قررت شركة AT&T في 22 فبراير 2022 إيقاف عمل شبكات الجيل الثالث لديها، وستتبعها شركة T-Mobile في الأول من يوليو 2022، وستحذو حذوها شركة Verizon في 31 ديسمبر 2022.
تعمل معظم الهواتف المحمولة في العالم على شبكات الجيل الرابع 4G/LTE وبدأ العالم بالتحول إلى شبكات الجيل الخامس 5G، ولكن ما زال يوجد قرابة 10 ملايين هاتف محمول في الولايات المتحدة يعتمدون على شبكات الجيل الثالث. إضافةً إلى ذلك، فإن بعض الأنواع القديمة من الهواتف مثل Kindles وiPads وChromebooks لا تعمل بتقنيات الجيل الرابع أو الخامس، بالإضافة إلى ذلك ما زال لدينا الكثير من الأنظمة التي تعمل باستخدام شبكات الجيل الثالث فقط، مثل أنظمة تأمين المنازل والتنقل باستخدام تقنية تحديد المواقع وأنظمة التسلية وأجهزة الألواح الشمسية، وبالتالي سيحتاج مستخدمو هذه الأنظمة إلى ترقيتها أو استبدالها للانتقال إلى الجيل الرابع أو الخامس.
إذن، لماذا تُوقف شركات الاتصالات تشغيل شبكات الجيل الثالث؟
شرح مهندس كهربائي مُطلع على الاتصالات اللاسلكية ذلك. لكن أولًا يجب أن نعرف الفرق بين شبكات الجيل الثالث والتقنيات الأحدث مثل الجيل الرابع أو الخامس.
لنتخيل رحلة عائلية وزوجتك تتحدث على الهاتف لترتب الأنشطة الخاصة بالرحلة، وابنتك المراهقة تستمع للموسيقى وتتحدث على الهاتف مع أصدقائها، وشقيقها الأصغر يلعب على الإنترنت مع أصدقائه. كل تلك المحادثات والبيانات تتدفق عبر الشبكة الخليوية في وقت واحد. ربما يعتبر الأمر بسيطًا، لكن هل تساءلت يومًا كيف يمكن لهذه المنظومة التعامل مع كل هذه الأنشطة في نفس الوقت، ومن نفس المكان (السيارة)؟
إيصال كافة الرسائل
يتلخص الجواب في خدعة تكنولوجية تُسمى الوصول المتعدد multiple access. لتفهم ذلك أكثر، تخيل أنك تستخدم ورقة لكتابة رسائل إلى 100 صديق مختلف لكل واحد منهم رسالة خاصة. تشبه تقنية الوصول المتعدد المستخدمة في شبكات الجيل الثالث إلى حد كبير كتابة كل الرسائل على نفس الحيز من الورقة، تُكتَب جميع الرسائل فوق بعضها البعض، وتُكتب كل رسالة بقلم مختلف ذو لون مختلف، وسيتمكن كل شخص من أصدقائك من قراءة رسالته فقط لأنه يملك نظارات محددة تميز اللون الخاص به.
لكن عدد الأقلام الملونة محدد، فماذا ستفعل إذا كنت تريد إرسال رسائل إلى عدد من الأشخاص أكبر من عدد الأقلام الملونة لديك، عندها ستحتاج إلى مزج الألوان. في هذه الحالة عندما يستخدم أحد الأصدقاء نظاراته الخاصة، قد يرى بعض الرسائل الموجهة إلى أصدقاء آخرين بسبب تداخل الألوان وربما يجد صعوبةً في قراءة الرسالة الموجه إليه.
تُسمى تقنية الوصول المتعدد المستخدمة في شبكات الجيل الثالث (Code Division Multiple Access) أو CDMA. صُممت هذه التقنية من قبل مؤسس شركة كوالكوم السيد إروين جاكوبس بالتعاون مع عدد من المهندسين الكهربائيين البارزين. تعتمد هذه التقنية على مفهوم انتشار الطيف، وهي فكرة تعود إلى أوائل القرن العشرين، حيث نشر جاكوبس ورقةً علميةً في عام 1991 تحدث فيها عن هذه التقنية وبأنها تستطيع زيادة سعة الحزمة في الاتصالات الخليوية أكثر من بقية الأنظمة المتوفرة في ذلك الوقت.
تتيح تقنية الوصول المتعدد في شبكات الجيل الثالث لجميع مستخدمي الهواتف الخليوية إرسال واستقبال إشاراتهم في جميع الأوقات على جميع الترددات.
فإذا رغب 100 مستخدم في إجراء مكالمة أو استخدام خدمة خليوية في نفس الوقت، عندها ستتداخل إشاراتهم مع بعضها البعض عبر الطيف الخليوي خلال فترة اتصالهم. لحل مشكلة التداخل، تسمح هذه التقنية لكل مستخدم بالحصول على توقيع فريد (تسلسل من الرموز يمكن استخدامه لتمييز إشارة كل مستخدم). يمكن تشبيه هذا التوقيع بالألوان في مثالنا السابق، ومع ذلك إذا كان لدينا عدد كبير جدًا من المستخدمين في نفس الوقت، فقد تتداخل الرموز أيضًا، وهذا التداخل قد يزداد سوءًا مع زيادة عدد المستخدمين.
تقسيم الوقت والطيف
تُقسِّم تقنيات الوصول المتعدد في شبكات الجيل الثالث وصول المستخدمين تبعًا للوقت أو التردد، بدلاً من السماح للمستخدمين بمشاركة الطيف الخليوي بأكمله في كافة الأوقات. يخلق التقسيم بحسب الوقت فترات زمنية، إذ يمكن أن يستمر كل اتصال على فترات زمنية متعددة موزعة ضمن الوقت، وتكون كل فترة زمنية قصيرة جدًا -أجزاءً من الثانية- بحيث لا يلاحظ مستخدم الهاتف المحمول الانقطاعات بين الفترات الزمنية المتتالية، فيبدو لك أن الاتصال مستمر، هذه هي تقنية الوصول المتعدد بتقسيم الوقت (TDMA).
يمكن أن يحدث هذا التقسيم أيضًا عن طريق التردد، فيُعطى كل اتصال نطاق تردد خاص به ضمن الطيف الخليوي، ويبقى الاتصال مستمرًا طالما التردد متاح. هذه هي تقنية الوصول المتعدد بتقسيم التردد (FDMA).
في مثالنا السابق الخاص بالورق، التقنيتان FDMA وTDMA يشبهان تقسيم الورقة أفقيًا وعموديًا إلى 100 شريط وكتابة كل رسالة على شريط واحد. يمكن أن تمثل FDMA الأشرطة الأفقية وTDMA الأشرطة العمودية. وبالتالي يمكن تمييز الرسائل من خلال التمييز بين الأشرطة (الأجزاء).
تستخدم شبكات الجيل الرابع والخامس تقنية الوصول المتعدد بتقسيم التردد المتعامد (OFDMA)، وهو مزيج ذو فعالية أكثر من FDMA وTDMA. في مثال الورق، تشبه هذه التقنية رسم الشرائط على كلا البعدين، وتقسيم الورقة بأكملها إلى العديد من المربعات، ومن ثم تخصيص كل مستخدم بمجموعة من المربعات وفقًا لاحتياجاته من البيانات.
نهاية شبكات الجيل الثالث
الآن بتنا نفهم الفرق بين شبكات الجيل الثالث والشبكات الأحدث الجيل الرابع والخامس، ولكن لماذا نريد إيقاف شبكات الجيل الثالث؟
يعود السبب الرئيسي لذلك إلى الاختلاف الكبير من حيث المعدات والخوارزميات في تقنيات الوصول بين هذه الشبكات. تعمل هواتف الجيل الثالث والمحطات القاعدية الخاصة بها على نظام النطاق الواسع، ما يعني أنها تستخدم الطيف الخليوي بأكمله. بينما تعمل شبكات الجيل الرابع والخامس على أنظمة النطاقات الضيقة أو الأنظمة المتعددة الموجات، والتي تستخدم تقنية تقسيم الطيف. يحتاج هذان النظامان إلى مجموعات مختلفة تمامًا من الأجهزة، سواء من حيث الهوائي الموجود في البرج ووصولًا إلى المركبات الموجودة في الهاتف المحمول.
إذا كان هاتفك يستخدم شبكات الجيل الثالث، فلا يمكنه الاتصال ببرج يدعم الجيل الرابع أو الخامس. لذلك حرص مقدمو الخدمات الخليوية على استمرار عمل شبكات الجيل الثالث أثناء بناء شبكات الجيل الرابع والخامس وذلك باستخدام معدات برجية جديدة وهواتف جديدة. بالتالي ستتحمل هذه الشركات تكلفة تشغيل شبكتين منفصلتين في نفس الوقت لنفس الغرض. في النهاية يبدو أنه قد حان الوقت للتخلي عن شبكات الجيل الثالث وخاصةً مع توجه شركات الاتصالات إلى نشر أنظمة الجيل الخامس بشكل فعلي.
اقرأ أيضًا:
لماذا تثير شبكات الجيل الخامس مخاوف شركات الطيران؟
ستحدث شبكات الجيل الخامس ثورة في جميع المجالات بدءًا بالزراعة وانتهاءً بالجراحة!
ترجمة: أحمد عضيم
تدقيق: طارق طويل
مراجعة: آية فحماوي
