آشنایی با فناوری های مخابرات سیار - نسل چهارم(LTE)

با سلام

از امروز و طی چند پست شما دوستان عزیز را با فناوری های مخابرات سیار آشنا خواهم نمود.

مخابرات بی سیم در سال 1897 با اختراع تلگراف بی سیم توسط مارکونی آغاز شد و اکنون پس از گذشت بیش از یک قرن چهارمین نسل از سیستم های مخابراتی بی سیم پا به عرصه گذاشته است . ابتدا سیستم های ارتباطی جهت انتقال صوت و سیگنال های الکتریکی از سیم های هادی استفاده می کردند، با پیشرفت تکنولوژی و به کارگیری امواج الکترومغناطیسی ، امکان ایجاد ارتباط بی سیم فراهیم شد.

سیستم های مخابرات سیار مورد استفاده در یک منطقه جغرافیایی باید بگونه ای باشد که از لحاظ مخابراتی تمام منطقه را تحت پوشش قرار بدهد، به دلیل لحاظ کردن برخی مسائل فنی از قبیل کمبود تعداد حامل های فرکانسی و توان ارسالی و ... هنگام پیاده سازی سیستم های موبایل در یک منطقه جغرافیایی، منطقه را به قسمت های کوچکی به نام سلول تقسیم می کنند و فرستده را در سلول قرار می دهند. 

بطور کلی تا به امروز 4 نسل در مخابرات سیار معرفی شده است که عبارتند از :

1.       سیستم های آنالوگ (نسل اول)

2.       سیستم های دیجیتال ( نسل دوم )

3.       سیستم های دیجیتال پکتی ( نسل سوم )

4.       سیستم های بر پایه IP ( نسل چهارم )

با تشکر از دوست هم رشته ای 

مخابرات بیسیم یا wireless communication در مقابل مخابرات باسیم یا wired communication اومد که اطلاعات رو از طریق امواج الکترومغناطیسی می فرستد.

آقای مارکونی (ماکارونی بگیم راحت تره) از صفر شروع نکرد بلکه از نظریه های آقایونی مثل هرتز و... هم استفاده کرد تا تونست همچین چیزی رو ابداع کنه، اما طبق معمول از این تکنولوژی هم اولین بار توی جنگ استفاده می کنند جنگ انگلستان علیه آفریقای جنوبی که برای ارتباط بین کشتی ها همچین تکنولوژی ای نیاز بود.

با سلام و تشکر خدمت دوست عزیز

از دقت و تذکر شما خیلی ممنون هستم. من قصدم بررسی تاریخچه ای سیستم های سیار نبود به همین دلیل خیلی به تاریخچه و ریشه ی این تکنولوژی ها نپرداختم . 

بازهم از توجه شما متشکرم .

امیدوارم این سلسله بحث هایی که آغاز کردم مورد توجه شما قرار بگیره.

 بطور کلی تا به امروز 4 نسل در مخابرات سیار معرفی شده است که عبارتند از :

1.       سیستم های آنالوگ (نسل اول)

2.       سیستم های دیجیتال ( نسل دوم )

3.       سیستم های دیجیتال پکتی ( نسل سوم )

4.       سیستم های بر پایه IP ( نسل چهارم )

 در این قسمت به توضیح نسل اول و نسل دوم مخابرات سلولی خواهم پرداخت . 

 سیستم های آنالوگ (نسل اول)

نسل اول در سال های 1970 تا 1980 بر پایه تکنولوژی آنالوگ و استفاده از مفهوم سلول پدید آمد. ایده اساسی در مخابرات سلولی استفاده مجدد از طیف فرکانسی در مناطقی است که به اندازه کافی از هم دورند. استفاده از مخابرات سلولی موجب افزایش ظرفیت سیستم ، کاهش هزینه ، بهبود کیفیت سرویس و . . . شد . با افزایش بیش از حد تقاضا سیستم های آنالوگ نسل اول قادر به تامین ظرفیت مورد نیاز برای برخی مناطق شهری نبودند . از معایب و کمبود های نسل اول ، مسئله ظرفیت این سیستم است . همچنین از اشکالاتی که در این سیستم ها وجود دارد ضعف امنیتی آنها است.

نسل 1 به اولین نسل فناوری مخابرات سیار اشاره دارد. نسل اول در واقع شامل استاندارد های ارتباطات آنالوگ بود که در دهه 80 میلادی معرفی شده و تا جایگزینی نسل دوم ادامه داشت . تفاوت اصلی بین دو نسل اول و دوم مخابرات سیار این است که سیگنال رادیویی که شبکه های نسل اول استفاده می کنند آنالوگ و در شبکه های نسل دوم دیجیتال است . البته هر دو سیستم از سیگنالینگ دیجیتال برای اتصال به برج های رادیویی استفاده می کنند .

اولین شبکه سلولی خودکار تجاری برپایه نسل اول در سال 1979 توسط NTT در ژاپن راه اندازی شد .

سیستم های دیجیتال ( نسل دوم )

سیستم های های نسل دوم در سال های 1980 تا 1990 با استفاده از تکنولوژی دیجیتال تحقق یافت ، سیستم های GSM اولین استاندارد تمام دیجیتال در دنیا است . این سیتم در 1992 در اروپا به بهره برداری تجاری رسید. در نسل دوم هرچند شبکه ها دیجیتال شد. ولی کماکان سرعت پایین بود،در این شبکه ها سرعت دسترسی به اینترنت در رنجی بین 9/6Kbps تا 200Kbps است .

شبکه های مخابرات سیار نسل دوم مانند GSM که فقط برای انتقال صوت مورد استفاده قرار می گیرند ذاتا دارای تکنولوژی سوئیچمداری هستند. شبکه های نسل 5/2 مانند GPRS مدل گسترش یافته شبکه های نسل دوم هستند که از تکنولوژی سوئیچ مداری برای انتقال صوت و سوئیچ بسته ای برای تبادل دیتا استفاده می کنند. تکنولوژی سوئیچ مداری ایجاب می کند که کاربران بر مبنای زمان سنجیده شوند نه بر مبنای میزان دیتای انتقال داده شده، چرا که پهنای باند فقط برای کاربر اختصاص داده شده است . در مقابل تکنولوژی سوئیچ بسته ای پهنای باند را بیشتر مورد استفاده قرار داده و به بسته های هر کاربر اجازه رقابت برای بدست آوردن پهنای باند را می دهد و کاربران را بر مبنای میزان دیتای انتقال داده شده مورد حسابرسی قرار می دهد .

نسل دوم در واقع با استاندارد تجاری GSM در فنلاند راه اندازی شد. از مزیت های ابتدایی شبکه های نسل 2 نسبت به شبکه های پیشین می توان به این موارد اشاره کرد.

1.        محاورات تلفنی بصورت دیجیتال رمزنگاری شده بودند.

2.        سیستم های نسل 2 بطور قابل توجهی روی طیف دسترسی برای سطوح نفوذ تلفن همراه خیلی دور، کارآمدتر شده بودند .

3.        سرویس های دادهی برای موبایل را سرویس پیام کوتاه ارائه داد.

مزایای نسل دوم مخابرات سلولی

•       توان کمتر انتشار نگرانی ها در باره اثر امواج بر سلامت را تاحدودی کاهش داد.
•       تمام دیجیتال شدن اجازه معرفی سرویس های داده ی دیجیتال مثل ایمیل و پیام کوتاه را می دهد.
•      وضعیت امنیت در نسل دوم نسبت به نسل قبل بسیار بهبود یافت .

معایب نسل دوم مخابرات سلولی

•   در مناطق کم جمعیت ( دارای جمعیت پراکنده) ممکن است سیگنال های دیجیتال ضعیفتر قادر به رسیدن به آنتن نباشند،این موضوع برای سیستم هایی که با فرکانس بالاتر کار می کنند مشکل آفرین است .
•   سیگنال آنالوگ یک منحنی افت هموار دارد اما سیگنال دیجیتال یک منحنی گام به گام دندانه دار دارد . این موضوع هم یک مزیت است هم یک عیب.در شرایط خوب حالت دیجیتال بهتر به نظر می آید، اما در شرایط نامناسب افت سیگنال دیجیتال بصورت گام به گام است در حالی که سیستم آنالوگ کاهش سطح سیگنال بصورت آرام است که در نتیجه اثر آن کمتر احساس می شود .
• در حالی که تماس های دیجیتال تمایلی به حذف کردن سر و صداهای پس زمینه و ایستا دارند،استفاده از فشرده سازی با اتلاف باعث می شود محدودیت صداهایی که می تواند حمل کند کمتر شود. بنابراین شما تن صدای شخصی که در حال صحبت با او هستید را ضعیفتر از مقدار واقعی آن دریافت خواهید کرد.

در این قسمت نسل های فراتر از نسل دوم و نسل سوم را بطور مختصر توضیح می دهم.

در این قسمت می خوانیم :

نسل 2/5 ( سرویس رادیویی بسته عمومی)

نسل 2/75 (نرخ داده بهبود یافته برای تکامل GSM )

سیستم های دیجیتال پکتی ( نسل سوم )

نسل 2/5 ( سرویس رادیویی بسته عمومی)

نسل 2/5 در واقع یک مرحله بین فناوری های بی سیم سلولی نسل2 و نسل3 است. عبارت نسل 2/5 برای توصیف سیستم های نسل دویی که علاوه بر دامنه سوئیچ مداری، در دامنه سوئیچ بسته ای هم پیاده سازی شده اند، به کار می رود. البته لازم نیست که حتماُ سرویس های سریعتری ارائه دهد، چرا که محدود کردن شکاف های زمانی برای سرویس های " سوئیچ مداری سرعت بالای داده" استفاده می شود.

شبکه های سلولی نسل دوم مانند GSM، که فقط برای انتقال صوت مورد استفاده قرار می گیرد، ذاتاُ دارای تکنولوژی سوئیچ مداری هستند و شبکه های نسل 2/5 مانند GPRS، مدل گسترش یافته شبکه های نسل های دوم هستند که از تکنولوژی سوئیچ مداری برای انتقال صوت و از سوئیچ بسته ای برای تبادل دیتا استفاده می کنند.

در بخش رابط هوایی سوئیچینگ مداری، در کل طول تماس، یک کانال ترافیکی کامل به مشترک اختصاص داده می شود. این در حالی است که در موارد ترافیک خوشه ای نظیر اینترنت، این کار بسیار نا کار آمد است، ولی در سیستم های سوئیچینگ بسته ای، یک کانال تنها در زمان مورد نظر به کاربر اختصاص داده می شود و بلافاصله بعد از هر ارسال بسته ای، آزاد می گردد. بنابراین کاربران مختلف می توانند از یک کانال فیزیکی بطور مشترک استفاده کنند. تکنولوژی بسته ای GPRS بر مبنا سستم GSM موجود، برای رفع این مشکل توسعه یافته است، بنابرین کاربرانGPRS از سرعت دسترسی و نرخ داده بالاتری برخوردار می شوند.

نسل2/75 (نرخ داده بهبود یافته برای تکامل GSM )

شبکه های GPRS با معرفی کدینگ 8PSK به شبکه های EDGE ارتقا یافتند. " نرخ داده ای پیشرفته برای تکامل GSM " ( EDGE ) ، GPRS پیشرفته ، یک فناوری تلفن همراه دیجیتال سازگار با نسل پیشین است که اجازه می دهد نرخ انتقال داده بیشتری داشته باشیم.

EDGE به عنوان بخشی از خانواده GSM استاندارد شد و پتانسیل شبکه های GPRS/GSM را تا 3 برابر افزایش می دهد. از جمله امکانات این نسل می توان به امکان اتصال به اینترنت ، امکان ارسال یک پیام به چند نفر ، برقراری تماس تلفنی همزمان با چند مخاطب و ارسال پیام های چند رسانه ای اشاره کرد.

سیستم های دیجیتال پکتی ( نسل سوم )

نسل سوم از اواخر سال 1995 کم کم وارد عرصه مخابرات سیار شد از مزایای عمده آن بر سیستم های نسل دوم نرخ بیت بالاتر، پشتیبانی همزمان صدا و تصویر با توجه به نرخ بیت بالا، قابلیت انعطاف پذیری بیشتر، سرویس های دسترسی چندگانه همزمان برای یک کاربر و . . . است.

در واقع نسل سوم، نسلی از استانداردهای مخابرات سیار است که خصوصیات " مخابرات سیار بین المللی -2000 " را به اجرا در آورد. سرویس های کاربردی شامل: تلفن صوتی بیسیم در مساحت وسیع، دسترسی به اینترنت سیار، تلویزیون همراه و تماس های ویدئویی . همه در یک محیط سیار قابل استفاده هستند.

استندار های " مخابرات سیار بین المللی -2000 " ( IMT-2000 ) یک نسل از خصوصیات انتقال داده ای هستند که به وسیله اتحادیه بین المللی مخابرات تنظیم شده است .

استاندارد های زیر بطور معمول به عنوان نسل سوم برند شده اند:

سیستم جهانی مخابرات سیار ( استاندارد شده توسط 3GPP ) که نخست در سال 2001 پیشنهاد شد. این سیستم ابتدا در اروپا، ژاپن و پین ( البته با واسط های رادیویی متفاوت) مورد استفاده قرار گرفت و در سایر نقاط جهان زیر ساخت سیستم GSM نسل دوم حاکم بود. اکثر تلفن های سلولی معمولا ترکیبی ازGSM و UMTS هستند . چندین واسط رادیویی پیشنهاد شده است :

• متداول ترین و اصلی ترین واسط رادیویی " دسترسی چندگانه با تقسیم کد-پهن باند" نامیده میشود.
• واسط رادیویی " تقسیم زمان- دسترسی چندگانه با تقسیم کدهمگام " در سال 2009 تجاری شد ولی تنها در چین عرضه شد.

سیستم CDMA-2000 که نخست در سال 2002 پیشنهاد شد. این سیستم بطور اختصاصی در آمریکای شمالی و کره جنوبی استفاده شد. 

در قسمت های قبل به بررسی نسل های اول، دوم و سوم مخابرت سیار(سلولی) پرداختم، هرچند در حد یک آشنایی مختصر بود.

حالا نوبت به نسل چهارم می رسد. به امید خدا خیلی دقیق تر به بررسی این نسل خوهم پرداخت.

قبل از پرداختن به نسل چهارم توضیحاتی در مورد ضرورت گذر به نسل چهارم را ارائه می کنم و در ادامه در بین برند های نسل چهارم LTE را بررسی خواهم نمود.

امیدوارم مورد توجه دوستان قرار گیرد

رشد سيستم‌هاي تلفن سيار، افزايش كاربران اينترنت و ‏بالا رفتن انتظار و نيازهای کاربران، مانند تقاضاي ‏دسترسي به اينترنت با كيفيت بالا از طريق سيستم‌هاي ‏بي‌سيم، منجر به طراحي سيستم‌هايي شده است كه قادر به ‏برآورده كردن اين نيازها باشند.کاربران سرويس‌هاي ‏مخابراتي در آينده، ترجيح مي‌دهند که سرويس‌هاي مشابهي ‏را که از شبکه‌هاي ثابت دريافت مي‌کنند از يک محيط ‏بي‌سيم نيز در اختيار داشته باشند. البته انتظار ‏نمي‌رود که عملکرد بهتر را قرباني حرکت‌پذيري بيشتر نمايند ‏چراكه آنها در هرصورت از ابزارهاي مخابراتي ساکن هم ‏استفاده خواهند کرد. بنابراين بهترين راه‌کار اين ‏است‌که سيستم‌هاي بي‌سيم با شبکه‌هاي ثابت مجتمع شوند، ‏به همين منظور شبکه‌هاي بي‌سيم به سرعت در حال تکامل و ‏حرکت به سمت شبکه‌هاي تماما" ‏IP‏ مي‌باشند.‏شبکه‌هاي تلفن قديمي (شبکه‌هاي سلولي نسل دوم) مانند ‏GSM، که فقط براي انتقال صوت مورد استفاده قرار ‏مي‌گيرند، ذاتا" داراي تکنولوژي سوئيچ مداري هستند. ‏شبکه‌هاي نسل 5/2 مانند ‏GPRS، مدل گسترش يافته ‏شبکه‌هاي نسل2 هستند که از تکنولوژي سوئيچ مداري ‏براي انتقال صوت و از سوئيچ بسته‌اي براي تبادل ديتا ‏استفاده مي‌کنند. تکنولوژي سوئيچ مداري ايجاب مي‌کند ‏که کاربران بر مبناي زمان سنجيده شوند نه بر مبناي ‏ميزان ديتاي انتقال داده شده، چراکه پهناي باند فقط ‏براي کاربر اختصاص داده شده است. در مقابل، ‏تکنولوژي سوئيچ بسته‌اي، پهناي باند را بيشتر مورد ‏استفاده قرار داده و به بسته‌هاي هر کاربر اجازه ‏رقابت براي بدست آوردن پهناي باند را مي‌دهد و ‏کاربرها را بر مبناي ميزان ديتاي انتقال داده شده، ‏مورد حسابرسي قرار مي‌دهد. بنابراين حرکت به سمت ‏استفاده از سوئيچ بسته‌اي و به تبع آن شبکه‌هاي ‏IP‏ ‏يک امر طبيعي است. ‏

 شبکه‌هاي نسل 3 ‏‎(UMTS)‎‏ قصد داشتند مشکلات متعددي که ‏نسل‌هاي 2 و 2.5 با آن روبرو شده بودند را بر طرف ‏کنند. از جمله اين مشکلات مي‌توان به سرعت پايين و وجود ‏تکنولوژي‌هاي ناهمخوان و سازگار ناپذير‎(TDMA/CDMA) ‎‏ ‏در کشورهاي مختلف اشاره کرد.‏

 ‏انتظاراتي که از نسل 3 وجود داشت، افزايش پهناي ‏باند به ‏Kb/s‏ 128در ماشين‌ها وMb/s ‎‏ 2 در کاربردهاي ‏ثابت بود ولي در واقعيت، خروجي نسل3 نه روشن بود و ‏نه مشخص. البته يک قسمت از اين مشکل به اين مسئله ‏برمي‌گردد که تامين کنندگان و ارائه دهندگان شبکه‌هاي ‏ارتباطي در اروپا و آمريکاي شمالي، در حال حاضر از ‏استانداردهاي مجزايي براي نگهداري و پشتيباني ‏استفاده مي‌کنند و بدنه اين استانداردها باعث ايجاد ‏تفاوت‌هايي در تکنولوژي واسط‌هاي هوايي آنها مي‌شود. در ‏ضمن سوالات مالي متعددي هم وجود دارد که باعث ترديد ‏در مرغوبيت شبکه‌هاي نسل 3 مي‌شود و اين نگراني وجود ‏دارد که در بسياري از کشورها، نسل 3 مورد توجه واقع ‏نشود. در مجموع تمامي اين مسائل و نگراني‌ها باعث ايجاد ‏رقابت و تمايل به استفاده از تکنولوزي‌هاي‌ بي سيم ‌نسل ‏‏4 شد.‏

شبکه‌هاي نسل چهارم يا ‏G‏4 ، نامي است که به ‏سيستم‌هاي موبايل مبتني بر ‏IP‏ که دسترسي را از طريق يک ‏مجوعه از واسطه‌هاي راديويي تامين مي‌کنند، داده شده ‏است. شبکه ‏G‏4 برقراري بهترين سرويس اتصال، رومينگ و ‏فراگشت بي سيم را ارائه مي‌کند و از طرف ديگر چندين ‏واسط دسترسي راديويي مانند: (‏HIPERLAN,WLAN ‎‎,BLUETOOTH ,GPRS‏) را به يک شبکه واحد که کاربر از ‏آن استفاده مي‌کند تبديل خواهد کرد.‏

 مشخصات و ويژگي‎ ‎هاي نسل چهارم:‏‏

1-سرعت بالا: سيستم‌هاي ‏G‏4 بايد سرعت پيك بيش از ‏Mb/s‏100 را در حالت ساکن و ميانگين ‏Mb/s‏20 را در حال ‏حرکت ارائه دهند.‏‏

2- ظرفيت بالاي شبکه: ظرفيت شبكه بايد حداقل 10 ‏برابر بيشتر از سيستم‌هاي ‏G‏3 باشد. که اين مقدار زمان ‏Download‏ يک فايل ‏M byte‏10 را در سيستم هاي ‏G‏4 به 1 ‏ثانيه کاهش مي‌دهد که اين زمان در سيستم‌هاي ‏G‏3 معادل ‏‏200 ثانيه برآورد شده است. از طرف ديگر قابليت ‏ارائه ويدئو با کيفيت بالا به تلفن‌ها و تجربة واقعيت ‏مجازي در صفحات نمايش گوشي ها را نيز ارائه مي‌کند.‏‏

3- فراگشت سريع و بي سيم بين شبکه‌هاي مختلف: ‏شبکه‌هاي بي‌سيم ‏G‏4 بايد از جابجايي عمومي بين شبکه‌هاي ‏موبايل و شبکه‌هاي بي‌سيم مختلف پشتيباني کنند.‏‏

4- پشتيباني از چند رسانه‌هاي نسل جديد: شبکة ‏G‏4 بايد قادر به پشتيباني از مقدار زياد ديتاي ‏انتقالي با سرعت بالا و با هزينة پايين‌تر از هزينه‌هاي ‏معمول باشد. ‏

 شبکه‌هاي ‏4G و IP V6

‎هدف ‏G‏4 اين است که تکثر و فراواني موجود در بين ‏شبکه‌هاي موبايل را با يک شبکة مركزي استاندارد ‏جهاني که مبتني بر ‏IP‏ باشد و بتواند ويدئو، ديتا و ‏صوت را پشتيباني کند، جايگزين نمايد که اين کار ‏سرويس‌هاي يکپارچه صوت، تصوير و ديتا را براي تمامي ‏ميزبانان موبايل که کاملاً بر مبناي ‏IP‏ هستند، تأمين ‏خواهد كرد.‏

 در واقع هدف اصلي ارائه سرويس‌هاي چند رسانه‌اي بي‌سيم ‏به کاربراني است که از طريق تکنولوژي‌هاي دسترسي ‏ناهمگن به يک ساختار تماماً ‏IP‏ دسترسي دارند. پروتكل ‏IP‏ ‏در واقع به عنوان يک پيوند دهنده بين شبکه‌هاي مختلف ‏براي تأمين ارتباطات عمومي و حرکت‌پذيري، عمل مي کند. ‏

 يک شبکة بي‌سيمIP ‎، پروتکل مخابراتي سيستم سيگنالينگ ‏شمارة 7 ‏‎(SS7)‎‏ که واقعاً يک عامل زائد مي‌باشد، را ‏تغيير مي‌دهد. زيرا ارسال سيگنال ‏SS7‎‏ بخش زيادي از ‏پهناي باند شبکه را مصرف مي‌کند حتي در زماني که هيچ ‏ترافيکي سيگنالينگي وجود ندارد. (علت اين امر اين ‏است که اين سيستم از مکانيزم ‏Setup‏ مکالمه براي رزرو ‏کردن پهناي باند استفاده مي‌کند که اسلاتهاي زماني / ‏فرکانسي در امواج راديويي اين کار را انجام نمي‌دهند). ‏از طرف ديگر شبکه‌هاي ‏IP‏ بدون اتصال هستند و تنها ‏زماني از اسلاتها استفاه مي‌کنند که ديتايي براي ارسال ‏داشته باشند بنابراين در اين حالت بهينه ترين ‏استفاده از پهناي باند موجود انجام خواهد شد. ‏امروزه ارتباطات بي سيم بيشتر بر پاية صوت استوار مي ‏باشند و اين در حالي است که تحقيقات نشان مي دهد رشد ‏ترافيک دنياي بي سيم به صورت نمايي به نسبت تقاضاي ‏ترافيک صورت، در حال افزايش است. به خاطر اينکه لاية ‏هسته ‏IP‏ به صورت ساده اي قابل درجه بندي مي‌باشد و ‏براي رودرويي با اين چالش مناسب است. هدف ما در ‏واقع يکي کردن شبکه هاي صوت، ديتا و چند رسانه ها ‏است.

از يك سيستم نسل چهارم انتظار مي رود كه يك راه حل پهن بانى متحرك ( امن و وسيع ) مبتني بر IP براي مودم هاي بي سيم كامپيوتر هاي قابل حمل ، تلفن هاي هوشمند و ساير دستگاه هاي متحرك ارائه دهد و امكاناتي مانند : دسترسي اينترنت با پهناي باند فوق العاده ، تلفن IP و ... نيز ممكن است  به كابر ارائه شوند .

تكنولوژي هاي پيش نسل چهارم مانند وايمكس سيار و اولين انتشار LTE نسل سوم اغلب با عنوان تکنولوژي هاي نسل چهارم برند شده اند . نسخه فعلي اين تكنولوژي ها به طور كامل نيازمندي هاي  " اتحاديه بين المللي مخابرات " ( در مورد نرخ داده تقريبا تا 1 گيگا بيت بر ثانيه براي سيستم هاي نسل چهارم ) را برآورده نمی کنند . اما معمولا شركت هاي تجاري براي توصيف  LTE  و وايمكس سيار از برند نسل چهارم استفاده مي كنند .

IMT-Advanced با نسخه هاي موجود از دو استاندارد فوق تحت عنوان LTE Advanced و Wireless MAN-Advanced موافقت كرده است .

ITU نيز تاييد كرده است كه  LTE Advanced و Wireless MAN-Advanced بايد با انتصاب رسمي IMT-Advanced  مطابقت داشته باشند . در ششم دسامبر 2010 ، ITU اعلام كرد كه نسخه جاري LTE و وايمكس و ساير تكنولوژيهاي نسل سوم كه نتوانند به طور كامل نيازمندي هاي IMT-Advanced را برآورده سازند ، مي توانند به عنوان نسل چهارم در نظر گرفته شوند به شرط اينكه يك سطح قابل توجه از قابليت ها و كاركردهاي پيشرفته ( با حفظ ارتباط با سيستم هاي نسل سومي كه در حال حاضر برقرار هستند ) را ارائه دهند .

در همه پيشنهادات مطرح شده براي نسل چهارم ، تكنولوژي راديويي طيف وسيع CDMA در سيستم هاي نسل سوم از رده خارج شده و تكنولوژي OFDMA و طرح هاي " برابري دامنه فركانسي  " ديگر جايگزين شده اند .

استاندارد هاي نسل چهارم بي سيم و نيازمندي هاي ITU

یک سیستم سلولی IMT-Advanced باید نيازمندي هاي زير را برآورده كنند :

1)      يك شبكه مبتني بر سوئيچينگ بسته اي تماما IP

2)      حداكثر نرخ داده اي تقريبا تا 100 مگا بيت بر ثانيه براي حركت سريع ( مثل دسرسي سيار ) و تا 1 گيگا بيت بر ثانيه براي حركت كند ( مانند دسترسي بي سيم محلي / تحرك مكاني محدود ) مطابق با نيازمندي هاي ITU

3)      اشتراک گذاري و استفاده از منابع شبكه به صورت پويا ، براي پشتيباني چندين كاربر همزمان در يك سلول

4)      پهناي باند كانال قابل سنجش بين 5 تا 20 مگاهرتز ، يا به صورت اختياري تا 40 مگاهرتز

5)      راندمان طيفي اتصال 15 بيت بر ثانيه  هرتز ( bit/sHz ) در downlink و 6.75 بيت بر ثانيه هرتز در uplink

( یعنی 1 گيگا بيت بر ثانيه در downlink  بايد در سطح پهناي باندي كمتر از 67 مگاهرتز امكان پذير باشد ) و راندمان طيفي سيستم هاي مشابه .

6)      جابجايي هموار و آرام در سرتاسر شبكه هاي نا همگن

7)      قابليت ارائه كيفيت بالاي سرويس براي پشتيباني چند رسانه اي نسل بعدي 

در سپتامبر 2009 پروپزال هاي تكنولوژي زيادي به عنوان نامزدهاي نسل چهارم به ITU  ارائه شدند اما اساسا همه مبتني بر دو تكنولوژي بودند :

·        LTE-Advanced كه توسط 3GPP استاندارد شده است .

·        استاندارد IEEE 802.16 M ( وايمكس ) كه توسط IEEE استاندارد شده است .

البته  پياده سازي هاي فعلي وايمكس و LTE ، بيشتر به عنوان يك راه حل موقت فرض مي شوند كه تقويت و پيشرفت هاي قابل توجهي را تا زمان نهايي شدن Wimax2 ( بر پايه مشخصات IEEE 802.16 M ) و LTE-Advanced عرضه خواهد كرد .

اولين مجموعه نيازمندي هاي 3GPP براي LTE-Advanced در ژوئن 2008 تصويب شد. LTE-Advanced كاملا بر پايه مشخصات انتشار LTE 10  موجود ، ساخته شده است و نبايد به عنوان يك سري جديد از مشخصات تعريف شود . پياده سازي هاي فعلي LTE و وايمكس به عنوان نسل پيش از نسل چهارم در نظر گرفته مي شوند ، چرا كه آنها به طور كامل با نيازمندي هاي طرح شده ( از جمله سرعت 1 گيگا بيت بر ثانيه براي حالت ساكن و 100  مگا بيت بر ثانيه  در حال حركت ) مطابقت ندارد .

اين مسئله كه برخي  شركت ها محصولاتشان را با تبليغ نسل چهارم راه اندازي كرده اند باعث ايجاد يك سردرگمي شده است ، در حالي تكنولوژي هاي فعلي در واقع نسل 3.9 ( پيش – نسل چهارم ) هستند . بنابراين جزئيات مشخص شده ITU-R براي استاندارد هاي نسل چهارم را دنبال نمي كنند . يك استدلال معمول براي برند شدن سيستم هاي نسل 3.9 به عنوان يك نسل جديد اين است كه آنها از باند هاي فركانسي متفاوتي از تكنولوژي هاي نسل سوم استفاده مي كنند . آنها بر پايه  يك واسط راديويي جديد عمل مي كنند و استاندارد هاي آنها با نمونه هاي قبلي نسل سوم سازگاري ندارد اما برخي از آنها انتظار داشته اند كه با تكنولوژي هاي نسل چهارم ( واقعي ) سازگاري داشته باشند ، در حالي كه ITU توصيه هايي براي تكنولوژي هايي كه براي ارتباطات سيار آينده مورد استفاده قرار خواهند گرفت اتخاذ كرده است .

LTE – Advanced

LTE-Advanced نامزدي براي استاندارد IMT-Advanced است كه در پاييز 2009 به طور رسمي توسط ارگان3GPP برای ITU-T عرضه شده و انتظار مي رود كه تا پايان سال 2012 انتشار يابد . هدف 3GPP LTE  پيش بردن و دستيابي به نيازمندي هاي ITU است .

LTE-Advanced اساسا یک گسترش براي LTE است و يك تكنولوژي جديد نيست ، اما نسبت به شبكه LTE موجود پيشرفت هاي بيشتري دارد . اين راه ارتقاء تاثير هزينه هي را براي سازندگان به منظور ارائه LTE و سپس ارتقاء به LTE-Advanced ايجاد مي كند . LTE و LTE-Advanced همچنين تسهيم و طيف افزايشي (additional spectrum and multiplexing  ) به منظور اجازه دستيابي به سرعت هاي داده بالاتر را قابل استفاده خواهد كرد .

انتقال چند نقطه اي هماهنگ (COMP ) ظرفيت سيستم بيشتر را براي كمك در به كار بردن سرعت هاي بيشتر داده مجاز مي كند .

از انتشار LTE 10  انتظار مي رود كه به سرعت هاي LTE-Advanced دست يابد ، انتشار 8 در حال حاضر حداكثر تا 300 مگا بيت بر ثانيه سرعت دانلود را پشتيباني مي كند كه هنوز هم كمتر از سرعت استاندارد هاي IMT-Advanced است .

سرعت هاي داده در LTE-Advanced عبارت اند از :

Peak Download 1 Gbit/s

Peak Upload 500 Mbit/s

ويژگي هاي نسل چهارم در مستندات قديمي تر 

سیستم نسل چهارم اساسا توسط " آژانس پروزه هاي تحقيقاتي پيشرفته دفاعي (DARPA)  " در نظر گرفته شده بود . DARPA معماری توزيع شده پروتكل اينترنت end to end را انتخاب كرد . از زمان سيستم GPRS ( نسل 5/2) سيستم هاي سلولي زيرساخت هاي دوگانه اي را ارائه كرده اند : گره هاي سوئيچ بسته اي براي سرويس هاي داده اي و گره هاي سوئيچ مداري براي تماس هاي صوتي . در سيستم هاي نسل چهارم زيرساخت سوئيچ مداري از دور خارج شده است و فقط يك شبكه سوئيچ بسته اي ارائه شده است در حالي كه سيستم هاي نسل 5/2 و نسل 3 به هر دو نوع از گره ههاي شبكه ( سوئيچ مداري و بسته اي ) به صورت موازي نياز داشتند .

اين بدين معني است كه در نسل چهارم تلفن IP با تماس هاي صوتي مرسوم جايگزين شده است .

سيستم هاي سلولي اي مانند نسل چهارم اجازه تحرك بي سيم را مي دهند،بنابراين انتقال يك فايل در محدوده يك پايانه از يك سلول ( يك ناحيه تحت پوشش ايستگاه پايه ) به يكي ديگر، هيچ قطعي يا وقفه اي ايجاد نخواهد كرد. پايانه همچنين آدرس هاي IP مشابه در هنگام جابجايي را نگه مي دارد، اين بدين معني است كه يك سرور سيار به اندازه همان مدت زماني كه در داخل ناحيه تحت پوشش از سرور ديگر قرار دارد،قابل دسترس خواهد بود . در سيستم هاي نسل چهارم اين تحرك توسط پروتكل IP سيار ( mobile IP protocol ) ارائه مي شود، ( بخشي از IP نسخه 6 ) در حالي كه در نسل هاي سلولي قبلي فقط توسط پروتكل هاي لايه شبكه و data link  ارائه مي شد . علاوه بر تحرك بي سيم ، نسل چهارم نسبت به انواع مختلف شبكه هاي بي سيم موجود ( مانند ماهواره ، سلولي بي سيم ، WLAN , PAN و سيستم هايي براي شبكه هاي بي سيم ثابت )قابليت همكاري انعطاف پذيري را ارائه مي كند .

نسل چهارم نرخ داده بسيار بالاتري از سرويس هاي بي سيم موجود ارائه خواهد داد يعني انتظار مي رود كه نرخ داده اي برابر 100 مگابيت بر ثانيه براي سرويس هاي بي سيم ، پهناي باند افزايش يافته و نرخ انتقال داده بالاتر به كاربران نسل چهارم اجازه دهد كه از ويژگي هاي ويدئويي كيفيت بالا و ويدئو كنفرانس روي دستگاه هاي سياري كه به شبكه نسل چهارم متصل شده اند استفاده كنند . از يك سيستم بي سيم نسل چهارم انتظار مي رود كه راه حل جامع بر پايه IP (تماما IP ) ارائه كند كه در برنامه سرويس هاي چند رسانه اي بتوانند به صورت " در هر زمان و در هر مكان ( anytime , anywhere ) " به کاربر چاچه شوند ( البته با يك نرخ داده بالا و رضايت بخش ، امنيت بالا و همچنين كيفيت تضمين شده ) .

ويژگي هاي نسل چهارم در مستندات قديمي تر 

1 ) ترتيب دسترسي

در نسل هاي پيشين از تكنيك هاي TDMA يا FDMA ( و يا تركيبي از دو نوع سيستم دسترسي به علاوه ي مجموعه اي از استاندارد هاي ديگر كه CDMA نام گرفت ) براي دسترسي چند گانه استفاده مي شد . اما براي سيستم هاي نسل بعدي (نسل چهارمي كه هنوز به طور كامل ايجاد نشده است ) انواع جديدي از ترتيب دسترسي استفاده خواهند شد ، از قبيل :

1)      Orthogonal FDMA (OFDMA)

2)      Single Carrier FDMA ( SC-FDMA)

3)      Interleaved FDMA (IFDMA)

4)      Multi Carrier CDMA (MC-CDMA)

2 ) پشتيباني از پروتكل اينترنت نسخه 6

برخلاف نسل سوم که بر پايه دو زيرساخت موازي شامل گره هاي شبكه سوئيچينگ مداري و بسته اي است ،نسل چهارم تنها بر پايه سوئيچينگ بسته اي خواهد بود .

در حوزه نسل چهارم پشتيباني از نسخه ششم IP به منظور پشتيباني تعداد بيشتري از دستگاه هاي فعال بي سيم ، بسيار مهم و اساسي است . با افزايش تعداد آدرس هاي IP ، IPV6 نياز به سيستم NAT را حذف مي كند ( اگرچه NAT همچنان براي برقراري ارتباط با دستگاه هايي كه در شبكه هاي مبتني بر IPV4 قرار دارند مورد نياز خواهد بود ) .

3 ) سيستم هاي آنتني پيشرفته

اخيرا تكنولوژي هاي آنتني چندگانه براي دستيابي به اهداف سيستم هاي نسل چهارم ( مثل نرخ بالاتر ، قابليت اطمينان بيشتر و ايجاد ارتباطات طولاني تر ) در حال توليد هستند .

تكنولوژي تسهيم چرخشي تكنولوژي اي است كه چندين آنتن را به عنوان فرستنده و گيرنده ( به منظور حفظ پهناي باند و راندمان توان ) به كار مي گيرد . بنابراين جريان هاي غير وابسته مي توانند به صورت همزمان از همه اين آنتن ها منتقل شوند . كه اين تكنولوژي MIMO نام دارد . تكنولوژي transmit/receive diversity ( تنوع ارسال يا دريافت ) از ديگر روش هاي كدگذاري space-time ( فضا- زمان) است ، كه هم اين روش و هم روش تسهيم چرخشي لزوماً نيازي به دانستن كانال در فرستنده ندارند . تكنولوژي ديگر ، تكنولوژي آنتن چندگانه چرخه – بسته هستند كه اين دسته نياز به دانستن كانال در فرستنده دارند .

4) نرم افزار مشخص كننده راديو

SDR گونه اي از معماري هاي بي سيم باز است . از آنجايي كه نسل چهارم مجموعه اي از استاندارد هاي بي سيم است ، شكل نهايي يك دستگاه نسل چهارمي از استاندارد هاي مختلفي تشكيل خواهد شد ، اين موضوع مي تواند به شكل موثري با تكنولوژي دستگاه SDR ( كه به عنوان ناحيه اي از يك همگرايي راديويي دسته بندي شده است ) تحقق يابد .

ابزاري كه در اين راستا قابل استفاده است راديو نرم افزار ( SDR ) مي باشد. راديو هاي SDR دستگاه هايي مانند تلفن هاي سلولي PDA ها و PC ها و تمامي محدوده ساير دستگاهها را براي دريافت امواج هوايي به منظور رسيدن به بهترين روش ممكن ارتباطي با بهترين قيمت آماده و امكان پذير مي سازد . در يك محيط SDR توابعي كه قبلا فقط در سخت افزار اجرا مي شدند به وسيله نرم افزار انجام مي شدند .