تطور شبكات الاتصالات | الرحلة من 1G إلى 5G

يصادف العام الحالي 2019 مرور 40 عاماً على إطلاق الجيل الأول للاتصالات 1G في رحلة طويلة شاهدنا فيها تطور مذهل في هذا المجال الحيوي الذي أثر على حياتنا جميعاً, لتمر الأعوام واحد تلو الأخر ونجد نفسنا على أهبة الاستعداد لاستقبال الجيل الخامس 5G. ولكن وقبل أن نصل إلى الجيل الخامس, كيف كانت الرحلة خلال الأجيال الأربعة السابقة؟ وما هو الفراق بين كل جيل وآخر؟ وأسئلة أخرى نجيب عليها خلال هذه الرحلة الشيقة التي نناقشها معكم في سطورنا التالية.

رحلة تطوير نظم الاتصالات من 1G إلى 5G

قبل الحديث عن تطور شبكات الاتصالات دعونا نتطرق إلى كيفية عمل تلك الشبكات بشكل عام. تقوم نظم الاتصال اللاسلكية ببث موجات من مصدر ثابت لتغطية منطقة ما التي تنتشر عبر طيف من الموجات لتلتقطها الهواتف أو الأجهزة المستقبلة. هذه لإشارات تنقسم في طريقة عملها إلى نوعين Analog Signals و Digital Signals. النوع الأول من الإشارات Analog Signals يعتمد في طريقة عمله إلى نقل موجات الصوت التقليدية إلى تردد عالي تنتقل في الهواء عبر موجات مستمرة يمكن تمثيلها بالموجة الجيبية (Sine Wave) لتصل إلى الأجهزة المستقبلة لتنقلها بدورها عبر البنية التحتية إلى الأجهزة المرسلة التي يتصل بها هاتف الطرف الآخر لتبث نفس الموجة بنفس التردد ليحولها الهاتف من موجات ذات تردد عالي إلى موجات بتردد في نطاق الصوت المسموع.

النوع الثاني من الإشارات هو Digital Signals ويعمل بطريقة مختلفة تماماً عن النوع الأول فبدلاً من تحويل الموجة الصوتية التي تصل للهاتف إلى موجة مستمرة بتردد أعلى يقوم بتحويلها إلى مجموعة من البيانات تعتمد على نظام Binary أو النظام الثنائي أي مجموعة من 1 و 0 لتنتقل تلك البيانات من الهاتف عبر موجات عالية التردد لتمر بأجهزة البث والاستقبال مروراً بالبنية التحتية ووصولاً لهاتف المستقبل ليتم تحويل تلك البيانات مرة أخرى إلى موجة صوتية تخرج من الهاتف.

الفارق الأساسي بين النوعين هو أن إشارات Analog تعتمد على خواص الموجات في نقل الصوت والتي يمكن أن تتأثر باي عوامل أخرى بينما تعتمد إشارات Digital على استخدام الموجات في نقل البيانات فإما أن تصل البيانات كما هي أو لا تصل لكنها لا تتأثر كما تتأثر الإشارات الأولى. وبكل بساطة يمكن توضيح الفارق بينهم من خلال النظر إلى الفارق بين إرسال التلفزيون المحلي وإرسال الأقمار الصناعية.

في عالمنا الحالي لا تستخدم إشارات Analog Signals في أي أنواع من الاتصالات عبر شبكات الهاتف ويقتصر الاعتماد على إشارات Digital التي يتم نقلها في موجات تردداتها بين 300 ميجاهيرتز حتى 100 جيجاهيرتز. الآن وبعد أن شرحنا طريقة عمل شبكات الاتصالات بشكل عام دعونا نتحدث عن أجيال الاتصالات الخمس التي شاهدناها خلال الأربعون عام الماضية.

الجيل الأول 1G

ظهر الجيل الأول للاتصالات بالتحديد في عام 1979 ليقدم نواة الاتصالات اللاسلكية في عالم اقتصرت فيه الاتصالات الهاتفية على الاتصالات السلكية. الجيل الجديد لم يستخدم بشكله النهائي حتى 1982 ليعتمد على طيف الأمواج بين 824  ميجاهيرتز و 894 ميجاهيرنز معتمداً على إشارات Analog  ليكون قادراً فقط على نقل المكالمات الصوتية بالإضافة إلى مواجهته لعدة مشاكل, أبرزها احتاج الهواتف أن تكون بحجم ضخم وببطارية كبيرة نظراً للاستهلاك العالي للطاقة لزيادة تردد الموجات كما كان من السهل فقدان الاتصال نظراً لتعرض عملية نقل الموجات لأي خلل بسبب حالة الطقس. ومع التقدم الهائل الذي قدمه الجيل الأول في هذا الوقت لم يتم استخدامه بشكل تجاري إلى في نطاق محدود للغاية يكاد لا ذكر نظراً للعوامل السابقة التي ذكرنها.

الجيل الثاني 2G

بدأ الجيل الثاني للاتصالات مع بداية العقد الأخير في القرن الماضي 1990 مقدماً تطوراً هائلاً مقارنة بالجيل السابق كان أبرزها اعتماده على GSM والانتقال من العمل بطريقة Analog Signals إلى Digital Signals. وصول الجيل الجديد للاتصالات في هذا الوقت أتاح انتشار الهواتف بشكل كبير حيث لم تعد تحتاج أن تكون أحجامها ضخمة (حتى وإن كانت ضخمة بالنسبة لنا الآن), كما تمتعت بجودة اعلى بالإضافة إلى دعم الرسائل النصية ثم الرسائل التي تحتوي على صور أو فيديو لتكون سرعة نقل البيانات في هذه الحقبة تصل إلى 64 كيلوبت/ ثانية. الأمر لم يتوقف عند هذا الحد في هذا الجيل فمع توفير GPRS و EDGE لاحقاً انطلق الجيل الثاني وبقوة من خلال دعمه لسرعات أعلى في نقل البيانات تصل إلى 144 كيلوبت/ ثانية مع دعم الإنترنت لأول مرة وإمكانية إرسال واستقبال البريد الإلكتروني على عدد محدود من الأجهزة في هذا الوقت. الجيل الثاني ما زال مستخدم في الكثير من البلدان حول العالم خاصة في المناطق النائية وبعض المناطق النامية فقط لتوفير خدمات الاتصال الصوتي نظراً لبطء سرعة اتصاله بالإنترنت.

الجيل الثالث 3G

مثل الجيل الثالث للاتصالات 3G ثورة حقيقية, فبانطلاقه في عام 2003 قدم تطوراً هائلاً في سرعة نقل البيانات التي قفزت إلى 2 ميجابت/ ثانية في بدايتها وصولاً إلى 14 ميجابت/ ثانية فيما بعد. هذه السرعة العالية مكنت من توفير سرعات إنترنت عالية ليتمكن مستخدمي الهواتف من استخدام الإنترنت بسلاسة على الهواتف والتمتع بخدمات مثل تشغيل مقاطع الفيديو والموسيقي عبر الإنترنت, رفع وتحميل ملفات كبيرة الحجم, ظهور اللعب المباشر للألعاب الفيديو على الهواتف واستخدام شرائح الاتصال في تشغيل الإنترنت على أجهزة الحساب المكتبي والمحمولة دون الشعور ببطء السرعة بالإضافة إلى العديد من الاستخدامات الأخرى التي حولت شبكات الاتصالات من شبكات الهدف منها القيام بالمكالمات الصوتية إلى الاهتمام بسرعتها في تشغيل الإنترنت في المقام الأول. هذا الجيل والذي مازال يعمل بصورة كبيرة في العديد من دول العالم يعمل على موجات بتردد بين 900 ميجاهيرتز و 1.8 جيجاهيرتز.

الجيل الرابع 4G

ظهر الجيل الرابع للاتصالات 4G مع بداية العقد التالي في أعوام 2009 و 2010 ليقدم تطوراً عن الجيل السابق في سرعات نقل البيانات وسرعة الإنترنت. التطور الذي قدمه 4G لم يكن بالجوهري مثلما كان الفارق بين 2G و 3G حيث يعتبر هذا الجيل امتداداً للجيل السابق ولكن بإمكانيات أفضل. يعتمد 4G على طيف من الموجات بين 800 ميجاهيرتز إلى 2 جيجاهيرتز وتصل سرعة نقل البيانات فيه إلى 100 ميجابت/ ثانية مقدماً القدرة لتشغيل كافة المحتوي عالي الجودة بسهولة وسلاسة كما يتميز بأمان أكبر مقارنة بالأجيال السابقة بالإضافة إلى دعمه لتقنية Wi-Max في تشغيل الإنترنت.

الجيل الخامس 5G

الآن ومع وصولنا لعام 2019 وبعد مرور 40 عاماً على بداية شبكات الاتصالات اللاسلكية بمفهومها الحديث نجد نفسنا على أعتاب انطلاق الجيل الخامس للاتصالات والذي لا يتفوق فقط في سرعات نقل البيانات مقارنة بالجيل السابق بل يمتد لاختلاف ألية العمل وطيف الموجات التي يدعمها. الجيل الخامس من المنتظر أن يدعم أيضاً عدد أكبر من الأجهزة بخلاف الهواتف الذكية وأن يكون نواة انتشار إنترنت الأشياء IoT وتطبيقاته بشكل أكبر.

كون التطور الذي ننتظره في الجيل الجديد من شبكات الاتصالات كبير وطريقة عمله مختلفة لن يتسع هذا الموضوع لشرحه بالتفصيل لذا يمكنكم معرفة المزيد حول الجيل الخامس للاتصالات من خلال موضوعنا التالي: ما هو 5G ؟ كيف يعمل؟ وكل ما تود معرفته عن الجيل الخامس للاتصالات 5G

مقارنة بين أجيال الاتصالات الخمسة: