اصطلاحات EDGE، GSM، LTE و GPRS چه کاربردی در شبکه‌های همراه دارند؟

GSM چیست؟

جی‌اس‌ام (GSM) یا به عبارت دقیق‌تر سامانه جهانی ارتباطات سیار (Global System for Mobile communications) یکی از متداول‌ترین استانداردهای مخابرات سیار در جهان است. انجمن بین‌المللی شبکه‌های موبایل (GSMA) تخمین می‌زند که ۸۰ درصد از بازار جهانی تلفن همراه و دیگر تجهیزات بی‌سیم از این استاندارد استفاده می‌کند. تا پیش از این، سه میلیارد نفر در ۲۱۲ کشور از این استاندارد بهره می‌بردند. گستردگی این استاندارد، رومینگ بین‌المللی میان اپراتور شبکه بی‌سیم را رایج نموده‌است. این امکان مشترکین را قادر می‌سازد از دستگاه‌های سیار خود در بیشتر نقاط جهان استفاده کنند. تفاوت GSM با فناوری‌های پیش از آن در سیگنالینگ و کانال‌های صدای دیجیتال است و به همین دلیل از آن به عنوان نسل دوم شبکه تلفن همراه (2G) یاد می‌شود. همچنین GSM برای نخستین‌بار یک جایگزین ارزان (برای حامل شبکه) برای تماس‌های تلفنی، و سرویس پیام کوتاه (SMS) که امروزه در سایر استانداردهای تلفن همراه نیز پشتیبانی می‌شود را ارائه کرد. یک برتری دیگر آن است که استاندارد جی‌اس‌ام شامل یک شماره تلفن اورژانس جهانی، ۱۱۲ است. نسخه‌های تازه‌تر با استاندارد اصلی گوشی‌های GSM سازگار هستند. برای نمونه، در نسخه ۹۷ استاندارد، قابلیت بسته داده با استفاده از GPRS افزوده شده‌است. نسخه ۹۹ با استفاده از فناوری EDGE ارسال داده با سرعت بالا را ارائه کرد.

EDGE چیست؟

سرعت داده افزایش یافته برای تحول جی اس ام (EDGE) یا جی پی آر اس افزایش یافته (EGPRS)، یک فناوری تلفن همراه دیجیتال است که افزایش سرعت انتقال اطلاعات و تقویت اعتماد داده‌ها را همراه دارد. گرچه از نظر فناوری یک شبکه نسل ۳ است، اما معمولاً به خاطر سرعت پایین‌تر، به‌طور غیررسمی نسل ۲.۷۵ معرفی می‌شود. EDGE از سال ۲۰۰۳ در شبکه‌های جی‌اس‌ام مطرح شد. از آن به عنوان هر کاربردی که از داده بسته‌ای استفاده می‌کند، از قبیل اینترنت می‌توان استفاده کرد. کاربردهای دیگر که نیاز به داده پرسرعت دارند از قبیل خدمات ویدئویی و کاربردهای چندرسانه‌ای از دیگر مزایای داده توسعه یافته EGPRS می‌باشد. EDGE/EGPRS یک تکمیل‌کننده برای شبکه‌های جی اس ام نسل ۲ و نسل ۲.۵ و جی پی آر اس است که کار به‌روزرسانی به آن‌را توسط شبکه‌های موجود فعلی جی اس ام آسان کرده ‌است. EDGE/EGPRS یک مجموعه عالی برای جی‌پی‌آر‌اس است و می‌تواند روی هر شبکه‌ای که جی‌پی‌آر‌اس روی آن توسعه یافته کار کند، فقط به‌روزرسانی‌های ضرروری سرویس دهنده نیاز دارد. درست است که EDGE نیازی به تغییر در سخت‌افزار و نرم‌افزار مرکزی شبکه جی اس ام ندارد، اما ایستگاه‌های پایه (BTS) باید ویرایش شوند. انتقال‌دهنده‌های سازگار با EDGE باید نصب شود و زیرساخت ایستگاه پایه (BSS) باید برای پشتیبانی از EDGE به‌روزرسانی شوند. تلفن همراهی که از فناوری EDGE پشتیبانی کند هم نیاز است. EDGE می‌تواند با استفاده از ۴ تایم اسلات به سرعت 236.8kbit/s برسد (حداکثر سرعت تئوری، 473.6kbit/s با استفاده از ۸ تایم اسلات می‌باشد) و به همین خاطر توانست پیش نیازهای شبکه نسل ۳ را از اتحادیه بین‌المللی مخابرات کسب کند، و در خانواده IMT-2000 توسط ITU به عنوان استاندارد نسل ۳ پذیرفته شد. همچنین EDGE حالت داده مداری را نیز توسعه داد که HSCSD نامیده می‌شود. در EDGE، یک سلول به‌طور معمول شامل 2 نوع فرستنده و گیرنده است: استاندارد GSM و فرستنده گیرنده EDGE. هر کانال فیزیکی استفاده شده برای ترافیک در سلول، می‌تواند به عنوان یکی از حداقل 4 نوع کانال دیده شود:

گفتار GSM و اطلاعات مدار سوئیچ (CSD)

اطلاعات بسته GPRS

گفتار GSM و اطلاعات مدار سوئیچ (CSD و ECSD)

اطلاعات بسته (GPRS و EGPRS)

در حالی که استاندارد فرستنده گیرنده GSM فقط دو نوع کانال اول را پشتیبانی می‌کند، فرستنده گیرنده EDGE هر چهار تا را پشتیبانی می‌کند. کانال‌های فیزیکی به‌طور دینامیکی برطبق نیاز در سلول تعریف شده‌اند. برای مثال، اگر تعداد زیادی از کاربرهای گفتاری فعال باشند، با هزینه GPRS و کانال‌های EGPRS کمتر، تعداد کانال‌های اول و سوم افزایش یافته‌اند.

GPRS چیست؟

سرویس عمومی بسته امواج رادیویی، (General Packet Radio Service) که به آن GPRS می‌گویند یک سرویس اطلاعات موبایل بسته‌گرا است که برای کاربران گوشی‌های تلفن همراه جی‌اس‌ام و آی‌اس-۱۳۶ موجود است. این یک سرویس ارزش افزوده جدید در نسل دوم تلفن همراه بوده که امکان ارسال و دریافت اطلاعات یا داده را روی شبکه تلفن همراه فراهم می‌سازد. GPRS تکمیل‌شده اطلاعات سوئیچینگ مداری است. جی‌پی‌آراس یک لایه بسته سوئیچ‌شده (Packet - Switched) به شبکه جی‌اس‌ام موجود در تلفن همراه شما اضافه می‌کند که خیلی بهتر از استاندارد ارتباطی سوئیچ‌شده مداری (Circuit Switched) شبکه GSM است. جی‌پی‌آراس در تئوری باید بتواند سرعت انتقال اطلاعات را به ۱۷۱kb/s برساند در حالی که در عمل این سرعت به ۴۰kb/s می‌رسد. حال آنکه سرعت ارتباط در دستگاه‌های متفاوت جی‌پی‌آراس به مراتب با یکدیگر فرق می‌کنند. برای محاسبه سرعت ارتباطات در دستگاه‌های GPRS بهتر است طرح کدها و ساختمان کلاسهای مربوط به آن را متوجه شویم. جی‌پی‌آراس در کل دارای چهار نوع کد CS1,CS2,CS3,CS4 می‌باشد. هر کدام از این کدها قابلیت انتقال اطلاعات، حداکثر با سرعت ۲۱٫۴ کیلوبیت در ثانیه را دارند و در هر یک از آن‌ها قسمتی برای تصحیح خطا، در انتقال اطلاعات در نظر است. CS1 دارای بیشترین سهم برای تصحیح اطلاعات می‌باشد و فقط در حدود ۹ کیلوبیت در ثانیه از ۲۱٫۴ کیلوبیت در ثانیه جهت انتقال اطلاعات باقی می‌ماند. CS2,CS3 دارای سرعت بیشتری می‌باشند و سرعت انتقال اطلاعات در آن‌ها به حدود ۱۳٫۴kb/s در CS2 و ۱۵٫۶kb/s در CS3 می‌رسد. در CS4 سرعت انتقال به حداکثر خود می‌رسد و هیچ نوع تصحیح اطلاعاتی در این قسمت انجام نمی‌گیرد.

HSPA چیست؟

دسترسی به بسته‌های پرسرعت (HSPA) سرنام High Speed Packet Access  ترکیبی از دو پروتکل تلفن همراه، دسترسی سریع به بسته پایین دستی (HSDPA) و دسترسی سریع به بسته بالادستی(HSPUA) است که عملکرد شبکه‌های ارتباطی موبایل 3G موجود که از پروتکل‌های WCDMA استفاده می‌کند را گسترش داده و بهبود می‌بخشد. استاندارد 3GPP پیشرفته تر، با دسترسی سریع به بسته‌های پر سرعت تکامل یافته (همچنین به عنوان +HSPA نیز شناخته شده‌است)، اواخر سال ۲۰۰۸ با آغاز تصویب جهانی در سال ۲۰۱۰ منتشر شد. استاندارد جدید اجازه می‌دهد تا نرخ بیت به حداکثر ۳۳۷ مگابیت در ثانیه در پایین دست و ۳۴ مگابیت در ثانیه در بالادست برسد. با این حال، این سرعت‌ها به ندرت در عمل به دست می‌آیند. HSPA تکامل یافته (همچنین به عنوان HSPA+ ,Evolution HSPA نیز شناخته می‌شود) یک استاندارد پهن باند بی‌سیم است که در نسخه 3GPP ۷ از مشخصات WCDMA تعریف شده‌است. این تعریف را برای تعاریف HSPA موجود فراهم می‌کند و به همین دلیل با تمام نسخه‌های قبلی نسخه اصلی ۹۹ نسخه WCDMA سازگاری عقبرو دارد. HSPA تکامل یافته سرعت داده‌ها را بین ۴۲٫۲ و ۵۶ مگابیت در ثانیه در اتصال پایین دست و ۲۲ مگابیت در ثانیه در اتصال بالادست (در هر حامل ۵ مگاهرتز) با ورودی‌های متعدد، چندین خروجی (2x2 MIMO) و مدولاسیون مرتبه بالاتر (64 QAM) فراهم می‌کند. با استفاده از فناوری Dual Cell می‌توان این موارد را دو برابر کرد. از سال ۲۰۱۱، +HSPA در بین اپراتورهای WCDMA با نزدیک به ۲۰۰ تعهد به‌طور گسترده‌ای توسعه داده شده‌است.

LTE چیست؟

پروژه مشارکتی نسل سوم شبکه سیار یک سازمان استانداردسازی است که پروتکل‌های ارتباطی را برای مخابرات سیار توسعه می‌دهد. این سازمان برای توسعه و نگهداری استانداردهای زیر شناخته می‌شود:

استاندارهای مرتبط با سامانه جهانی ارتباطات سیار (جی‌اس‌ام) و نسل دوم شبکه تلفن همراه (2G و 2.5G) مانند سرویس بسته امواج رادیویی (جی‌پی‌آراس) و سرعت داده افزایش یافته برای تحول جی‌اس‌ام (EDGE) یا جی پی آر اس افزایش یافته (EGPRS)

استاندارهای سامانه جهانی مخابرات سیار و نسل سوم شبکه تلفن همراه (3G) مانند دسترسی به بسته‌های پرسرعت (HSPA)

استاندارهای فرگشت بلندمدت و نسل چهارم شبکه تلفن همراه (4G) مانند فرگشت بلندمدت پیشرفته و فرگشت بلندمدت پیشرفته حرفه‌ای

استاندارهای نسل پنجم با بسامد رادیویی نو و نسل پنجم شبکه تلفن همراه (5G)

زیرسامانه چندرسانه‌ای آی‌پی تحول‌یافته که به روش دسترسی مستقل، توسعه یافته است.

5G چیست؟

نسل پنجم شبکه تلفن همراه (5G)، یا دقیق‌تر، نسل پنجم ارتباطات سیار سلولی، هم‌اکنون جدیدترین نسل سیستم‌های ارتباطات سیار سلولی است که پس از نسل چهارم (4G) فعلی ارائه شده‌است. طیف فرکانسی نسل پنجم شامل موج‌های باند بالا (بالای ۶ گیگاهرتز)، باند متوسط(۲ تا ۴.۵ گیگاهرتز) و باند پایین (زیر ۳ گیگاهرتز) است. باند پایین فرکانسی نسل ۵ مشابه نسل چهارم است. از اهداف نسل پنجم، افزایش سرعت انتقال داده تا ۲۰ گیگابیت بر ثانیه (یک گیگابیت بر ثانیه برای هر کاربر)، افزایش ظرفیت سرویس‌دهی به کاربران شبکه (کاربران بیشتر)، کاهش تأخیر شبکه و بهینگی بیشتر مصرف توان در تجهیزات شبکه و کاربر (مانند گوشی موبایل)، و نیز پشتیبانی از سرعت بیشتر کاربران در حال حرکت (مانند کاربر سوار بر اتوموبیل در اتوبان یا قطارهای سریع‌السیر) تعریف شده‌است. در این نسل باید حداقل یک میلیون کاربرِ ارتباطات پهن‌باند سیار در هر کیلومتر مربع بتوانند به شبکه متصل شوند و هر کاربر باید بتواند در شلوغ‌ترین حالت، حداقل سرعت ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه را تجربه کند، که این در استاندارد نسل چهارم قید نشده بود. کاهش مصرف انرژی هم معیاری است که در این نسل به آن توجه شده‌است و دستگاه‌های فرستنده و گیرنده اپراتورها باید در ساعت کم مصرف به حالت صرفه‌جویی انرژی وارد شده و به سرعت فعال شوند که این معیار هم در نسل چهارم قید نشده بوده‌است. در نتیجه، نسل پنجم به عنوان مثال، امکان ارتباط به صورت رسانه جاری (streaming) در ساعات اوج مصرف از طریق تلفن همراه را برای افراد فراهم می‌کند. همچنین، هدف عملیاتی دیگر آن بهبود پشتیبانی از ارتباطات ماشین با ماشین، یعنی اینترنت اشیا، با هزینه کمتر، مصرف باتری کمتر و تأخیر کمتر از نسل چهارم است.

در حال حاضر بیشتر گوشی‌‌های همراه موجود در بازار از استاندارد فوق پشتیبانی می‌کنند.