 مميزات الجيل الرابع4G
4G تشير إلى الجيل الرابع من اللاسلكية الخلوية وهو خليفة لمعايير 3G و2G.بقية هذا المقال تنسب 4G إلى الاتصالات المتقدمة المتنقلة الدولية (IMT Advanced)، على الرغم من 4G هو مصطلح أوسع ويمكنه أن يشمل معايير خارج الاتصالات المتقدمة المتنقلة الدولية. يمكن لنظام 4G ترقية شبكات الاتصالات الحالية، ويُتَوقَّع أن يوفر حلا شاملا وآمنا على بروتوكول الإنترنت حيث تقدم المرافق مثل الصوت والبيانات والوسائط المتعددة المتدفقة إلى المستخدمين على قاعدة "أي زمان ومكان"، وبمعدلات بيانات أعلى بكثير مقارنة بالأجيال السابقة.
الأهداف
يتم تطوير 4G حاليا للتوافق مع جودة الخدمة والمعدلات التي تحددها التطبيقات القادمة مثل الدخول اللاسلكي على النطاق العريض، وخدمة رسائل الوسائط المتعددة (ملتيميديا)، ودردشة الفيديو، والتلفزيون المتنقل، ومحتوى التلفزيون عالي الدقة، بث الفيديو الرقمي (DVB)، والخدمات الأصغر مثل الصوت والبيانات، والخدمات الأخرى التي تستخدم عرض النطاق الترددي.
وقد حددت مجموعة عمل 4G ما يأتي كأهداف لمعيار 4G للاتصالات اللاسلكية:
نظام كفء طيفيا (بت/ث/هرتز وبت/ث/هرتز/الموقع)، [1]
قدرة عالية للشبكة: مزيد من المستخدمين في وقت واحد لكل خلية، [2]
معدل بيانات اسمي 100 ميغابت/ثانية فيبينما يتحرك العميل فيزيائيا بسرعات عالية بالنسبة للمحطة، و 1 جيجابت/ثانية، بينما يكون العميل والمحطة في مواقع ثابتة نسبيا كما يحدد الاتحاد الدولي للاتصالات الراديوية، [3]
معدل بيانات يقدر على الأقل ب100 ميغابت/ثانية بين أي نقطتين في العالم، [3]
تحويلا سلسا عبر الشبكات غير المتجانسة، [4]
ربط غير منقطع وتجوال عالمي عبر الشبكات المتعددة، [5]
جودة عالية للخدمة لجيل الوسائط المتعددة المقبلة (صوت في الوقت الحقيقي، وبيانات بسرعة عالية، ومحتوى فيديو عالي الدقة، والتلفزيون المحمول، الخ) [5]
التوافقية مع المعايير اللاسلكية الحالية، [6]
شبكة آي بي شاملة مبدلة للحزم.[5]
باختصار، ينبغي لنظام 4G أن يقوم حيويا بتبادل واستخدام موارد الشبكة لتلبية الحد الأدنى من متطلبات جميع المستخدمين الممكنين من 4G.
[عدل] المناهج
كما هو موضح لدى اتحادات 4G بما في ذلك WINNER، وWINNE—نحو وصول لاسلكية في كل مكان، وWWRF، فأحد النهوج الرئيسية القائمة على التكنولوجيا يمكن تلخيصه على النحو التالي، حيث مبادرة اللاسلكية العالمية والراديو الجديد (WINNER) هو اتحاد لتعزيز أنظمة الاتصالات المتنقلة.[7][8]
[عدل] نقاط الاعتبار
التغطية، والبيئة الإذاعية، والطيف، والخدمات، ونماذج الأعمال، وأنواع النشر، والمستخدمين.
[عدل] التكنولوجيات الرئيسية
تقنيات الحزمة الرئيسية[9]
الموجات الكهرومغناطيسية: لاستغلال خاصية انتقائية قناة التردد
MIMO "Multiple Input - Multiple Output" (عدة مدخلات وعدة مخرجات): لتحقيق فاعلية طيفية عالية
مبدأ توربو: لتقليل الضوضاء/إشارة المطلوبة في جانب الاستقبال
واجهة الاذاعة التكيفية
التضمين، المعالجة المكانية مع تعدد الهوائيات وتعدد المستخدمين MIMO
التتابع، بما في ذلك شبكات التتابع الثابتة (FRNs)، ومفهوم التتابع التعاوني، والمعروف باسم بروتوكول الأوضاع المتعددة
[عدل] مميزات ال4G
وفقا لأعضاء فريق عمل 4G، فإن البنية التحتية ومحطات ال4G ستكون لديها جميع المعايير تقريبا من 2G إلى 4G مُطبَّقة. وعلى الرغم من أن النظم القديمة موجودة لاعتماد المستخدمين الحاليين، إلا أن البنية التحتية لل4G ستكون على أساس الحزمة فقط (آي بي). وتقترح بعض العروض وجود منصة إنترنت مفتوحة. ومن التكنولوجيات الأولى التي تعد من الجيل الرابع ما يلي: Flash OFDM، والنسخة المحمولة من 802.16e واي ماكس (المعروفm أيضا باسم وايبرو في كوريا الجنوبية)، وHC-SDMA (انظر iBurst).قد يصل تطور ***P على المدى الطويل إلى السوق بعد سنة أو سنتين من صدور الواي ماكس المحمولة.
كما يوجد إصدار أعلى سرعة من واي ماكس هو مواصفة IEEE 802.16m. حيث سيكون التطور المتقدم طويل الأمد التطور اللاحق لمعيار ***P من التطور طويل الأمد.[10]
[عدل] المكونات
[عدل] مخططات الوصول
كما تطورت المعايير اللاسلكية، فإن تقنيات الوصول المستخدمة أيضا أظهرت زيادة في الكفاءة والقدرة والاستيعاب. حيث استخدم الجيل الأول من المعايير اللاسلكية TDMA وFDMA. ففي القنوات اللاسلكية، أثبت TDMA كفاءة أقل في معالجة قنوات معدلات البيانات المرتفعة لأنه يتطلب فترات حراسة كبيرة للتخفيف من أثر تعدد المسارات. وبالمثل، استهلك FDMA عرض نطاق ترددي أكثر حتى يتجنب الحارس التداخلات بين الناقلين.لذا ففي أنظمة الجيل الثاني، استخدم أحد مجموعات المعايير الجمع بين FDMA وTDMA وقدمت المجموعة الأخرى مخططا جديدا للدخول يسمى CDMA. أزاد استخدام CDMA من قدرة النظام الاستيعابية، ووضع أيضا حدا برمجيا عليه بدلا من الحد الصلب. كما اوداد أيضا معدل البيانات لأن ذلك المخطط فعال بما فيه الكفاية للتعامل مع القنوات متعددة المسار. ومكن ذلك أنظمة الجيل الثالث من استخدام سى دى ام ايه كمخطط الوصول IS-2000، UMTS، 1xEV-DO، TD-CDMA، وTD-SCDMA. المشكلة الوحيدة مع سى دى ام ايه هي أنه يعاني من فقر في المرونة الطيفية والقابلية للتوسع.
وفي الآونة الأخيرة، تحصل مخططات وصول جديدة مثل FDMA المتعامد (OFDMA)، FDMA الناقل الواحد (SC-FDMA)، وFDMA المتداخل وتقسيم الرموز لعدة نُقًّال بتعدد الدخول (MC-CDMA) على أهمية أكبر بالنسبة لأنظمة الجيل القادم. يستخدم الواي ماكس OFDMA في وصلة التنزيل ووصلة الرفع. وللجيل القادم من UMTS، يجري اعتبار OFDMA لوصلة التنزيل. وعلى النقيض، يجري اعتبار IFDMA في وصلة الإرسال حيث أن OFDMA تسهم أكثر في الأمور المتصلة بPAPR ونتائج تشغيل المضخمات غير المتزامن. يوفر IFDMA أقل تذبذبا في الطاقة وبالتالي يتجنب مشاكل المضخمات. وبالمثل، فإن SC-CDMA موجودة في الاقتراح الداعي إلى معيار IEEE 802.20. وتعطي مخططات الوصول تلك نفس معدلات الكفاءة كما التقنيات القديمة مثل CDMA. لكن بعيدا عن هذا، فإن قابلية التوسع، ومعدلات البيانات المرتفعة يمكن تحقيقها.
الميزة الأخرى الهامة لتقنيات الوصول المذكورة أعلاه هي أنها تتطلب قدرا أقل من التعقيد لتحقيق التكافؤ في المُستَقبِل. هذه هي ميزة إضافية لا سيما في بيئات MIMO حيث ان انتقال أنظمة MIMO للإرسال المتعدد في الفضاء يتطلب تكافؤا عالي التعقيد لدى المتلقي.
وبالإضافة إلى التحسينات في نظم الإرسال المتعدد تلك، يجرى استخدام تقنيات تضمين محسنة. في حين أن المعايير السابقة قد استخدمت بكثرة تشفير تحويل طور الموجات، فإن نظما أكثر كفاءة مثل 64QAM يجري اقتراحها للاستخدام مع معايير تطور ***P التطور على المدى الطويل***P طويل الأمد.
[عدل] دعم IPv6
Crystal Clear app kdict.png مقالات تفصيلية :Network layer و بروتوكول الإنترنت و IPv6
على عكس الجيل الثالث، والذي يقوم على بنيتين تحتيتين متوازيتين تتكونان من أطراف تحويل الدوائر، وتحويل الحزم للشبكة على التوالي، ستكون 4G على أساس تحويل الحزم فقط. وسوف يتطلب هذا نقل بيانات بتأخر منخفض.
بحلول الوقت الذي يتم نشر الجيل الرابع فيه، فإن عملية استنفاد عناوين IPv4 من المتوقع أن تكون في مراحلها النهائية. ولذلك، ففي سياق 4G، سيكون دعم IPv6 ضروريا من أجل دعم عدد كبير من الأجهزة المُمَكَّنَة لاسلكيا. فعن طريق زيادة عدد عناوين الآي بي، يزيل IPv6 الحاجة لترجمة عنوان الشبكة (NAT)، وهي وسيلة لتبادل عدد محدود من العناوين من بين مجموعة كبيرة من الأجهزة، على الرغم من أنه ستضل هناك حاجة للنات للاتصال مع الأجهزة التي تقوم على شبكات IPv4 الموجودة.
اعتبارا من يونيو 2009، نشرت فيريزون المواصفات التي تتطلب من أي أجهزة 4G على شبكتها أن تدعم IPv6.[11]
[عدل] أنظمة الهوائي المتطورة
Crystal Clear app kdict.png مقالات تفصيلية :MIMO و MU-MIMO
من البديهي أن أداء الاتصالات اللاسلكية يعتمد على التقدم في نظام الهوائي، أرجع إلى هوائي ذكي أو عاقل.في الآونة الأخيرة، تنشأ تكنولوجيات الهوائيات المتعددة لتحقيق أهداف أنظمة ال4G مثل المعدلات المرتفعة، والكفاءة العالية، والاتصالات بعيدة المدى. وفي بداية التسعينيات، تم اقتراح العديد من مخططات النقل، لتلبية الاحتياجات لمعدلات البيانات المتنامية. واكتسبت تكنولوجيا معينة، الارسال المتعدد عبر المكان، أهمية لحفظها عرض النطاق الترددي والكفاءة في استهلاك الطاقة. يتضمن الارسال المتعدد عبر المكان نشر هوائيات متعددة لدى المرسل والمستقبل. ومن ثم يمكن نقل التيارات المستقلة من كل من الهوائيات في وقت واحد. ويزيد لك من سرعة نقل البيانات في طيات متعددة بعدد متساو مع الحد الأدنى من عدد هوائيات الإرسال والاستقبال. ويسمى هذا MIMO (كفرع من الهوائي الذكي). وبعيدا عن هذا، فإن الدقة في نقل البيانات بسرعة عالية في قناة تضعف من الممكن تحسينها باستخدام المزيد من الهوائيات في المٌرسِل أو في المٌستقبِل. ويسمى هذا تنوع الإرسال أو الاستقبال. كلا من تنوع الإرسال/التلقي والارسال المتعدد عبر المكان يصنفان ضمن تقنيات ترميز المكان-الزمان، والتي لا تتطلب بالضرورة معرفة القناة لدى المُرسِل. الفئة الأخرى هي تكنولوجيات الحلقة المغلقة متعددة الهوائيات، والتي تستخدم معرفة قناة لدى المُرسِل..
[عدل] الراديو المُعَرَّف برمجيا (SDR)
SDR هي أحد أشكال العمارة اللاسلكية المفتوحة (OWA). فحيث أن 4G هو مجموعة من معايير اللاسلكية، سيُكَوِّن الشكل النهائي لأي جهاز 4G عدة معايير مختلفة. ومن الممكن تحقيق ذلك بكفاءة باستخدام تكنولوجيا SDR، والتي يتم تصنيفها لدى منطقة التقاء الراديو. | 
