‌‌های مهم نسل چهارم این است که مکالمه صوتی نیز باید همانند داده به صورت بسته ارسال شود که به آن VoIP گفته می‌‌شود. در واقع روش مدارگزینی برای صوت در 4G وجود ندارد و از VoIP استفاده می‌‌شود که با کاهش تأخیر در ارسال بسته‌‌ها امکان‌‌پذیر شده است.

نسل سه و نه دهم (3.9G)

افزایش سرعت، VoIP، ارائه خدمات به تعداد بیشتر کاربران، استفاده پویا از منابع، جلوگیری از تداخل و بسیاری از ویژگی‌‌ها و اهداف دیگر برای شبکه‌‌های نسل چهارم در نظر گرفته شده است. اگر قرار باشد استانداردی جزو استانداردهای نسل چهارم تلقی شود باید ویژگی‌‌ها و اهداف مشخص شده را فراهم کند. با این دیدگاه استانداردهای LTE-A و وایمکس2 جزو نسل چهارم محسوب می‌‌شوند اما LTE و وایمکس1 در این دسته قرار نمی‌‌گیرند چرا که برخی الزامات را محقق نمی‌‌کنند. از طرفی نیز شباهت بسیاری با فناوری‌‌های نسل چهارم دارند. بنابراین از این دو فناوری به عنوان فناوری‌‌های نسل 3.9 یاد می‌‌شود. با این وجود در بیشتر موارد این امر نادیده گرفته می‌‌شود و استانداردهای نسل 3.9 را جزو نسل چهارم به حساب می‌‌آورند.

نسل پنجم (5G)

نگاهی به تاریخ نشان می‌‌دهد که تقریبا هر ده سال یکبار نسل جدیدی از شبکه‌‌های سلولی ارائه می‌‌شود. با این تفسیر در چند سال آینده باید منتظر نسل پنجم باشیم. مطالعات در مورد 5G از سال‌‌ها پیش آغاز شده است و سعی بر آن است که نه تنها سرعت انتقال داده‌‌‌‌ها بیشتر ‌‌شود بلکه فناوری‌‌های جدیدی مانند برداشت انرژی و قابلیت دستگاه به دستگاه (D2D) نیز به بهره‌‌برداری برسند. همچنین با توجه به رشد اینترنت اشیاء، فراگیر شدن سنسورها و افزایش تقاضای دستگاه‌‌ها برای اتصال به اینترنت، تغییراتی متناسب با آنها در نظر گرفته خواهد شد. با این حال تلاش برای بهبود کارآیی در نسل‌‌های قبل همچنان ادامه دارد و ممکن است در سرعت و ارائه خدمات آنها تغییراتی اساسی حاصل شود.