تُعتبر صناعة الاتصالات السلكية واللاسلكية العمود الفقري لخدمة الهواتف المحمولة في وقتنا الحاضر ، بحيث أن هذه الشبكة تعمل على نشر الصوت والبيانات والرسومات والفيديوهات بسرعات متزايدة وبطرق تكنولوجية مختلفة.
ما هي هندسه الاتصالات | تاريخ تطور شبكات الاتصال
أن علم هندسة الاتصالات عبارة عن تخصص تأسس حول تبادل المعلومات عبر القنوات عن طريق الوسائل السلكية أو اللاسلكية.
فهذا العلم يجمع كل عناصر الهندسة الكهربائية ، بما في ذلك هندسة الكمبيوتر وهندسة النظم ، من أجل إنشاء وتحسين أنظمة الاتصالات.
ببساطة ، يُمكننا القول أن العثور على هندسة الاتصالات أصبح في كل جانب من جوانب حياتنا تقريبًا ، من التنقل عبر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) إلى شبكة الإنترنت.
كانت الاتصالات الهاتفية السلكية في يوم من الأيام الخدمة الأساسية والمستهدفة من قبل القطاع الصناعي ، ولكن فيما بعد أصبحت الاتصالات اللاسلكية والتوزيع عبر الأقمار الصناعية هي المهيمنة بشكل متزايد على المجال الصناعي.
في هذا المقالة سنتعرف على تاريخ علم الاتصالات أبتداءً من أساسيات علم الاتصالات وأهميته في حياتنا اليومية إلى الخصائص التي يتمتع بها كل جيل في عالم الاتصالات من 1G إلى آخر جيل إتصالات لدينا وهو 5G.
أساسيات الاتصالات
أن هذه الإشارات أو المعلومات يتم انتقالها من المصدر (Transmitter) إلى المستقبل (Reciever) الموجود على بُعد مسافة محددة عن طريق ما يُسمى بالقناة (Channel) ، هذه القناة تُعتبر هي الوسط الذي من خلاله تنتقل تلك المعلومات من المرسل إلى المستقبل.
حتى نقوم بنقل هذه الإشارات في نظام الاتصالات ، يجب أولاً القيام بمعالجتها عن طريق عدة مراحل ، بدءًا من تمثيل الإشارة ، إلى تشكيل الإشارة حتى التشفير والتشكيل.
بعد الإكمال من تجهيز تلك الإشارات المراد إرسالها ، تنتقل هذه الإشارات إلى وسط نقل المعلومات (channel أو كما يُعرف بـ Medium) بحيث قد يكون هذا الوسط الناقل للمعلومة (Wireless أو Wired أو Optical Fiber).
عند إنتقال إشارة المعلومات في الوسط (Channel) تواجه العديد من العيوب مثل الضوضاء(Noise) والتوهين (Attenuation) والتشويه (Distortion).
تاريخ الهاتف الخلوي | كيف تطور الهاتف من القديم للحديث ؟ مراحل تطور الاتصالات اللاسلكية
أن بداية إنطلاق فكرة الأجهزة المحمولة كانت مقتبسة من خلال فكرة أجهزة الراديو المحمولة التي اكتسبت استخدامًا واسعًا للتطبيقات التجارية في الاربعينات من القرن الماضي.
بالأضافة إلى ذلك ، فأنه مع تزايد عدد مستخدمين اتصالات الخطوط الأرضية ، تحولت بعض الأفكار إلى إمكانية استخدام الأنظمة اللاسلكية (Wireless Systems) بدلًا من تلك الأنظمة السلكية (Wired Systems).
إقرأ أيضًا:
وهذا النظام اللاسلكي سيعمل عن طريق استخدام موجات الراديو (Radio Waves) كناقل له بدلاً من الخطوط الأرضية السلكية التقليدية (Wires) المستخدمة لخدمات الهاتف.
ظهور الهواتف المحمولة
الحقيقة أن كلمة Mobility ليس كلمة حديثة العهد ، ولكن هذه الكلمة كانت موجودة معنا منذ وقت طويل جدًا ، تحديدًا في منتصف القرن الماضي.
الجيل الصفري في الاتصالات 0G
كان منتصف القرن الماضي هو بداية ظهور أول نظام اتصالات لاسلكي يعمل على تقديم خدمة الاتصال عن طريق الهواتف النقالة التي تستطيع من خلالها إجراء أي مكالمة أثناء تجوالك.
ولكن للأسف ، عانى ذلك النظام من العديد من العيوب ، حيث كان النظام فقط يعمل على تقديم الخدمات الصوتية (أي فقط يُمكنك إجراء مكالمات) ، أضف إلى ذلك أن سعة النظام كانت صغيرة جدًا بسبب إستخدامه تقنية FDM.
ولكن للأسف ، عانى ذلك النظام من العديد من العيوب ، حيث كان النظام فقط يعمل على تقديم الخدمات الصوتية (أي فقط يُمكنك إجراء مكالمات) ، أضف إلى ذلك أن سعة النظام كانت صغيرة جدًا بسبب إستخدامه تقنية FDM.
أيضًا، كانت أجهزة الاتصالات (بشكل خاص أجهزة الإرسال والإستقبال) تستهلك Power عالية جدًا ، وكانت أجهزة الإرسال تقوم بإرسال الإشارات على Power Level عالي جدًا ، وهذا يُعد خطر كبير مع مرور الوقت على صحة الإنسان.
بالأضافة إلى أنه بالرغم من قدرة المستخدمين على إجراء مكالمات لاسلكية باستخدام تلك الهواتف المحمولة ، إلا أن هذه الهواتف كانت لها العديد من العيوب في ذلك الوقت ، هذه العيوب تتمثل في الحجم الكبير للغاية لتلك الأجهزة وكذلك تستهلك الكثير من الطاقة.
إقرأ أيضًا:
الجيل الاول للاتصالات 1G
مع مرور الوقت ، استمرت أنظمة الاتصالات في التطور حتى وصلنا إلى عام 1974 التي كان بداية ظهور أنظمة الاتصالات التناظرية (Analog systems) هذا النظام يعرف باسم 1Genration System.
شبكة الجيل الثاني (2G GSM)
في الجيل الثاني من الاتصالات أراد العلماء تجنب العيوب أو بالأصح حل المشاكل الرئيسية التي كان يُعاني منها نظام اتصالات الجيل الأول.
كان نظام 1G عبارة عن Analog System وهذا يعني بشكل رئيسي أن الـ Quality للإشارة المستقبلة سيئة والـ Cost للنظام عالي جدًا.
إقرأ أيضًا:
أيضًا ، من ضمن العيوب الذي عانى منها النظام أنه كان ذو سعة محدودة (Limited Capacity) وهذا نتيجة لاستخدام تقنية الوصل المتعدد عن طريق التقسيم الترددي "FDMA" الذي لم تُعطي الكثير من التحسينات على مستوى Capacity للنظام حتى يتمكن من استعاب عدد أكبر من المشتركين.
ولكن العيب الرئيسي الذي كان يوجد في نظام الجيل الأول هو أن تلك الأنظمة كانت (Uncompatable Systems).
وهذا يعني أن أنظمة اتصالات الجيل الأول غير متوافقة مع بعضها البعض ، وذلك نتيجةً لكون كل نظام كان يستخدم حيز من الترددات المختلف عن الآخر.
أي أن نظام AMPS الموجود في أمريكا كان مختلفًا عن نظام MCS الموجود في اليابان ، بحيث أن كل system كان لديه Protocols و Frequency Bands مختلفة عن الآخر.
فإذا أردت الخروج على سبيل المثال من ألمانيا والدخول إلى بريطانيا لابد لك أن تقوم بتغير هاتفك المحمول كونه لا يدعم مايسمى بـ(Roming).
أيضًا ، في نظام 1G لم يكون هُناك مايعرف حاليًا بـ SIM Card أي الشريحة الخاصة بالمشترك الذي تحتوي على رقمه ، بحيث أن رقم المشترك كان يُوضع داخل الهاتف بشكل دائم بحيث لا يمكنك تغييره.
على أي حال ، في بداية الثمانينات من القرن الماضي أجتمع مجموعة من الأوربيين من خبراء الاتصالات في باريس عام 1982 ، وأرادو أن يقوموا بعمل نظام اتصالات أو بالأصح (Standard) موحد بين تلك الدول الأوروبية.
ماهو نظام GSM ؟
تم تسميه هذا النظام باسم GSM في البداية والتي تعني Groupe Special Mobile ، تكريمًا لتلك المجموعة من العلماء الذي قامت على إنشائه.
ولكن لأسباب تسويقية تمت إعادة تسميته لاحقًا ليصبح النظام العالمي للاتصالات المتنقلة (Global System for Mobile Communication) مع الإحتفاظ بصيغة الاختصار GSM.
إقرأ أيضًا:
تم إطلاق هذا النظام في أوائل التسعينيات وأصبح معيارًا عالميًا ، حيث تجاوز مليار اتصال بحلول أوائل القرن الحادي والعشرين.
وهذا لكونه يتمتع بالعديد من المميزات الرائعة ، حيث أنه كان عبارة عن نظام رقمي (Digital System) بما يعني أن (Quality) جودة الإشارة ستكون جيدة جدًا.
أضف إلى ذلك أنه سمح بالتجوال (Roming) وزيادة Capacity للنظام نتيجة لاستخدام تقنية TDMA/FDMA الذي أدت إلى زيادة عدد المشتركين ، والعديد من الإمكانات الأخرى الذي ساهمت في تفوقه على الأنظمة الأخرى.
وصل حجم القناة المستخدمة في نظام GSM إلى 200KHz وهذا ما ساهم في تحسين سرعة البيانات Data Rate للنظام حيث وصلت إلى مايقارب 9.6Kb/s للمستخدم الواحد.
الجيل الثالث للاتصالات (3G UMTS)
في نظام الجيل الثالث للاتصالات تم استخدام العديد من التقنيات المختلفة من أجل الوصول إلى تحسينات عالية على مستوى (Data Rate).
أن زيادة Date Rate أو أيضًا كما يُطلق عليها بـ Transmission Speed ستؤدي إلى إدخال العديد من خدمات الوسائط المتعددة وكذلك إمكانية تصفح الإنترنت بشكل سهل جدًا.
ماهو UMTS ؟
في النظام الياباني UMTS النظام العالمي للاتصالات المتنقلة (هي اختصار لـ Universal Mobile Telecommunication System) تم إستخدام تقنية الوصول المتعدد عن طريق الأكواد (تقنية النطاق العريض CDMA). بالأضافة إلى ذلك ، تم زيادة حجم القناة أيضًا ليصل إلى 5MHz.
لقد مكّنت تلك التقنيات المستخدمة نظام UMTS من استخدام البيانات بشكل معقول على الأجهزة المحمولة ، حيث وصلت سرعة البيانات إلى مايقارب 2Mb/s.
لكن بالرغم من تطور سرعة نقل البيانات بهذا الشكل الكبير عما كانت عليه في نظام GSM ، إلا أنها لم تكن قريبة مما هو مطلوب في وقتنا الحالي.
بدأت منظمة 3GPP الذي أشرفت على تطوير نظام 3G UMTS مشروع شراكة الجيل الثالث من أجل العمل على تطوير التكنولوجيا الخلوية 3G من خلال ورشة عمل عقدت في تورنتو كندا في نوفمبر 2004.
قامت ورشة العمل في بداية المشروع بتحديد عددًًا من المتطلبات عالية المستوى للتكنولوجيا الجديدة وهي كالتالي:
شبكة الجيل الرابع (LTE وشبكة 4G الحقيقة)
بدأت منظمة 3GPP الذي أشرفت على تطوير نظام 3G UMTS مشروع شراكة الجيل الثالث من أجل العمل على تطوير التكنولوجيا الخلوية 3G من خلال ورشة عمل عقدت في تورنتو كندا في نوفمبر 2004.
قامت ورشة العمل في بداية المشروع بتحديد عددًًا من المتطلبات عالية المستوى للتكنولوجيا الجديدة وهي كالتالي:
- انخفاض التكلفة لكل بت
- توفير المزيد من الخدمات بتكلفة أقل بالأضافة إلى تجربة مستخدم أفضل
- مرونة استخدام نطاقات التردد الحالية والجديدة
- هندسة مبسطة ، واجهات مفتوحة
- السماح باستهلاك معقول للطاقة الطرفية
بالحديث عن الأرقام الفعلية للنظام ، فأن من ضمن أهداف عمليات النشر الأولى لشبكة LTE تظمنت معدلات تنزيل تبلغ 100 ميجابت في الثانية ومعدلات تحميل تبلغ 50 ميجابت في الثانية لكل 20 ميجاهرتز من الطيف.
بالإضافة إلى هذا ، كان نظام LTE مطلوبًا لدعم ما لا يقل عن 200 مستخدم نشط في كل خلية 5 ميجا هرتز. (أي 200 مكالمة هاتفية نشطة).
بالإضافة إلى هذا ، كان نظام LTE مطلوبًا لدعم ما لا يقل عن 200 مستخدم نشط في كل خلية 5 ميجا هرتز. (أي 200 مكالمة هاتفية نشطة).
إقرأ أيضًا:
ما هي شبكة LTE ؟
بدأ نشر نظام LTE في شكله الأساسي في حوالي عام 2008 ، بحيث أن نظام LTE أعتبر أنه هو الوريث الطبيعي لنظام 3G UMTS الذي تم القيام بتطويره من أجل توفير المزيد من خدمات Broad Band لأجهزة إتصالات الهاتف النقال.
بعد القيام بإطلاق HSPA ، تم تقديم نظام LTE الذي أعتمد على تقنية OFDM بدلاً من DSSS / CDMA.
اكتسب نظام LTE زخمًا سريعًا من خلال توفير سرعة بيانات أعلى بكثير وتحسين الأداء إلى حد كبير بالإضافة إلى انخفاض تكاليف التشغيل للشبكة.
أن عملية النشر الأولى لنظام LTE أعطت تحسنًا طفيفًا مقارنةً بخدمة HSPA بحيث أن نظام LTE تم إعتباره أنه ليس هو نظام 4G الحقيقي وسمي بـ Pre 4G واطلق عليه اسم 3.9G.
أن LTE-Advanced هو تقنية 4G الحقيقة ، وهذا نتيجة لتحسن والسرعة الكبيرة الذي قام النظام بتوفيرها مقارنةً بنظام LTE السابق ، فيما بعد تم تطويره أيضًا إلى 4G LTE-Advanced Pro.
في نظام LTE لم يتم تحسين شبكة الوصول اللاسلكي فقط ، ولكن تم أيضًا إصلاح بنية الشبكة مما أتاح تقليل زمن الوصول (Lattency) وتوصيل أفضل بكثير بين عناصر شبكة الوصول اللاسلكي RAN.
تميز نظام LTE بإحتوائه العديد من التقنيات ، على سبيل المثال تقنية OFDMA و SC-FDMA وMIMO و Frequency Domain Equalization والعديد من التقنيات الأخرى.
كل هذه التقنيات تم استخدامها من أجل أن تمكن نظام LTE على العمل بكفاءة أكبر فيما يتعلق باستخدام الطيف ، وكذلك لتوفير معدلات بيانات أعلى بكثير من ما هي مطلوبة.
تقنية الجيل الخامس 5G
بعد النجاح الكبير الذي حققه نظام 4G LTE-A ، بدأت العديد من التطبيقات تطلب متطلبات جديدة من السرعة العالية وزمن الانتقال المنخفض جدًا إلى البيانات ذات السرعة المنخفضة جدًا.
ما هي تقنية 5G ؟
5G هي شبكة الجيل الخامس للهاتف المحمول ، فهي عبارة عن معيار لاسلكي عالمي جديد تم تطويره بعد شبكات 1G و 2G و 3G و 4G.
أن التصميم الجديد لشبكات 5G أتاح للشبكة توصيل الجميع تقريبًا وكل شيء معًا بما في ذلك الآلات والأشياء والأجهزة.
مميزات الجيل الخامس من الاتصالات 5G
تهدف تقنية شبكات 5G اللاسلكية إلى تقديم العديد من المميزات والخدمات الرائعة مقارنةً بأنظمة الإتصالات السابقة ، هذه المميزات هي كالتالي:
- توفير سرعات بيانات أعلى تصل إلى جيجابايت في الثانية
- زمن انتقال منخفض للغاية
- موثوقية أكبر
- سعة شبكة هائلة جدًا
- زيادة كبيرة في عدد الخدمات الممكنة
- تجربة مستخدم أكثر اتساقًا لمزيد من المستخدمين.
الفرق بين 1G 2G 3G 4G من شبكات الهاتف المحمول وشبكة 5G بشكل مختصر
أن الجيل الأول من الاتصالات 1G ظهر في السبعينيات من القرن الماضي وقام النظام فقط بتقديم خدمة (Voice Service) أي خدمة صوت تناظري فقط.
بعد ذلك ظهر الجيل الثاني 2G في أوائل التسعينيات بحيث قامت شبكة الجيل الثاني بإدخال تقنيات جديدة (مثل CDMA- الوصول المتعدد لقسم الكود) بالأضافة إلى كون الصوت في النظام رقمي.
بعد ذلك ظهر الجيل الثاني 2G في أوائل التسعينيات بحيث قامت شبكة الجيل الثاني بإدخال تقنيات جديدة (مثل CDMA- الوصول المتعدد لقسم الكود) بالأضافة إلى كون الصوت في النظام رقمي.
إقرأ أيضًا:
ثم توالت التطورات في عالم الاتصالات إلى أن ظهر الجيل الثالث 3G في أوائل 2000s ، بحيث جلبت شبكة 3G بيانات الجوال (مثل CDMA2000).
آخرًا، ظهر في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين نظام الجيل الرابع من الاتصالات الذي بدأ بـ LTE وصولًا إلى LTE-A Pro ، في هذا النظام بشرت شبكة 4G LTE بعصر النطاق العريض المتنقل.
أن كل هذه الشبكات أبتداءً من 1G و 2G و 3G وحتى 4G أدت بنا إلى شبكات 5G ، التي صُممت من أجل توفير اتصال وسرعة بيانات أكثر مما كان متاحًا من قبل.
تطبيقات الجيل الخامس من الاتصالات 5G
بالحديث عن استخدامات الجيل الخامس ، فأن شبكة 5G يتم استخدامها عن طريق ثلاثة أنواع رئيسية من الخدمات المتصلة ، بما في ذلك خدمات النطاق العريض المتنقل المحسن ، والاتصالات المهمة ، وكذلك إنترنت الأشياء (IoT).
النطاق العريض المتنقل المحسن
بالإضافة إلى كون شبكة 5G تعمل على تحسين الهواتف الذكية ، يمكن كذلك لتقنية الهاتف المحمول 5G الدخول في تجارب غامرة جديدة مثل تقنية الواقع الافتراضي والواقع المعزز من خلال معدلات بيانات أسرع وأكثر اتساقًا وزمن وصول أقل وتكلفة أقل لكل بت.
الاتصالات المهمة
ستتمكن شبكة 5G من القيام بتقديم خدمات جديدة للتحكم عن بعد في البنية التحتية الحيوية والمركبات والإجراءات الطبية.
إنترنت الأشياء (IoT)
يمكننا القول أيضًا أن شبكة 5G ستعمل على توصيل عدد هائل من أجهزة الاستشعار المُدمجة في كل شيء تقريبًا بسلاسة.
وهذا سيتم عن طريق القدرة على تقليص معدلات البيانات والطاقة والتنقل ، مما بدوره سيوفر حلول اتصال قليلة ومنخفضة التكلفة للغاية.
سرعة شبكة 5G
تم تصميم شبكة الجيل الخامس (5G) لتقديم معدلات بيانات قصوى تصل إلى 20 جيجابت في الثانية وهذا بناءً على متطلبات الاتصالات المتنقلة الدولية -2020.
تم تصميم حلول 5G الرائدة لتحقيق ما يصل إلى 7.5 جيجابت في الثانية في ذروة معدلات بيانات الوصلة الهابطة "Down Link".
إقرأ أيضًا:
إقرأ أيضًا:
لكن شبكة 5G هي أكثر من مجرد شبكة جاءت لتحسين السرعة فقط ، فقد قدمت أيضًا معدلات ذروة تُعد الأعلى للبيانات ، تم تصميم شبكة 5G لتوفير سعة شبكة أكبر بكثير من الشبكات السابقة ، وهذا عن طريق التوسع في طيف جديد ، مثل mmWave.
يمكن أن تقدم شبكة 5G أيضًا زمن انتقال أقل بكثير للاستجابة الفورية ويمكن أن توفر تجربة مستخدم أكثر اتساقًا بشكل عام بحيث تظل معدلات البيانات مرتفعة باستمرار ، حتى أثناء تنقل المستخدمين.
مثل أي تكنولوجيا أخرى فأن قطاع الاتصالات للهواتف اللاسلكية قد تطور بشكل كبير للغاية على مر السنين الماضية.
لقد تغيرت التكنولوجيا بسرعة كبيرة ، بحيث كانت الأنظمة التناظرية المبكرة عبارة عن أنظمة صوتية فقط ، وبعد حوالي 30 عامًا ، كانت البيانات الرقمية هي مصدر الدخل الرئيسي وتم استخدام فيها هواتف ذكية تصل حجمها لحجم الجيب.
إرسال تعليق