نسل چهارم شبکه موبایل (4G / LTE) با حذف کامل Circuit Switching و استقرار معماری All-IP، انقلابی در Mobile Broadband ایجاد کرد. استفاده از OFDMA، MIMO، Carrier Aggregation و EPC باعث شد سرعت، ظرفیت و بهرهوری طیفی بهطور چشمگیری افزایش یابد.
4G زیرساخت اصلی اقتصاد دیجیتال موبایل شد و بستر فنی لازم برای ورود به معماری Cloud-Native در 5G را فراهم کرد.
نسل چهارم شبکه موبایل (4G)
گذار به معماری All-IP و انفجار Mobile Broadband
آغاز رسمی 4G؛ کِی و کجا؟
نسل چهارم شبکه موبایل تحت الزامات IMT-Advanced توسط ITU تعریف شد.
اولین راهاندازی تجاری LTE:
سال 2009
کشور: سوئد و نروژ
اپراتور: TeliaSonera
فناوری: LTE (Long Term Evolution)
اگرچه نسخههای اولیه LTE از نظر تئوریک به معیار کامل IMT-Advanced نمیرسیدند، اما بعدها با LTE-Advanced به استاندارد کامل 4G تبدیل شدند.
تغییر پارادایم: معماری All-IP
برخلاف نسلهای قبلی، 4G کاملاً مبتنی بر Packet Switching است.
🔹 حذف کامل Circuit Switching
🔹 انتقال Voice از طریق VoIP (VoLTE)
🔹 کاهش چشمگیر Latency
🔹 افزایش چشمگیر Spectral Efficiencyمعماری رادیویی LTE
تکنیک دسترسی چندگانه
Downlink: OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)
Uplink: SC-FDMA (Single Carrier FDMA)
مزایا:
مقاومت بالا در برابر Multipath Fading
بهرهوری طیفی بالا
امکان استفاده از پهنای باند متغیر (1.4 تا 20 MHz)
مدولاسیون
QPSK
16QAM
64QAM
در LTE-Advanced: 256QAM
Adaptive Modulation & Coding (AMC) بهصورت لحظهای بر اساس CQI تنظیم میشود.
MIMO (Multiple Input Multiple Output)
4G استفاده گسترده از:
2×2 MIMO
4×4 MIMO
در نسخههای پیشرفته 8×8
را معرفی کرد.
این فناوری باعث افزایش Capacity بدون نیاز به طیف جدید شد.
ساختار هسته شبکه – EPC
در 4G، هسته شبکه به Evolved Packet Core (EPC) ارتقا یافت.
اجزای اصلی:
MME (Mobility Management Entity)
SGW (Serving Gateway)
PGW (Packet Data Network Gateway)
HSS
PCRF
ویژگی کلیدی:
Service Separation بین Control Plane و User PlaneLatency در LTE به حدود 10–20 میلیثانیه کاهش یافت.
TE-Advanced و LTE-Advanced Pro
برای رسیدن به معیارهای کامل IMT-Advanced:
Carrier Aggregation
ترکیب چند باند فرکانسی برای افزایش پهنای باند مؤثر
Higher Order MIMO
افزایش Spatial Streams
Coordinated Multi-Point (CoMP)
کاهش تداخل بین سلولی
256QAM
افزایش Data Rate در شرایط SINR بالا
سرعت تئوریک در LTE-A به بالای 1Gbps رسید.
گوشی های مبتنی بر نسل چهارم
📱 اپل
iPhone 5 (اولین آیفون LTE – 2012)
iPhone 6
iPhone X
سریهای بعدی
📱 سامسونگ
Galaxy S4 LTE
Galaxy S5
Galaxy Note 3 LTE
سریهای S و Note بعدی
📱 نوکیا
Lumia 920
Lumia 1020
📱 هواوی
Huawei Ascend P7
سری Mate و P
📱 سونی
Xperia Z
Xperia Z2
4G همزمان با رشد سیستمعاملهای Android و iOS گسترش یافت.
گسترش جهانی و اوج پوشش
بین سالهای 2013 تا 2018:
اکثر کشورهای توسعهیافته پوشش 4G سراسری داشتند
4G به استاندارد غالب دیتا تبدیل شد
تا سال 2019 بیش از 60٪ ترافیک دیتای جهان روی LTE بود
در بسیاری از کشورها 4G همچنان ستون اصلی ارتباط موبایل است.
ورود 4G به ایران
4G در ایران:
سال 1393 شمسی (2014 میلادی)
اولین اپراتور: ایرانسل
سپس همراه اول
بعداً رایتل
در ابتدا در باند 1800 MHz (Band 3) و سپس باندهای دیگر توسعه یافت.
تا اواخر دهه 1390، 4G گستردهترین پوشش دیتا در ایران شد.
مزایای مهندسی 4G نسبت به 3G
✔ معماری کاملاً Packet-Based
✔ Latency بسیار پایینتر
✔ افزایش چشمگیر Spectral Efficiency
✔ MIMO و Carrier Aggregation
✔ پشتیبانی از VoLTE
✔ مدیریت پیشرفته Inter-Cell Interferenceمحدودیتهای فنی 4G
❌ وابستگی شدید به کیفیت Backhaul
❌ محدودیت در سناریوهای Ultra-Low Latency
❌ ظرفیت محدود در تراکم بسیار بالا
❌ عدم پشتیبانی کامل از Massive IoTاین محدودیتها زمینهساز توسعه 5G شدند.
