شهد نظام GSM لنقل البيانات مراحل متعددة من التطور، إذ حققت تقنية الهاتف النقال الخلوي نجاحًا كبيرًا وزاد عدد مستخدمي الإنترنت ومبتكري الاتصالات اللاسلكية، مما أدى إلى تحديات جديدة. تتمثل هذه التحديات في زيادة حركة نقل خدمات تبادل المعطيات وتقليل حركة نقل الإشارات الكلامية التقليدية عبر الشبكة الخلوية، وهو أمر أصبح ممكنًا في أيامنا هذه.
في الماضي، قدمت التقنيات السابقة مثل GSM خدمات تبادل المعطيات مع نقل الإشارات الكلامية، لكنها كانت مرتبطة بعقبات وعوائق. من أبرز هذه العقبات، الاستهلاك الكبير للوقت وانخفاض معدل نقل البيانات. ويعود السبب الرئيس لهذه العقبات إلى أن أنظمة الاتصالات الحالية اللاسلكية تعتمد تقنية التبديل بالدارات إذ أنه في هذه التقنية، تُحجز قناة الاتصال بكاملها لمستخدم واحد، مما يؤدي إلى تقييد عدد المستخدمين وتقليل معدلات نقل المعطيات.
ولكن، مع نظم الاتصال الحديثة التي تعتمد تقنية التبديل بالرزم للإرسال الراديوي، أصبح الوضع مختلفًا. إذ سمحت هذه التقنية بحجز قناة الاتصال ديناميكيًا، أي أنه يمكن استخدام القناة الفيزيائية نفسها من قبل أكثر من مستخدم في وقت واحد، وهذا يساعد في تحسين معدلات نقل المعطيات بشكل كبير
وتستمر مقاييس الاتصالات الرقمية اللاسلكية في التطور بهدف زيادة السعة والتغطية والجودة ومعدل نقل البيانات. في هذا المقال سنتحدث عن تطور الجيل الثاني والثالث.
شهد نظام GSM تطورًا في خدمات نقل البيانات، إذ بدأت المراحل الأولى بتقنية (High Speed Circuit Switched Data) HSCSD، والتي تعتمد على تبديل دارات البيانات عالية السرعة. ومن ثم، تحولت هذه الخدمات إلى تقنية خدمة الإرسال الراديوي العام المحزّم (General packet radio service) GPRS، كذلك التي تعتمد على نقل البيانات على شكل حزم بدلاً من تبديل الدارات الذي كان يستخدم في HSCSD.
أدت تقنية GPRS إلى تحقيق حرية تنقل كاملة وتغطية واسعة لنقل البيانات. وكذلك بعد GPRS، تم تطوير عملية نقل البيانات باستخدام تقنية معدلات البيانات المحسنة لتطور GSM والمعروفة بـِ EDGE التي تستخدم تقنيات التعديل ذات القدرة العالية في نقل معدلات بيانات أعلى ضمن عرض القناة الثابتة.
بفضل التطور الهائل في استخدام الانترنت والاتصالات اللاسلكية، طوّرت تقنيات جديدة تمكّن من استخدام الانترنت عبر الأجهزة اللاسلكية (المحطات المتنقلة).
في الجيل الثاني من الاتصالات اللاسلكية، تمثلت خدمة نقل البيانات في نظام GSM بشكل أساسي في إرسال الرسائل القصيرة (SMS) بمعدل نقل يبلغ 9.6Kbps ومع ازدياد الطلب على نقل البيانات واحتياج الأفراد والشركات للوصول إلى الإنترنت، اضطر المشغلون Operators إلى تطوير تقنيات جديدة تمكنهم من تلبية هذه المتطلبات العالية وتقديم الخدمات بشكل موثوق وسريع.
تقنية السرعة العالية لتبديل البيانات HSCSD كخطوة أولى في تحديث وتطوير نظام GSM لزيادة سرعة نقل البيانات بشكل أكبر. تعتمد هذه التقنية على تبديل بالدارات Circuit Switched (CS) على شبكة GSM وتتيح سرعات نقل بيانات تصل إلى 57.6Kbps.
وعلى الرغم من التحسن الذي جلبته تقنية HSCSD في نقل البيانات عبر شبكة GSM، إلا أنه كان لها بعض المساوئ، من أهمها:
1- استخدام آلية الربط Link Mechanism لنظام GSM، وهذه الآلية ليست فعالة بشكل كبير في نقل البيانات للاجهزة التي تستخدم حزم البيانات Packet Data بدلاً من التبديل بالدارات.
2- الحاجة إلى حجز كامل لثمانية قنوات حركة TCH أثناء تحميل ملف ذو حجم كبير من الإنترنت، وكثيرًا ما تبقى هذه القنوات مشغولة بدون استخدام أثناء تصفح الإنترنت، مما يؤدي إلى تبديد الموارد.
3- تأثر قنوات TCH مباشرة بتكلفة الخدمة، إذ تُفرض التكلفة على كامل فترة الحجز، وعلاوة على ذلك، لا يمكن لأي مشترك آخر استخدام هذه القنوات أثناء استخدامها من قبل مشترك آخر تم حجز القنوات له، حتى لو كانت القنوات غير مشغولة في نقل البيانات.
في تقنية GPRS، كانت الخطوة الثانية لتحسين خدمات نقل البيانات بشكل أكبر وأفضل. إذ زادت معدلات نقل البيانات من خلال توسيع عرض النطاق المتاح، وهذا الإجراء كان بديلاً لتقنية HSCSD التي تستخدم عددًا أكبر من الحيزات الزمنية وبالتالي تؤدي إلى استهلاك غير فعال للمصادر الراديوية.
ولهذا ظهرت تقنية التبديل بالرزم أو الحزم لتوفير خدمات نقل البيانات بسرعة وكفاءة أكبر، وبتكلفة أقل للوصول إلى شبكة الإنترنت. وبذلك، أصبح من الضروري تزويد شبكة نظام GSM بمعدات تدعم خدمة التبديل بالحزم.
عُرِفت تقنية GPRS بالجيل 2.5G، إذ يتراوح معدل نقل البيانات فيها من 115 إلى 117Kbps بمتوسط 56Kbps.
ساعدت هذه التقنية على زيادة معدل نقل البيانات حتى 384Kbps عن طريق استخدام تقنيات تعديل مختلفة عن تقنية التعديل المستخدمة في GSM لتحسين استخدام عرض النطاق للقناة.
في تقنية EDGE، استُخدِم التعديل 8PSK بدلاً من GMSK المستخدمة في أنظمة GSM، مما ساعد بشكل كبير في زيادة إمكانية نقل بيانات بمعدل 60Kbps للحيز الزمني الواحد في نفس النطاق الترددي للقناة 200KHz.
ومع تطور التكنولوجيا، ظهر نظام الجيل الثالث الذي يحمل اسم النظام العالمي للاتصالات المتنقلة UMTS الذي ساعد على تحقيق زيادة هائلة في معدلات نقل البيانات وتوفير خدمات جديدة مثل الهاتف المتلفز وغيرها. بفضل هذه التحسينات، تم تحسين أداء الشبكات الخلوية وتوسيع نطاق الخدمات المتاحة للمستخدمين، مما جعل تجربة الاتصالات اللاسلكية أكثر سلاسة وتنوعًا.
تتميز تقنية الجيل الثالث بقدرتها على توفير خدمات متعددة بشكلٍ متزامن لكل مستخدم. يمكن للمستخدمين في هذا الجيل إجراء الاتصالات الصوتية بالتوازي مع استخدام خدمات الإنترنت للحصول على معلومات هامة أو المشاركة في مكالمات فيديو. وبنفس الوقت، يمكنهم إرسال واستقبال خدمات البريد الإلكتروني والرسائل المتعددة الوسائط.
سمي نظام الجيل الثالث بنظام UMTS وكان هدفه تحقيق معدلات نقل بيانات تصل إلى 2Mbps ولتحقيق هذا الهدف، اِستُخدِمت تقنيات راديوية جديدة تمثلت بتعدد الوصول بالتقسيم التشفيري العريض WCDMA واستُخدِم الطيف الترددي في نطاق 2GHz
توفر تقنية الجيل الثالث مجموعة من الخدمات المتقدمة، ومنها:
تمثل CDMA مفهومًا أساسيًا لتحسين أداء نظام الاتصالات.تسمح هذه التقنية بحمل بيانات عدة محطات نقالة MSs دون الحاجة لتقسيم القناة الترددية إلى حيزات زمنية Slots . بدلاً من ذلك، يحصل كل MS على مفتاح خاص لفك التشفير الخاص به. وبالتالي، يمكن أن يتم إرسال المعلومات للعديد من الأجهزة MS بنفس الوقت، إذ يكون كل MS قادرًا على تحليل المعلومات وفك التشفير فقط للمعلومات المخصصة له. ومن ثم يتم إرسال الإشارة بحيث يكون مستوى القدرة لديها أقل من مستوى الضجيج.
تزداد مشكلة التداخل مع زيادة عدد المستخدمين على نفس القناة، مما يؤدي إلى صعوبة فك التشفير للجهاز النقال الواحد. ولحل هذه المشكلة، تم استخدام عرض نطاق عريض بنفس تقنية CDMA وسُمِّيَتْ هذه التقنية WCDMA.
تُمثل WCDMA الوصلة الهوائية لنظام UMTS. إذ عملت هذه التقنية على توسيع نطاق الإشارة المستخدمة حتى 5MHz بدلًا من نطاق القناة الواحدة لنظام GSM المتمثل في 200KHz. إذ يتم تمديد الإشارة Signal Spreading عن طريق ضرب إشارة المستخدم بعد تشفيرها بتشفير القناة Channel Code. بمعامل تمدد معين Spreading Factor يتراوح من 4 إلى 512. بذلك تُنتِج سلسلة من عناصر المعلومات التي تمثل خانة واحدة 1bit.
يستخدم WCDMA نطاق ترددي مزدوج بعرض (2×5MHz). إذ يُقسّم النطاق الترددي بالتساوي بين كلا المسارين الصاعد والهابط، بمعنى أن كل مسار يستخدم 5MHz من النطاق الترددي. وتتمثل الترددات المحددة لكل مسار في النطاق الترددي من 1920 إلى 1980MHz. للمسار الصاعد (Up-Link)، ومن 2110 إلى 2170MHz للمسار الهابط (Down-Link).
تتكون شبكة نظام الجيل الثالث UMTS من ثلاثة أقسام رئيسية، وهي:
هي المعدات المتنقلة وبطاقة المستخدم الخاصة بالجيل الثالث USIM، إذ تحتوي على معلومات المشترك بالإضافة إلى المعلومات المتعلقة بخدمات نقل البيانات للجيل الثالث. تعمل معدات المستخدم UE على الاتصال بشبكة UMTS عبر الوصلة الهوائية التي تستخدم تقنية الوصول بنظام WCDMA
يتكون قسم شبكة الوصول الراديوي لنظام UMTS (UTRAN) من جزئين رئيسيين:
وهي المحطة القاعدية للاتصال BTS. وتقوم بتوفير الوصلة الهوائية بين شبكة UMTS. ومعدات المستخدم UE
تؤدي مهامًا مثل تشفير القناة كما والتحزيم الداخلي وتمديد النطاق للإشارة Spreading، يمكن اعتبار العقدة B ما يعادل المحطة القاعدية للاتصال BTS في نظام GSM وكذلك تحديث البرمجيات والمعدات.
ويمكن أن نشير له بـ بوحدة BSC ، يعد RNC المسؤول عن جميع العمليات الراديوية في الخلية والعقدة B. كما يتحكم بجميع العقد B المتصلة به بالإضافة إلى التواصل مع وحدات أخرى من RNC. والشبكة المركزية لتنظيم عمليات التأشير بين العقد B وكذلك لربط هذه العقد مع الشبكة المركزية Core Network. كذلك يعمل أيضًا على تنفيذ عمليات مثل التسليم Handover كما وإدارة المصادر الترددية RRC وإدارة الحركة Traffic Management والتشفير Ciphering وتشفير البيانات
تتصل RNCs مع بعضها البعض لتسهيل عمليات المناولة دون الحاجة للاتصال بالشبكة المركزية.
هي القسم المسؤول عن عمليات التحكم بالاتصال. كما وتوجيهه والخدمات الأخرى المتعلقة بالمستخدم. تنقسم الشبكة المركزية إلى قسمين:
وهي عناصر وأجزاء شبكة نظام GSM الأساسية. تعمل بأسلوب التبديل بالدارات مثل MSC و VLR و GMSC. تؤدي هذه العناصر مهامها الطبيعية كما في نظام GSM.
وهي عناصر الشبكة التي تعمل بأسلوب حمل البيانات على شكل حزم. كما ووترتكز على عناصر نظام GPRS مثل SGSN و GGSN بالإضافة إلى عناصر جديدة تتوافق مع متطلبات الجيل الثالث 3G. مثل اسم خادم المشترك المحلي Home Subscriber Server (HSS). وكذلك هناك عناصر مشتركة بين القسمين مثل HLR و EIR و AUC.
وباختتام هذا المقال. نستنتج أنَّ تطور الاتصالات الخلوية من الجيل الثاني إلى الجيل الثالث قد شهد تحولًا هائلًا في عالم الاتصالات. وأسهم بشكل كبير في تغيير طريقة تفاعلنا مع العالم من حولنا. فقد مهَّد الجيل الثاني الطريق للاتصالات الخلوية. وجعلها أكثر انتشارًا وتواجدًا. بينما جاء الجيل الثالث ليعزِّز تلك التقنيات. ويقدم تحسينات جذرية في سرعة الإنترنت. وقدرتها على نقل البيانات بشكل أفضل.
لتفاصيلٍ تقنية أكثر اشترك في دورة الاتصالات اللاسلكية. وكن مهندس اتصالات محترف للأنظمة الخلوية من 2G وحتى 5G وانطلق لعالم الاتصالات بخطىً واثقة.
Optimized by Seraphinite Accelerator