LTE چیست؟

LTE چیست؟ سریعترین و پیشرفته ترین شبکه ها؟ نسل بعدی تکنولوژی وایرلس؟ اینها تعاریف کوچکی هستند که اغلب به طور خلاصه در پاسخ این سوال داده می شوند. اما اگر می خواهید بیشتر با این تکنولوژی آشنا شوید، در ادامه این پست با ما همراه باشید.

اگر بخواهیم به طور ساده بیان کنیم، LTE تنها نسل بعدی تکنولوژی وایرلس نیست، بلکه یک استاندارد در حال حرکت و پیشرفت است و همراه با گذر زمان بهبود می یابد. بسیاری بر این باورند که LTE تا دهه آینده و یا حتی قبل از آن استانداردی برای شبکه های سلولی خواهد بود. LTE مخفف کلمات Long Term Evolution و به معنی ”تحول طولانی مدت” می باشد. اسم کامل آن ۳GPP Long Term Evolution for the Universal Mobile Telecommunications System و یا به طور خلاصه ۳GPP UMTS LTE می باشد. اما ما در ادامه، برای راحتی کار تنها از اصطلاح LTE استفاده می کنیم. LTE چیزیست که پروژه مشارکت نسل سوم (گروهی که مسئول استانداردسازی و بهبود سیستم جهانی ارتباطات موبایل و یا همان UMTS هستند) به عنوان گام بعدی خود تعیین کرده است. UMTS گروهی از استانداردها است که معرف ۳G برای شبکه های GSM در سراسر جهان می باشد. پس LTE جایگزینی برای شبکه ۳G است. LTE فناوری ای است که به راحتی و خیلی ساده بر روی بستر ارتباطی انتشار میابد و در مسافت های طولانی، سرعتی بالا و با تاخیر کم ارائه می دهد. در نتیجه فاصله زیادی با دیگر رقبای خود دارد.

LTE چطور کار می کند؟

LTE از دو نوع بستر هوایی (لینک های رادیویی) مختلف استفاده می کند. که یکی برای downlink (از برج به دستگاه)، و یکی برای uplink (از دستگاه به برج) است. در واقع LTE با استفاده از این دو بستر جدا از هم، از روش بهینه ای برای ارتباط دو طرفه وایرلس بهره می برد، که به همین علت مصرف باطری کمتر و شبکه قوی تری را برای کابران دستگاه هایی که از LTE استفاده می کنند، به همراه دارد. LTE برای بستر downlink، از رابط هوایی OFDMA ( مخفف: orthogonal frequency division multiple access) که در نقطه مقابل رابط هوایی CDMA (مخفف: code division multiple access) و TDMA (مخفف: time division multiple access) که از سال ۱۹۹۰ تا به حال استفاده می شده اند، قرار دارد. این به چه معناست؟ در واقع OFDMA (بر خلاف CDMA و TDMA) به صورت MIMO (ورودی و خروجی چندگانه) عمل می کند که به این معناست که دستگاه ها دارای اتصالات متعدد به یک سلول خواهند بود، که این اتفاق باعث افزایش ثبات اتصال و کاهش زمان تاخیر فوق العاده می باشد. بنابراین توان کلی یک اتصال افزایش داده می شود. MIMO همان چیزی است که اجازه می دهد تا استاندارد ۸۰۲.۱۱n وای فای به سرعتی برابر با ۶۰۰ مگابیت در ثانیه برسد، در حالی که بیشترین سرعتی که برای آن در تبلیغات دیده ایم ۴۰۰-۳۰۰ مگابایت در ثانیه بوده است.

برای بستر uplink (از دستگاه به برج)، LTE از شِمای DFTS-OFDMA (مخفف: discrete Fourier transform spread orthogonal frequency division multiple access) برای تولید سیگنال SC-FDMA ( مخفف: single carrier frequency division multiple access) استفاده می کند. زیرا در توان متوسط نسبت به OFDMA پیکِ بهتری برای uplink دارد. دستگاه های مجهز به LTE، به منظور صرفه جویی در عمر باتری، به طور معمول دارای یک سیگنال قوی و قدرتمند برای ارسال به برج نیستند، بنابراین بسیاری از از مزایای OFDMA با یک سیگنال ضعیف از بین می رود.

اما SC-FDMA بر خلاف نامش، همچنان یک سیستم MIMO می باشد. LTE از پیکربندی SC-FDMA 1 × ۲ استفاده می کند، که به این معناست که برای هر یک آنتن بر روی دستگاه انتقال، دو آنتن بر روی ایستگاه پایه برای دریافت وجود دارد. تفاوت عمده بین سیگنال OFDMA برای downlink و سیگنال SC-FDMA برای uplink این است که در SC-FDMA از تابع تبدیل فوریه گسسته بر روی داده ها استفاده می شود تا آن را به یک فرم قابل انتقال تبدیل کند. توابع تبدیل فوریه گسسته اغلب برای تبدیل داده های دیجیتال به شکل موج آنالوگ برای رمزگشایی صوتی و تصویری استفاده می شود، اما می توان از آن برای دادن خروجی به شکل فرکانس های رادیویی مناسب نیز استفاده کرد.

تکنولوژی LTE نیز در دو نوع وجود دارد: نوع FDD (مخفف: frequency division duplex) و نوع TDD (مخفف:time division duplex). که رایج ترین نوع مورد استفاده آن FDD است. نوع FDD از فرکانس های جداگانه ای برای downlink و uplink در قالب یک جفت باند استفاده می کند. این بدان معناست که برای هر یک باندی که یک گوشی پشتیبانی می کند، در واقع از دو محدوده فرکانس استفاده می شود که به عنوان باند های فرکانسی جفت شده شناخته می شوند.

نوع TDD از یک محدوده فرکانسی در یک باند فرکانس استفاده می کند، اما این باند برای ارسال و دریافت سیگنال ها در یک محدوده فرکانس به صورت سگمنت بندی شده، می باشد.

تفاوت LTE با نسل های قبلی

معماری شبکه LTE بسیار ساده تر از پیشینیانش است، زیرا LTE تنها یک شبکه packet-switched است. LTE توانایی کنترل و رسیدگی به تماس های صوتی و پیام های متنی (که معمولا توسط شبکه های circuit-switched از قبیل GSM و CDMA کنترل می شوند) را ندارد. به هر حال، SAE LTE در اصل نسخه ساده شده ای از چیزیست که امروز برای شبکه های UMTS استفاده می شود.

سریعترین استاندارد مبتنی بر ۳G از خانواده UMTS، استاندارد HSPA+ می باشد، که از سال ۲۰۰۹ در دسترس بوده است و سرعتی برابر با ۲۸ مگابیت بر ثانیه برای بارگیری و ۲۲ مگا بیت بر ثانیه برای بارگذاری را ارائه می دهد. این استاندارد بدون MIMO و تنها با یک آنتن می باشد. در سال ۲۰۱۱ این سرعت، با استفاده از+DC-HSPA، به ۴۲ مگابیت بر ثانیه برای بارگیری بهبود یافت. سریعترین استاندارد مبتنی بر ۳G از خانواده CDMA2000 نیز EV-DO Rev. B است که از سال ۲۰۱۰ در دسترس است و سرعتی برابر با ۱۵.۶۷ مگابیت بر ثانیه ارائه می دهد. و این در حالیست که برای LTE این نرخ انتقال داده، ۳۲۶ مگابیت در ثانیه برای بارگیری و ۸۶ مگابیت در ثانیه برای بارگذاری در طیف فرکانسی ۲۰ مگاهرتز می باشد.

ارتباط LTE با طول عمر باطری

LTE چطور بر روی طول عمر باطری تاثیر می گذارد؟ پیش از این از کاهش مصرف باطری با استفاده از LTE صحبت کردیم، اما در حال حاضر، دستگاه های LTE، مصرف باطری بسیار بالایی دارند و دلیل آن این است که در شرایط فعلی، سرویس دهی اپراتورهای شبکه به گونه است که کاربر برای برقراری ارتباطاتش به هر دو حالت عملیاتی CDMA2000 و LTE احتیاج دارد. این به این معناست که برای هر دقیقه اتصال، نسبت به زمانی که شما تنها از CDMA2000 یا LTE استفاده می کنید، میزان مصرف باطری، دو برابر شده است.

در اینجا handover را نیز داریم. Handover عملیاتی است که توسط آن، یک دستگاه از شبکه به شبکه دیگر و یا از یک برج به برج دیگر سوئیچ می کند و بدون آن یک کاربر باید هرگاه از محدوده تحت پوشش یک برج خارج می شود، به صورت دستی برج جدید را انتخاب کند. (WiFi یک نمونه از فناوری شبکه بی سیم است که از handover پشتیبانی نمی کند.) برای شبکه های سلولی، ویژگی Handover اهمیت بیشتری پیدا می کند، چرا که محدوده تحت پوشش یک برج به علت فاکتور های خارجی تاثیر گذار که خارج از کنترل (مثل آب و هوا) هستند، قابل پیش بینی نیست. LTE مثل سایر شبکه های بی سیم سلولی، از handover پشتیبانی می کند، اما وقتی قرار است این عملیات بر روی یک نوع سلول و یا شبکه پشتیبانی شده انجام شود، این کار را سریع تر انجام می دهد.

سیگنال ضعیف نیز باعث می شود تا عملیات handover در تعداد دفعات بیشتری انجام شود، در نتیجه از باطری کار بیشتری کشیده می شود. پس حتی اگر یک اپراتور طوری سرویس دهی کند که استفاده همزمان از CDMA2000 و LTE به صورت یک اجبار نباشد، باز هم سیگنال های ضعیف می توانند باعث مصرف بیشتر باطری شوند.

آینده نامعلوم ۴G

هدف نهایی اپراتورهای شبکه از گسترش LTE این است آن را جایگزین سیستم فعلی ارتباطات همراه کنند. این بدان معنی است که باید بر روی شبکه داده آن امکان برقراری تماس های صوتی، پیام های متنی، هشدارهای شبکه ای و غیره فراهم شود. در حالی که تا به حال در رابطه با این موضوع هیچ تفکری نشده است و LTE تنها به عنوان یک شبکه داده طراحی شده است. پس باید به فکر توسعه و ارائه راه حل های VoIP متناسب با نیازهای آن بود.

درست است که LTE جهش قابل توجهی در بهینه سازی فن آوری های بی سیم تلفن همراه بوده است، اما ۳GPP در حال حاضر بر روی چهل باند فرکانسی برای LTE مصوب شده است که بیست و پنج تای آنها برای LTE FDD و بقیه برای LTE TDD هستند. در نتیجه رومینگ بر روی LTE بسیار دشوار خواهد بود. در ایالات متحده و کانادا به تنهایی، ده باند FDD و یک باند TDD برای LTE وجود دارد. در اروپا، برای FDD LTE سه باند بیشتر از ایالات متحده و کانادا وجود دارد. در آسیا و اقیانوسیه، همان سه باند FDD اروپا، به علاوه سه باند فرکانسی دیگربرای FDD، و همان باند TDD در ایالات متحده وجود دارد. حالا مسئله اینجاست که چگونه یک دستگاه LTE را بدون فدا کردن قابلیت حمل، برای این باند ها تنظیم کنیم.

درباره اینکه آینده برای LTE چگونه خواهد بود هیچ نظری نمی توان داد اما اینطور که پیداست تغییرات از آنالوگ به دیجیتال در صنعت موبایل اتفاق جالبی خواهد بود.

LTE چیست؟

LTE چطور کار می کند؟

تفاوت LTE با نسل های قبلی

ارتباط LTE با طول عمر باطری

آینده نامعلوم ۴G

مطالب مشابه :

وایرلس - Wireless

موارد کاربرد شبکه های وایرلس

دوره های آموزش میکروتیک در شمالغرب کشور

دانلود هندبوک تشریح الکترومغناطیس ران اشمیت

LTE چیست؟

مبانی شبکه کامپیوتر Network ؛ شبکه های بدون کابل  بی سیم یا وایرلس Wireless

کامل پیکربندی شبکه های وایرلس از 0 تا 100 (پیکربندی Access Point نوع D-Link 2750U) و پیکربندی شب

آموزش تنظیمات مودم وایرلس در ویندوز توسط مهندس رامین محمدی گلوسنگ

شبکه های بیسیم - فصل دوم

مبانی شبکه کامپیوتر Network ؛ شبکه های بدون کابل بی سیم یا وایرلس Wireless