الجيل الثاني من الاتصالات الخليوية: الاتصالات الرقمية والرسائل القصيرة

استمع على ساوندكلاود 🎧

3. الجيل الثاني من الاتصالات الخليوية:

3.1. مقدمة:

تمَّ تَقديم تقنياتِ هذا الجيل لأولِ مرة في أواخر الثمانينات من القرن الماضي، حيث استُبدلت تقنيات تماثليّة معروفة في الجيل الأول بتقنياتٍ رقمية، فاستُبدل على سبيل المثال التعديل الترددي FM بتقنياتِ التعديلِ الرقمية، واستُبدلت تقنيةُ الوصول المتعدد بتقسيم التردد FDMA بتقنية الوصول (النفاذ) المتعدد بتقسيم الزمن Time division multiple access TDMA والوصول المتعدد بتقسيم الكود Code division multiple access CDMA إضافةً لتقنيةِ ازدواج اتجاه الاتصال بتقسيمِ التردد Frequency division duplexing FDD. [1]

ساهمَت التقنياتُ المستخدمة في الجيل الثاني في زيادةِ سعةِ النظام ثلاثةَ أضعاف عما كان موجوداً في الجيل الأول التماثلي، لكنه لا زال يعتبر نظاماً ذو معدّلٍ منخفض لتبادل البيانات. [1]

يمتازُ الجيل الثاني أيضاً مقارنةً بالجيل الأول بفعاليةٍ أعلى في استخدام الطيفِ الترددي وخدماتِ بياناتٍ أفضل مع تحسينٍ كبير في خدمة التجوال Roaming التي تَسمح لمشتركٍ في شبكة ما بالحفاظ على الاتصالِ الصوتي أو تبادل البيانات عند مغادرتِه الحدودَ الجغرافية لتغطية شبكته الأم والتواجد في شبكةٍ تتبعُ مُشغّلاً آخر بدون إجراء أي تعديل يدوي لإعدادات الهاتف. [2]

عرفَ هذا الجيل مجموعة من الأنظمة الناجحة التي ساهمت بانتشارهِ بشكلٍ لم يكن متوقع، ولاتزال الكثير من الدول تعتمدهُ بشكلٍ أساسي حتى يومنا هذا، رغم طرحِ التقنيات الأحدث وتفعيلِ تقنيات الجيل الرابع والبدء بأبحاث الجيل الخامس.

والشكل (1) التالي يبين مدى الشعبية والانتشار الذين حاز عليهما الجيل الثاني، حيث أن أكثر 75% من المشتركين الأوروبيين على سبيل المثال لم يقومو بتطوير هواتفهم لتعمل على تقنيات الجيل الثالث حتى عام 2007 ، بل حافظوا على هواتف تدعم فقط تقنيات الجيل الثاني، في إشارة واضحة لمدى النجاح الذي حققه هذا النظام من ناحية تأمين احتياجات معظم المشتركين بكفاءة وجودة. [7]

الشكل (1): مقارنة عدد المشتركين (بالملايين) بحسب تقنية الاتصال التي يستخدموها.

سنتناول في مقالنا لمحةً موجزة لعدد من الأنظمة الناجحة العاملة تحت معايير الجيل الثاني، لنعرّج بعدها على بعض التطويرات التي يتم تصنيفها ضمن الجيل 2.5.

3.2. أنظمة الجيل الثاني الخليوية المعتمَدة في الولايات المتحدة الأمريكية:

عمِلت بشكل أساسي تحت اسم الجيل الثاني ثلاثة أنظمة خليوية في الولايات المتحدة:

• المعيار المؤقت Interim Standard IS-54.

• المعيار المؤقت Interim Standard IS-136.

• المعيار المؤقت Interim Standard IS-95.

3.2.1. المعيار المؤقت Interim Standard IS-54 وتطويره للمعيار المؤقت Interim Standard IS-136:[6]

أُطلِق نظام IS-54 عام 1991 في حين بدأ العمل بالمعيار IS-136 الذي يحمل عدّة تطويرات عن سابقه في وقت لاحق وعُرف باسم النظام الخليوي الرقمي في أمريكا الشمالية North American digital cellular NADC، كما يُعتبر كلا النظامين تطويراً رقمياً لنظام الجيل الأول التماثلي الذي كان منتشراً في الولايات المتحدة الأمريكية AMPS لذلك يسمياّن أيضاً Digital AMPS أو D-AMPS.

بعض الميزات التقنية:

• استخدام تقنيات النفاذ المتعدد بتقسيم الزمن TDMA وازدواج اتجاه الاتصال بتقسيم التردد FDD.

• يُقسم الطيف الترددي الراديوي الكلّي إلى قنوات عديدة كل منها بعرض مجال 30 KHz، ولكل قناة ثلاثة أو ستة حيّزات زمنية للمستخدمين Time slotted subscribers.

• التعديل المستخدم هو التعديل بالإزاحةِ الطورية التفاضلية التربيعية بزاوية 45 45 DQPSK Differential Quadrature Phase Shift Keying

• لعل من أهم ما يميز المعيار IS-136 دعمه لتقنية الاتصال التماثلية الموجودة في شبكات الجيل الأول، وبالتالي يُعتبر نظاماً ذو تقنية مزدوجة (تماثلية - رقمية).

3.2.2. المعيار المؤقت Interim Standard IS-95: [1، 11]

ظهر عام 1995 وسمي CDMA One ويعمل وفق بروتوكول IS-95 الذي طورته شركة كوالكوم Qualcomm، ويختلف عن المعيارين السابقين باعتماده تقنيات الطيف المنشور Spread Spectrum Techniques عند إرسال الصوت والبيانات عبر الأثير، وقد انتشرت هذه التقنية بشكلٍ كبير في الولايات المتحدة (والعالم لاحقاً) وشكلت منطلقاً لتطوير تقنيات الجيل الثالث.

بعض الميزات التقنية:

• يستخدم تقنيات النفاذ المتعدد بتقسيم الكود CDMA، حيث لا يتم فصل المشتركين في قنوات ترددية منفصلة أو حيزات زمنية مستقلة، وإنما بمنح كل مشترك شيفرة مميزة ضمن نفس الطيف الترددي.

• تسمح تقنية CDMA بالوصول لسعةٍ عالية من ناحية عدد المستخدمين، كما تُساهم في زيادة ممانعة نظام الاتصال للضجيج.

• يعمل النظام ضمن النطاقين التردديين 900 MHz و 1800 MHz.

• فعاليّة طيفية عالية.

• بساطة أكبر في تخطيط الشبكة والخلايا والقطاعات نتيجة إمكانية استخدام نفس التردد في كل القطاعات المكونة للخلية.

• سعةٌ أكبر بثمانية إلى عشر مرات من سعة شبكة AMPS التي تحدثنا عنها في شبكات الجيل الأول التماثلية.

• جودةٌ أعلى للمكالمة مع استقرارية أفضل في الصوت دون التقطيع الذي كان يعاني منه نقل الصوت في شبكات الجيل الأول.

• زيادة مستوى الأمان والخصوصية لكل من الشبكة والمشتركين.

• تغطيةٌ أفضل، وعمليات تبديل بين الخلايا handoff أكثر مرونةً وسلاسة أثناء المكالمة.

• أصبحت مدة التحدث للجهاز الخليوي أكبر وذلك نتيجةَ الاستهلاك المنخفض للطاقة.

• معدّل نقل بيانات عالي 14.4Kbps.

3.3. الأنظمة الخليوية المعتمدة في اليابان:

تم اعتماد أوّل شبكة للجيل الثاني في اليابان عام 1991 من قبلِ شركة NTT DoCoMo وحملت اسم Personal/Pacific Digital Cellular PDC أو Japanese Digital Cellular JDC. [4]

يشبه المعيارين الأمريكيين IS-54 وIS-136 في العديد من النواحي ويعمل ضمن النطاقين التردديين 800 MHz و1500 MHz. بعض النقاط المشتركة مع المعايير الأمريكية تضم: نوع التعديل، حجم الإطار المخصص للصوت، مدة إطار TDMA والفواصل الزمنية ضمنه. أما أحد الاختلافات فيتعلّق بعرضِ الحوامل الترددية (القنوات) 25 KHz بدلاً من 30 KHz. [5]

شبكة PDC غير متوافقة للعمل مع أي من شبكات وأجهزة أنظمة الاتصال GSM، UMTS، CDMA [4]

رغم أنها شبكة خاصة باليابان فإن حصتها من عدد المشتركين في خدمات الجيل الثاني حول العالم بلغت 10%. [5]

3.4. الأنظمة الخليوية المعتمدة في أوروبا:

3.4.1. النظام العالمي لأجهزة الجوال Global System for Mobile GSM: [1، 2]

يُعتبر النظام الأشهر والأوسع انتشاراً ضمن أنظمة الجيل الثاني. وهو يُمثل المعيار الأوروبي الموحّد الذي استخدم لاحقاً في كثير من دول العالم. علماً أن افتتاحه الرسمي كان في فنلندا عام 1991، وحتى اليوم لا تزال أكثر من 600 شركة في أكثر من 200 دولة تقوم بالعمل وفق معاييرِ هذا النظام مع حوالي ملياري هاتف فعّال ضمن شبكات الجيل الثاني، حيث تتصدّر الصين القائمة بحوالي 370 مليون مشترك، تليها روسيا بحوالي 145 مليون مشترك ثم الهند والولايات المتحدة بحوالي 80 مليوناً

بعض الميزات التقنية لنظام GSM:

• يَستخدم تقنيتيّ النفاذ: الوصول (النفاذ) المتعدد بتقسيم الزمن TDMA وتقنية النفاذ المتعدد بتقسيم التردد FDMA.

• يَستخدم تقنية ازدواج اتجاه الاتصال بتقسيم التردد FDD.

• يَتضمّن ثمانية حيّزات زمنية للمستخدمين Time slotted subscribers ضمن كلِّ قناة ترددية والتي عرضها 200 KHz.

• لكلّ قناة ترددية 8 قنوات صوتية ومدة الإطار الزمني 4.615 ms، فكل قناة تَتّسع لعدةِ مشتركين بعكس أنظمة الجيل الأول التي كانت تُخَصَّص فيها القناة لمشترك واحد فقط.

• عرض الحزمة 25 MHz.

• دعم خدمة الرسائل القصيرة Short Messaging Service SMS، وهي من أشهر الميزات التي نال تطبيقها انتشاراً واسعاً بين المستخدمين وحققت وحدها أرباحاً خيالية للشركات المشغِلة. حيث عَرف النظام مجموعة متنوعة من أشكال الرسائل القصيرة، كالرسائل بين المشتركين، ورسائل الخدمة والحالة التي ترسلها الشبكة ورسائل الإعلانات التي ترسلها الشركات عبر الشبكة..

• استَخدم لأول مرة ما يُعرَف باسم المُعرِّف الخاص بالمشترك Subscriber Identity Module SIM، وهي شريحةٌ الكترونية صغيرة توضع في الجهاز وتُعتبر بمثابة هوية مميزة لصاحب الرقم (الاشتراك) لا يعمل الجهاز بدون تركيبها (رغم أن الإصدارات الأولى عرفت بعض الطرق للتحايل إلا أن الأمر أصبح غاية في التعقيد لاحقاً).

• يدعم ميزات Roaming ضمن الشبكات في الدولة أو بين الدول من خلال تطوير معايير التسجيل Registration والتوثيق Authentication وإعادة توجيه المكالمات Call Routing.

• يتضمن النظام مجموعة متنوعة من الخدمات على صعيدِ الاتصال وتبادل البيانات، وبالتالي لم تعد خدمة الاتصالِ الصوتي هي الخدمة الحصرية التي يُقدمها النظام كما كان سابقاً في أنظمة الجيل الأول.

يبين الشكل (2) التالي مخطط شبكة GSM نموذجي، وهو مكون من عدة أقسام:

قامت الشركات المصنعة للهواتف المحمولة نتيجة اختلاف ترددات العمل بين التقنيات المذكورة بإنتاج هواتف تدعم مجموعة الترددات (900، 1800، 1900 MHz) في وقت واحد.

3.5. تطويرات الجيل الثاني:

3.5.1. Enhanced Data GSM Environment EDGE:

تُعتبر أحد تطويرات خدمة GPRS وهي أسرعُ إصدارٍ من ناحية تبادل البيانات في شبكات GSM حيث تَبلغُ سرعة تبادل البيانات 384 Kbps، وقد أصبحت هذه الخدمة متاحة في عام 2001. [8]

3.5.2. High-Speed Circuit-Switched Data HSCSD:

شبكة لاسلكية تَعتمد تقنيّة التبديل بالدارات، وتصل سرعةُ تبادل البيانات فيها إلى 38.4 Kbps، وأُطلقت عام 1999، وشَكّلت أساس تطوير شبكة UMTS التي تندرج ضمن شبكات الجيل الثالث. [9]

3.6. الجيل 2.5:

General Packet Radio Service GPRS: تم فيها تعريفُ طرقِ إضافة عنوان الشبكة IP ضمن البنية التحتية لشبكةِ GSM وبلغت السرعة القصوى النظرية حوالي 171.2 Kbps لكن عملياً كانت السرعة تتراوحُ بين ثُمن إلى نصف الرقم المذكور لدواعٍ تقنية. [3]

3.7. مقارنة بين أنظمة الجيل الأول والثاني: [10]

تابعونا في المقال القادم لنُكمل قصة أجيال الاتصالات الخليوية ونَتَحدث عن الجيل الثالث ...

المراجع:

[1] هنا

[2] هنا

[3] هنا

[4] هنا

[5] هنا

[6] هنا

[7] هنا

[8] هنا

[9] هنا

[10] هنا

[11] هنا