ما هي تقنية LTE (التطور طويل الأمد)؟

تُعدّ تقنية LTE (التطور طويل الأمد) معيارًا للاتصالات اللاسلكية. وهي أسرع من الجيل الثالث (3G)، وتُقاس معدلات نقل البيانات فيها بالكيلوبت في الثانية بدلاً من الميغابت في الثانية أو حتى الجيغابت في الثانية. وقد ساهم اعتماد معيار LTE-A (التطور طويل الأمد المتقدم) في عام 2011 في جعل هذه التقنية أسرع وأكثر استقرارًا، وتوفر نطاقًا تردديًا أعلى، وهي أسرع من LTE بمقدار ضعفين إلى ثلاثة أضعاف.

{getToc} $title={محتويات المقال}

ما هي تقنية LTE؟

تقنية LTE (التطور طويل الأمد) هي معيار لاسلكي من الجيل الرابع (4G) يوفر زيادة في سعة الشبكة وسرعتها للهواتف المحمولة والأجهزة الخلوية الأخرى مقارنة بتقنية الجيل الثالث (3G).

LTE هي تقنية للاتصالات اللاسلكية ذات النطاق العريض للأجهزة المحمولة وتستخدمها شركات الهاتف لتوصيل البيانات اللاسلكية إلى هاتف المستهلك. على مدى التكرار السابق لشبكة الجيل الثالث 3G، قدمت تقنية LTE سرعة عالية وكفاءة أعلى ومعدلات بيانات الذروة ومرونة في عرض النطاق الترددي والتردد.

توفر تقنية LTE معدلات أعلى لنقل البيانات مقارنة بشبكة 3G، تصل إلى 100 ميجابت في الثانية للتنزيل و30 ميجابت في الثانية للتنزيل. فهو يوفر زمن وصول منخفض وسعة نطاق ترددي قابلة للتطوير وتوافق مع الإصدارات السابقة مع النظام العالمي الحالي للاتصالات المتنقلة (GSM) وتكنولوجيا خدمة الاتصالات المتنقلة العالمية (UMTS). أدى التطوير اللاحق لـ LTE-Advanced (LTE-A) إلى إنتاجية قصوى تصل إلى 300 ميجابت في الثانية.

على الرغم من أن LTE يشار إليها عادة باسم 4G LTE، إلا أن LTE أبطأ من الناحية الفنية من 4G ولكنها لا تزال أسرع من 3G العادي. ولهذا السبب، قد يُطلق على LTE أيضًا اسم 3.95G. بينما تصل سرعات LTE إلى 100 ميجابت في الثانية، توفر شبكة 4G الحقيقية سرعات تصل إلى 1000 ميجابت في الثانية. ومع ذلك، فإن الإصدارات المختلفة من LTE تتوافق مع سرعات 4G، مثل LTE-A.

أصبح LTE في النهاية متاحًا عالميًا كمعيار لا يزال متاحًا بشكل شائع في المناطق التي لا يوجد بها 5G بعد.

تلعب تقنية LTE دورًا مباشرًا في تطوير معيار 5G الحالي، المسمى 5G New Radio. تتطلب شبكات 5G المبكرة، والتي يشار إليها باسم 5G غير المستقلة (NSA 5G)، مستوى تحكم 4G LTE لإدارة جلسات بيانات 5G. يمكن نشر شبكات NSA 5G ودعمها من خلال إطار شبكة 4G الحالي، مما يقلل من نفقات رأس المال والتشغيل للمشغلين الذين يقومون بطرح 5G.

لماذا يسمى LTE التطور طويل الأمد؟

قام مشروع شراكة الجيل الثالث (3GPP) بتطوير LTE. تم وصف المعيار بأنه الخطوة التالية في تطور الاتصالات المتنقلة بالإضافة إلى التقدم من مواصفات 2G GSM و3G UMTS. يتم تسويق LTE عادةً باسم 4G LTE.

لم تكن تقنية LTE مؤهلة في الأصل لتكون شبكة 4G حقيقية. قام الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) في البداية بتعريف 4G كمعيار خلوي من شأنه أن يوفر معدلات بيانات تبلغ 1 جيجابت في الثانية لمستخدم ثابت و100 ميجابت في الثانية لمستخدم أثناء التنقل. في ديسمبر 2010، خفف الاتحاد الدولي للاتصالات موقفه، حيث طبق 4G على LTE، بالإضافة إلى العديد من المعايير اللاسلكية الأخرى.

كيف يعمل LTE؟

تستخدم شبكة LTE متغير متعدد المستخدمين من نظام تعديل تعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد (OFDM)، والذي يسمى الوصول المتعدد بتقسيم التردد المتعامد (OFDMA)، لإشارة الوصلة الهابطة الخاصة بها.

يمكّن OFDMA الوصلة الهابطة LTE من نقل البيانات من محطة أساسية إلى عدة مستخدمين بمعدلات بيانات أعلى من 3G، مع كفاءة طيفية محسنة. يتم استخدام FDMA بموجة حاملة واحدة لإشارة الوصلة الصاعدة، مما يقلل من قدرة الإرسال المطلوبة للمحطة المتنقلة.

تعتمد الطبقات العليا من LTE على بروتوكول التحكم في الإرسال/بروتوكول الإنترنت، مما يؤدي إلى شبكة بروتوكول الإنترنت بالكامل، مثل شبكة الاتصالات السلكية. يدعم LTE عمليات نقل البيانات مثل البيانات المختلطة والصوت والفيديو وحركة الرسائل.

يستخدم LTE-A تقنيات هوائي متعددة الإدخال والإخراج (MIMO) مشابهة لتلك المستخدمة في معيار الشبكة المحلية اللاسلكية IEEE 802.11n. يتيح MIMO وOFDM نسبة إشارة إلى ضوضاء أعلى في جهاز الاستقبال، مما يوفر تغطية محسنة للشبكة اللاسلكية وإنتاجية، خاصة في المناطق الحضرية ذات الكثافة السكانية العالية.

يتطلب LTE-A أن تكون الأجهزة متوافقة مع شريحة خاصة. تصنع كل من Broadcom وNvidia وQualcomm شرائح تدعم LTE-A. الغالبية العظمى من الهواتف الذكية تدعم LTE-A.

ما مدى انتشار تقنية LTE حول العالم؟

أطلقت شركات الاتصالات تقنية LTE في أوقات مختلفة في دول مختلفة. تبنت بعض شركات الاتصالات الأوروبية هذا المعيار في وقت مبكر من عام 2009، بينما قدمت شركات الاتصالات في أمريكا الشمالية هذه المواصفات في عامي 2010 و2011.

وجدت شركة Opensignal أن متوسط ​​توافر شبكات الجيل الرابع (4G) في 87 دولة بلغ 80%. وفي عام 2020، سجلت شركات الاتصالات الأمريكية الثلاث الكبرى - AT&T وT-Mobile وVerizon - نسبة 90% فأكثر في فئة توافر شبكات الجيل الرابع. تحل تقنيتا 4G LTE و5G محل شبكات الجيل الثالث (3G) في أمريكا الشمالية وأوروبا الغربية، ومن المقرر إيقاف تشغيل شبكات الجيل الثالث الرئيسية في عام 2022.

ووفقًا للرابطة العالمية لموردي خدمات الهاتف المحمول (GSA)، في عام 2022، ربطت تقنية LTE ثلثي مستخدمي الهاتف المحمول حول العالم، أي ما يعادل 6.6 مليار اشتراك. أفادت إدارة الخدمات العامة (GSA) أيضًا أن ما يصل إلى 791 شركة اتصالات قامت بتشغيل شبكات LTE حول العالم، منها 336 شبكة LTE-A.

ميزات الجيل الرابع LTE

يوفر LTE للمستخدمين العديد من الميزات، بما في ذلك ما يلي:

• بث الصوت والفيديو: يتميز LTE بسرعات تنزيل وتحميل أسرع من شبكتي الجيل الثاني والثالث.
• اتصال فوري بالخدمات: مع تقنية الصوت عبر LTE، يمكن للمستخدمين التحدث مع الآخرين دون أي تأخير أو تشويش.
• سرعات أعلى مع LTE-Advanced: سرعات التنزيل والتحميل مع LTE-Advanced أسرع بمرتين إلى ثلاث مرات من LTE القياسي. جميع أجهزة LTE Advanced متوافقة مع الإصدارات السابقة من LTE القياسي.
• تجميع الموجات الحاملة: تعمل هذه الميزة في LTE-Advanced على تحسين سعة الشبكة، بإضافة نطاق ترددي يصل إلى 100 ميجاهرتز عبر خمس موجات حاملة (نطاقات) بعرض نطاق ترددي 20 ميجاهرتز لكل منها. تجمع هواتف LTE-A الترددات من عدة موجات حاملة لتحسين الإشارة والسرعة والموثوقية.

مواصفات إنترنت الأشياء بتقنية LTE

في يونيو 2016، قدم الإصدار 13 من مشروع شراكة الجيل الثالث (3GPP) خيارات اتصال خلوي جديدة لإنترنت الأشياء، مصممة خصيصًا لاستخدامات الاتصال بين الأجهزة (M2M). استند كل من اتصال LTE من نوع الجهاز (LTE-M) وإنترنت الأشياء ضيق النطاق (NB-IoT) إلى معيار LTE، مع إدخال تعديلات جوهرية لتمكين عمليات M2M منخفضة الطاقة على شبكات واسعة النطاق.

يوفر LTE-M سرعات بيانات تصل إلى 1 ميجابت في الثانية، بينما يدعم NB-IoT سرعات تنزيل تصل إلى 26 كيلوبت في الثانية. تُسهم هذه السرعات المنخفضة بشكل كبير في زيادة عمر بطارية أجهزة M2M التي تستخدم معايير إنترنت الأشياء الخلوية. بالنسبة لأجهزة الاستشعار وغيرها من الأجهزة التي تتطلب التنقل على الشبكة الخلوية، يمكن لـ NB-IoT أن يدعم عمر بطارية يصل إلى 10 سنوات. يمكن لـ LTE-M أن يدعم عمر بطارية يصل إلى 10 سنوات باستخدام بطاريتين AA، ولكن فقط في حال كان الجهاز ثابتًا ويبث البيانات لثوانٍ معدودة يوميًا. إذا كان الجهاز قيد التشغيل، ويتنقل على شبكة LTE، ويستخدم ميزات الصوت المدعومة بتقنية LTE-M، فسيقل عمر البطارية.

ما هي شبكة LTE الخاصة؟

شبكات LTE الخاصة هي نسخ مصغرة من شبكات LTE العامة. وهي مصممة لتوفير تغطية خلوية خاصة في حرم الشركة، أو مركز التوزيع، أو المطارات، أو الملاعب، أو غيرها من المواقع.

تستخدم الشبكات الخاصة طيفًا تردديًا غير مرخص أو مشتركًا لتوفير التغطية للهواتف المحمولة والأجهزة الأخرى. ويشمل ذلك النطاق العالمي غير المرخص 5 جيجاهرتز، ونطاق 3.5 جيجاهرتز، والذي يُعرف في الولايات المتحدة باسم نطاق خدمة النطاق العريض للمواطنين (CBRS).

لإنشاء خدمات LTE خاصة، تحتاج المؤسسة إلى خلية LTE صغيرة أو خلية دقيقة، وخوادم شبكة أساسية، وأجهزة متوافقة مزودة بشريحة SIM. يدعم العديد من مصنعي الهواتف المحمولة الرئيسيين نطاقات طيف LTE التي يمكن استخدامها للخدمات الخاصة.

بدأت كبرى شركات تصنيع هواتف أندرويد بدعم نطاق CBRS في عام 2019. وقد قدمت شركة آبل دعمًا لاتصالات CBRS (النطاق 48) مع إطلاق هاتف iPhone 11 في سبتمبر 2019. وتنتج العديد من الشركات أجهزة توجيه ووحدات ومودمات تدعم نطاق CBRS.

ما هي تقنية الصوت عبر LTE؟

تُمكّن تقنية الصوت عبر LTE (VoLTE) المستخدمين من إجراء المكالمات الهاتفية عبر شبكة LTE على شكل حزم بيانات بدلاً من المكالمات الصوتية التقليدية. يُطلق على هذا النوع من المكالمات اسم "صوت الحزم"، ويمكنه مشاركة الحزم عبر شبكة تضم عدة مكالمات هاتفية.

تدعم تقنية VoLTE عددًا كبيرًا من المتصلين، كما تُعيد تخصيص النطاق الترددي حسب الحاجة. تشمل ميزات VoLTE الأخرى تحسين استخدام النطاق الترددي، وتمكين المستخدم من معرفة ما إذا كان الهاتف الذي يرغب في الاتصال به مشغولاً أم متاحًا.

تاريخ وتطور تقنية LTE

لم يكن هناك معيار عالمي للنطاق العريض اللاسلكي حتى ظهور تقنية LTE. قبل LTE، انتشرت تقنية GSM في آسيا وأوروبا، بينما اعتمدت شركات الاتصالات المتنقلة الرئيسية في دول أخرى، بما في ذلك الولايات المتحدة وكندا، تقنية الوصول المتعدد بتقسيم الشفرة (CDI). كان الهدف من LTE هو توحيد سوق مجزأة، وتوفير شبكة أكثر كفاءة لمشغلي الشبكات.

تشمل أبرز المحطات في تطوير تقنية LTE ما يلي:

• 2004: اقترحت شركة NTT DoCoMo، وهي شركة اتصالات يابانية، جعل LTE المعيار الدولي التالي للنطاق العريض اللاسلكي، وبدأ العمل على معيار LTE.
• 2006: خلال عرض حي، قامت شركة Nokia Networks بتحميل فيديو عالي الدقة ولعبة في آن واحد عبر LTE.
• 2007: عرضت شركة Ericsson، وهي شركة اتصالات سويدية، تقنية LTE بمعدل نقل بيانات يبلغ 144 ميجابت في الثانية.
• 2008: أجرت Ericsson أول مكالمة هاتفية كاملة عبر LTE، وتم اعتماد LTE بشكل نهائي.
• 2009: أتاحت شركة TeliaSonera، وهي شركة اتصالات سويدية، تقنية LTE في أوسلو وستوكهولم.
• 2011: تم اعتماد LTE-Advanced بشكل نهائي في الإصدار العاشر من 3GPP.
• 2016: بدأ مهندسو 3GPP بتطوير معيار الجيل الخامس 5G الذي سيخلف LTE في نهاية المطاف.
• 2017: صدرت أول مواصفات لتقنية الجيل الخامس (5G) التابعة لوكالة الأمن القومي الأمريكية، وأصبحت متاحة على نطاق واسع في الفترة 2018-2019.
• 2021: العمل جارٍ على تطوير مواصفات تقنية الجيل الخامس (5G).

مزايا وعيوب تقنية LTE (التطور طويل الأمد)

تُعدّ تقنية التطور طويل الأمد (LTE) شائعة جدًا في الوقت الحاضر، وذلك بسبب تزايد استخدام الهواتف الذكية التي تدعم تقنية الجيل الرابع (4G). LTE هو اسم المشروع الذي أُطلق على تطوير واجهة هوائية عالية الأداء لأنظمة الاتصالات الخلوية المتنقلة. تُستخدم هذه التقنية لتطوير مجموعة من أنظمة الاتصالات المتنقلة، وهي شبكة بيانات عالية السرعة، وتُعتبر أسرع شبكة لاسلكية للهواتف الذكية والأجهزة المحمولة.

1. مزايا تقنية LTE

• يمكن تبادل البيانات والصوت بين المستخدمين، وذلك لأن LTE تدعم تبديل الحزم.
• يمكن نقل كميات كبيرة من البيانات بين المرسل والمستقبل.
• يتم تبادل البيانات باستهلاك منخفض جدًا للطاقة، مما يُطيل عمر بطاريات الهواتف الذكية.
• تتميز بسرعة عالية في تحميل وتنزيل الملفات.
• تُخفف من استخدام الشبكة بشكل أسرع، مما يُقلل الضغط عليها.
• يُقلل هذا من ازدحام الشبكة ويُسهم في تقليل الأعطال.
• يمكن مشاهدة العروض والمباريات والفعاليات المباشرة بسهولة باستخدام تقنية LTE.
• تتميز هذه التقنية بانخفاض زمن الاستجابة وتوفر تشفيرًا قويًا باستخدام مفاتيح 128 بت.

2. عيوب تقنية LTE

• هذه الخدمة غير متوفرة حاليًا في جميع المدن.
• يلزم تطوير المزيد من الأبراج وتقنيات جديدة لتحسين الإشارة أثناء التنقل، مثل الحافلات والقطارات.
• نظرًا لتعقيد تقنية LTE، فهي تتطلب كوادر متخصصة لإدارة النظام، ما يستدعي رفع رواتبهم.
• لا يمكن استخدام هذه التقنية مع الإصدارات القديمة من الهواتف الذكية.
• يُعد شراء هواتف ذكية جديدة تدعم تقنية LTE مكلفًا.

الخلاصة

قد لا تكون تقنية LTE أحدث التقنيات، لكنها ليست قديمة على الإطلاق. إنها التقنية الموثوقة التي تُبقي هواتفنا الذكية وأجهزتنا اللوحية وعددًا لا يُحصى من أجهزة إنترنت الأشياء متصلة يوميًا. من سرعة التنزيل إلى وضوح المكالمات، تُقدّم LTE الأداء الذي اعتدنا عليه، دون أي مبالغة.

ما يُميّز تقنية LTE هو توازنها المثالي بين السرعة والتغطية والكفاءة. فبينما تستحوذ تقنية 5G على اهتمام وسائل الإعلام، تبقى LTE العمود الفقري لشبكات الهاتف المحمول، لا سيما في المناطق التي لا تزال فيها تغطية الجيل التالي قيد التطوير. إنها تقنية مُثبتة، ومتوفرة على نطاق واسع، وقادرة على تلبية احتياجاتنا الرقمية اليومية بكفاءة عالية.