ما هو 4G LTE ولماذا هو مهم؟

هل تساءلت يوماً ما عن السبب وراء استبدال كل جيل من أجيال الهواتف الخلوية مهما بدا ثورياً في البداية؟ إنه الطلب المتزايد باستمرار من المستخدمين على المزيد من السرعة والسعة التي لم تعد الشبكة الخلوية في ذلك الوقت قادرة على تلبيتها. لطالما كان توفير سرعة عالية وسعة كبيرة وتأخير أقل أولوية قصوى لكل مشغل شبكة منذ ظهور شبكات الجيل الأول. واليوم، يشهد العالم سرعات البيانات المذهلة وخدمات النطاق العريض المذهلة لشبكات 4G LTE التي لم يكن أحد يتخيلها قبل عقدين من الزمن. لقد مهدت شبكة الجيل الرابع 4G LTE الخلوية الطريق لبعض التقنيات الرئيسية الدافعة لـ 5G وما وراء الشبكات بما في ذلك تقنية MIMO، وشبكات LPWAN، وإنترنت الأشياء.

في هذه المقالة، ستتعرف في هذه المقالة على كل شيء عن 4G LTE وميزاته وتطبيقاته والتطورات التكنولوجية التي جلبها. لذا، دعنا نبدأ:

ما هو 4G LTE؟

تم إطلاق شبكة الجيل الرابع 4G من قبل الاتحاد الدولي للاتصالات mmunication (الاتحاد الدولي للاتصالات) في عام 2008 بهدف تحقيق معدل بيانات أعلى وقدرات نطاق عريض مقارنةً بشبكة الجيل الثالث. LTE، والمعروفة أيضًا باسم التطور طويل الأمد، هي التقنية الرئيسية وراء الجيل الرابع التي تطبق مخططات ترميز وبروتوكولات وتقنيات راديوية فريدة من نوعها لتحقيق كفاءة عالية في الطيف وإنتاجية عالية للشبكة. تم تطوير تقنية LTE بواسطة مشروع شراكة الجيل الثالث (3GPP) مجموعة معايير لتوفير الوصول اللاسلكي عالي السرعة في جميع أنحاء العالم، مما جعل شبكة الجيل الرابع LTE ناجحة عالميًا مع 6.6 مليار اشتراك (وفقًا لتقرير الرابطة العالمية لموردي الهواتف المحمولة لشهر يناير 2022).

1. ميزات 4G LTE

تقدم شبكة 4G LTE الميزات التالية لعملائها:

• معدل بيانات عالي: يوفر الجيل الرابع 4G LTE معدل بيانات أعلى من الأجيال السابقة بسرعة قصوى تبلغ 100 ميجابت في الثانية نظريًا، و15 ميجابت في الثانية عمليًا.
• عرض نطاق ترددي أعلى: يمكّنك 4G LTE من الوصول بسرعة إلى تطبيقات الشبكة ولعب الألعاب عبر الإنترنت والاستمتاع بالخدمات في الوقت الحقيقي في أي مكان وزمان. يتم تحقيق عرض النطاق الترددي الأعلى لشبكة 4G LTE من خلال ميزة تجميع الناقل التي تضيف ما يصل إلى 100MHz عرض نطاق ترددي يصل إلى 100MHz عبر 5 ناقلات مكونة مع 20MHz لكل منها.
• زمن انتقال أقل: يوفر 4G LTE وقت استجابة منخفض للغاية مما يتيح لك تشغيل التطبيقات الحساسة للوقت دون أي تأخير أو ارتعاش.
• بنية قائمة على بروتوكول الإنترنت IP: تعتمد بنية شبكة الجيل الرابع 4G LTE على بروتوكول الإنترنت (IP) الذي يسمح لك بالوصول إلى خدمات IP عبر الإنترنت. كما أنها توفر اتصالاً لاسلكياً قوياً بالإنترنت حسب موقعك.
• VoLTE: يشير مصطلح VoLTE إلى تقنية VoLTE للصوت عبر LTE. تتيح لك هذه الميزة الاستمتاع بخدمات الصوت والفيديو عالية الجودة عبر 4G LTE.
• سرعة تحميل وتحميل عالية: مع 4G LTE، يمكنك الحصول على سرعات تحميل وتنزيل أسرع. بلغ متوسط سرعة تنزيل LTE 17 ميجابت في الثانية وسرعة تحميل 12 ميجابت في الثانية على مستوى العالم في عام 2021.

2. تقنيات الجيل الرابع 4G

تم تزويد الجيل الرابع 4G LTE بثلاث تقنيات متطورة، نناقشها على النحو التالي:

• OFDMA: يرمز OFDMA إلى الوصول المتعدد بتقسيم التردد المتعامد وهو تقنية وصول متعدد مستخدمة في شبكات LTE لعمليات الإرسال للوصلة الهابطة. في هذه التقنية، يتم تقسيم نطاق التردد بأكمله إلى عدة حاملات فرعية متعامدة ذات معدلات ذروة عالية لنقل البيانات. وتتيح تقنية النفاذ المتعدد المتعامد المتعامد المتعامد المتعامد (OFDMA) للجيل الرابع من شبكات LTE تحقيق مرونة عالية في الطيف ومتانة في مواجهة تخبّط القنوات وسهولة المعادلة والكفاءة الطيفية العالية.
• ميمو: ميمو، المعروف أيضًا باسم متعدد المدخلات - متعدد المخرجاتتستخدم هذه التقنية هوائيات متعددة لتحسين أداء إرسال الإشارة والكفاءة الطيفية لشبكة الجيل الرابع LTE. في تقنية MIMO، يحتوي كل من جهاز الإرسال والاستقبال على هوائيات متعددة تستخدم انتشار الإشارات متعدد المسارات الموجود في جميع أنظمة الاتصالات اللاسلكية المشتركة 1TP14 لتحسين معدل البيانات ونسبة الإشارة إلى الضوضاء.
• SC-FDMA: تقنية SC-FDMA، المعروفة أيضًا باسم SC-FDMA أحادية الناقل FDMA، هي تقنية وصول متعدد مستخدمة في نظام الجيل الرابع LTE لعمليات الإرسال الصاعد. SC-FDMA هي تقنية مفيدة للغاية لشبكة الجيل الرابع 4G تدعم العديد من الميزات بما في ذلك معدل البيانات العالي، ومضخمات الطاقة منخفضة التكلفة، والمتانة العالية ضد الأطياف الفارغة، وقيمة PAPR منخفضة. وهي تسمح لعدة مستخدمين بمشاركة موارد الاتصالات المشتركة في وقت واحد.

3. تطبيقات الجيل الرابع 4G LTE (إنترنت الأشياء وغيرها)

تشمل تطبيقات 4G LTE ما يلي:

• اتصال إنترنت الأشياء: يدعم الجيل الرابع LTE بشكل كبير تطوير وتطبيقات تقنيات ومعايير إنترنت الأشياء بما في ذلك LPWAN (شبكة المنطقة الواسعة ذات الطاقة المنخفضة)، RFID (تحديد الهوية بترددات الراديو), سيجفوكسو NFC (اتصال المجال القريب Communication). يوفر الجيل الرابع 4G LTE اتصالاً عالي السرعة بين أجهزة إنترنت الأشياء لإدارة البيانات وتوسيع نطاقها بالإضافة إلى تقديم أداء قوي وأقل زمن تأخير. تعتبر شبكة LPWAN جزءًا من إنترنت الأشياء من آلة إلى آلة (M2M) التي تخدمها تقنية الاتصال من آلة إلى آلة (LTE-M) من نوع LTE-M (LTE-M) المشتركة بين إنترنت الأشياء ضيق النطاق الضيق (NB-IoT) لتمكين أجهزة الشبكة الواسعة منخفضة الطاقة من الاتصال المشترك وتنفيذ عمليات الاتصال من آلة إلى آلة. يدعم LTE-M معدل بيانات يبلغ حوالي 1 ميجابت في الثانية، بينما يدعم NB-IoT ما يصل إلى 26 كيلوبت في الثانية في الوصلة الهابطة.
• المراقبة: يتضمن أحد أهم تطبيقات الجيل الرابع 4G LTE المراقبة بالفيديو التي تتيح المراقبة الدقيقة للمناطق الحساسة مثل المطارات والملاعب والأماكن العامة ومراكز التسوق وقاعات الحفلات الموسيقية ومراكز النقل. في هذه السيناريوهات، يتم تثبيت العديد من الكاميرات التي تنقل الصور ومقاطع الفيديو الحية إلى غرفة التحكم عبر الإنترنت، مما يتطلب سعة بيانات عالية توفرها تقنية 4G LTE. يلعب اتصال 4G LTE دوراً أكثر أهمية في توفير الاتصال بالكاميرات المتنقلة مثل تلك المثبتة على الطائرات بدون طيار وكاميرات الجسم القابلة للارتداء ومركبات الشرطة.
• المركبات الموجهة الآلية: يوفر الجيل الرابع 4G LTE عالي السرعة سرعة بيانات خالية من التأخير للمركبات الموجهة الآلية (AGV) مما يتيح لها نقل موقعها بدقة وسرعة. وباستخدام اتصال إنترنت الأشياء، يمكن للروبوتات نقل البيانات إلى السحابة حيث يتم تحليلها ومعالجة المزيد من التنسيق بين الروبوتات والمركبات الموجهة الآلية.

4G مقابل 5G

تعمل تقنية 4G LTE بفعالية في معظم البلدان في جميع أنحاء العالم. والآن بدأ مقدمو الخدمات في نشر الجيل الخامس 5G في الدول المتقدمة بما في ذلك الولايات المتحدة والصين واليابان وأوروبا. على الرغم من أن تقنية 4G LTE قد خدمت المستخدمين بشكل مذهل من خلال سعة البيانات العالية وقدرات النطاق العريض، إلا أن المستخدمين لا يزالون يطالبون بالجيل الخلوي التالي بسرعة فائقة وتقنيات متقدمة وأداء محسن. الجيل الخامس 5G قادر على توفير سرعة تصل إلى 100 ضعف سرعة الجيل الرابع LTE، حيث تصل سرعته إلى حوالي 10 جيجابايت في الثانية. تستخدم تقنية 5G سرعة أعلى بكثير الترددات من 4G تتراوح من أقل من 6GHz إلى 54GHz. علاوة على ذلك، سيكون زمن انتقالها أقل بكثير من 4G، ومن المتوقع أن يكون حوالي 10 مللي ثانية.

هوائيات 4G LTE

جهاز توجيه 4G و هوائي 4G هي مكونات لا غنى عنها في نظام 4G. فهي تشكل شبكة 4G في كل مكان لتستخدمها، وتوفر لك خدمات تحميل وتنزيل بيانات عالية السرعة. مع تطور تقنية MiMo، أطلق العديد من مصنعي أجهزة التوجيه والهوائيات أجهزة توجيه MIMO 4G و هوائيات MIMO 4Gالتي تتمتع بإنتاجية بيانات أكبر وسرعة نقل بيانات أسرع من تقنية SISO التقليدية.

الخاتمة

يُعد معدل البيانات العالي والبث السلس من المتطلبات الرئيسية للمستخدمين لتنفيذ مهامهم المكتبية أو الأكاديمية أو الشخصية في الوقت المناسب وبكفاءة. يقدم الجيل الرابع LTE خدمات عالية السرعة ومنخفضة الكمون لمستخدميه والتي تمكنهم من تجربة التطبيقات القائمة على بروتوكول الإنترنت وخدمات النطاق العريض وخدمات VoLTE التي لم تستطع الأجيال السابقة تقديمها. ويتحقق ذلك من خلال تقنياته المتطورة بما في ذلك تقنية OFDMA وMIMO وSC-FDMA. ولكن، هذا لا يتوقف عند هذا الحد، حيث بدأ مزودو الخدمة بالفعل في نشر شبكة الجيل الخامس الخلوية لإحداث ثورة كاملة في عالم الاتصالات بتقنياتها الأكثر تقدمًا وابتكاراتها التكنولوجية التي لم تشهدها عين الإنسان بعد.