4 شبكه‌های تلفن همراه نسل های میانی 2+G و نسل سوم 3G))
سیستم های GSM نسل دوم نقایص و اشكالات اساسی داشته و قادر به حمل ترافیك بالا نیستند. البته در سال های اخیر سعی شده تا این موارد با ورود فازهای بعدی GSM و نسل های میانی و تكمیلی آن نظیر GPRS،EDGE ،HSCSD ،IS-95B،CDMA2000 1xRTT و به طور كلی سیستم‌های 3G نظیر SCDMA، DO/DV CDMA2000، UMTS (WCDMA) مرتفع گردند [4-6]. یكی از نكات مشترك در همة این سیستم ها، تلاش برای افزایش نرخ انتقال داده است بطوریكه EDGE و CDMA2000 1x بهترین تكنیك برای اصلاح و بهبود راندمان طیف فركانسی شبكه 2G می‌باشد. بر اساس استاندارد IMT-2000 سیستم های EDGE قابلیت انتقال اطلاعات را در حدود 100-120Kbpsو در پوشش وسیع‌تر تا 384Kbps را دارند.
در حالیكه در نسل های اول و دوم، توجه عمده به ارائة مؤثر خدمات صوتی معطوف بود، در 3G، كانون توجه، حل مسأله سوئیچینگ دوگانه یعنی CS و PS می‌باشد.‌‌ در سرویس های PS، تحمل بیشتری نسبت به تأخیر وجود دارد اما به نرخ خطای باقیماندة مناسبتری احتیاج است و از این‌رو سیستم‌های سلولی با بهرة طیفی مناسب مورد نیاز است. طبیعی است، پشتیبانی همزمان از سرویس های CS و PS، مستلزم پشتیبانی از كاربردهایی، با ارسال همزمان چندین رشته بیت با QoS های متفاوت است. همچنین افزودن بر توانایی های فعلی نیز در زمره اهداف سیستم‌های موبایل 3G است، بطوریكه حداكثر نرخ تبادل داده به 5 تا 10 مگا بیت بر ثانیه رسیده و بازدهی طیف آن 2 تا 4 برابر شود [4-6]. این امر توسط اپراتورهای WCDMA و با به روز رسانی شبكه تحت عنوان HSDPA در حال پیش برد است البته نرخ بیت دریافتی توسط مشترك به 2 Mbit/s به طور اشتراكی با دیگر مشتركین كاهش می‌یابد.
4-1 سرویس های قابل ارائه در شبكه‌های تلفن همراه نسل های 2+G و 3G
از آنجاییكه تنوع و تعداد تكنولوژی های ارائه شده بعنوان نسل های میانی و سوم بسیار زیاد است، در این قسمت تنها به معرفی و توضیح سرویس های ارائه شده توسط دو مورد از این تكنولوژی ها می‌پردازیم:
الف) كاربردها و سرویس های قابل ارائه در شبكه‌هایGPRS
GPRS، انواع گوناگون و متفاوتی از سرویس های جدید را برای مشتركین موبایل فراهم می‌سازد. این سرویس ها در صدد هستند تا ارزش افزوده‌ای را برای گیرندگان سرویس مهیا ‌كنند. سرویس‌های ارائه شده توسط GPRS عبارتنداز[4-6]:
• ارتباطات صوتی و غیر صوتی مانند پست الكترونیكی، سرویس پیام كوتاه ، سرویس پیام چند رسانه‌ای ، دسترسی به اینترنت / اینترانت و مرور سایت‌های وب؛
• سرویس های ارزش افزوده مانند سرویس های اطلاعاتی، بازی ها؛
• تجارت الكترونیكی مانند فروش محصولات، خریداری بلیط، بانكداری، دادوستد مالی؛
• موقعیت‌یابی دریانوردی، وضعیت ترافیك، زمانبندی خطوط هوایی و ریلی، جستجوگر مكان؛
• سرویس های آگهی و اعلان؛
• كارهای گروهی؛
• دسترسی به LAN از راه دور؛
• انتقال اطلاعات.
موارد بالا همگی از قابلیت های سیستم GPRSمی‌باشد كه كاربر می‌تواند از آنها جهت برطرف نمودن نیازهای خود استفاده كند.GRPS در تئوری باید بتواند سرعت انتقال اطلاعات تا 115 كیلوبیت در ثانیه را پشتیبانی كند، در حالیكه در عمل این سرعت به 40 كیلوبیت در ثانیه می‌ر‌سد.
ب) كاربردها و سرویس های قابل ارائه در شبكه‌های HSDPA
برخی از كاربردهای HSDPA عبارتند از[4-6]:
♦ دسترسی به اینترنت پرسرعت: با شبكه‌های HSDPA كاربران می‌توانند به شبكه اینترنت با سرعتی همانند نسخه‌های جدید DSL دسترسی داشته باشند. به علت ارزش افزوده فراوان ناشی از قابلیت تحرك كاربران، HSDPA مورد علاقه اغلب اپراتورها می‌باشد.
♦ VOIP: مسلم است كه انتقال صدا كاربرد جدیدی نیست، اما هنگامی كه صدا تحت IP انتقال یابد و به دیگر سرویس‌های چند رسانه‌ای چون ویدئو و متن بپیوندد به سرویس جدیدی تبدیل می‌شود كه برای كاربران شبكه بسیار جذاب است.
♦ بازی‌های چند نفره: انتظار می‌رود كه بهبود شبكه در زمینه پاسخ گوئی بی‌درنگ به نیاز كاربران، تاثیر شگرفی بر صنعت بازی‌های موبایل بگذارد. بازی‌های چند نفره كه بر اساس شبكه‌های باند وسیع طراحی می‌شوند از این پس با ارائه ‌فن‌آوری HSDPA می‌توانند در ساختار شبكه‌های موبایل نیز بكار گرفته شوند.
♦ پخش برنامه‌های تلویزیونی بصورت زنده و ویدئو كنفرانس: مشابه سرویس های پخش دیجیتال یا DVB كه اخیراً در حال رایج شدن است.
♦ بهبود سرویس‌های كاربردی موجود: با توجه به توانمندی كه HSDPA در پاسخگوئی بی‌درنگ دارد، بسیاری از سرویس‌های موجود كه شاید بسیار آهسته و خسته كننده باشند، با كمك HSDPA بهبود قابل توجهی می یابند. به‌عنوان مثال ارسال ایمیل یا ارتباط با یك سرور جهت دریافت یا ارسال فایل‌های بزرگ كه با استفاده از HSDPA بسیار طولانی و زمان‌بر است.
4-2 شبكه WiMAX در برابر شبكه‌های مخابرات سلولی نسل های 2+G و 3G
تكنولوژی های 3G برای مخابرات سیار جهانی طراحی شده و چندین سال است كه در بازار موبایل حضور دارند. بنابراین نسبت به WiMAX نفوذ بیشتری در بازار پیدا كرده‌اند. رشد تكنولوژی WiMAX به یك دورة زمانی نامشخص نیاز دارد تا بتواند در بازار نفوذ كند.
از طرفی توسعة 3G تهدیدی برای توسعه WiMAX می‌باشد. اپراتورهای 3G با توجه به سرمایه‌گذاری انجام شده، بیشتر مایلند تكنولوژی 3G را به‌روز كنند. تكنولوژی HSDPA بعنوان یكی از تكنولوژی های پرسرعت نسل سه، در سال 2005 به بازار عرضه شده در حالی كه WiMAX بطور محدودی عرضه شده است لذا 3G نسبت به WiMAX جایگاه ممتازی در بازار دارد. تكنولوژی نسل سومی HSDPA با تكیه بر یك فن‌آوری قوی و استاندارد، با پیش زمینه‌ای قوی پشتیبانی می‌شود و تغییر از WCDMA به HSDPA با تغییر نرم‌افزار امكان‌پذیر است.
WiMAX با بنا نهادن اساس كار خود بر انتقال داده از طریق پروتكل های اینترنتی در تلاش است تا به سمت تحرك و ارائة سرویس صوت روی IP برود. این در حالی است كه شبكه های سلولی با اساس قرار دادن تحرك و ارائة سرویس های صوتی شروع به كار كرده و در تلاش هستند تا به سمت انتقال صوت و داده با استفاده از پروتكل های اینترنتی بروند. مطمئناً موفقیت هر كدام در ارائة سرویس با كیفیت بالا و ارزان برای دیگری به معنای شكستی سنگین خواهد بود[7].
با جدا كردن مرز سرویس‌های ثابت و متحرك، می‌توان گفت در حال حاضر ‌فن‌آوری WiMAX ثابت و شبكه‌های موبایل نسل 3 در وضعیت كنونی امكان تاثیرگذاری در عملكرد و بازار یكدیگر را ندارند. دلیل این امر عدم تحرك WiMAX ثابت به عنوان ‌فن‌آوری دسترسی بی‌سیم باند وسیع از یك طرف و پایین بودن نرخ بیت و كیفیت شبكه‌های موبایل نسل 3 از طرف دیگر است. تنها چالش محتمل ممكن است در بهره‌برداری از باندهای فركانسی رخ دهد. یعنی اگر در یك ناحیة جغرافیایی سرویس دهندگان شبكة WiMAX ثابت و تلفن موبایل نسل 3 هر دو قصد دریافت مجوز و در اختیار گرفتن باند فركانسی مشترك را داشته باشند (مثلاً در باند فركانسی GHz 5/2 )، در این صورت اپراتورها و سازمان تنظیم مقررات با چالش جدی روبرو خواهند شد. در اینجا باید قانونگذار بنا به نیازهای جامعه هدف و امكاناتی كه هر كدام از اپراتورهای تلفن موبایل نسل 3 و WiMAX ثابت دارند، تصمیم‌گیری كرده و به تخصیص فركانس اقدام كند. در چنین موقعیتی یك راه كار می‌تواند به صورت اعطای مجوز بهره برداری از چند باند فركانسی مشخص به اپراتور WiMAX ثابت و چند باند فركانسی دیگر به اپراتور تلفن موبایل نسل 3 باشد. البته باید اجبار اپراتورها به رعایت فواصل اطمینان فركانسی لحاظ شود. میزان باند تخصیصی به هر اپراتور طبق نیازهای منطقه به سرویس ها خواهد بود. روش دیگر اجبار یكی از اپراتورها به سرویس‌دهی در یك محدودة فركانسی دیگر است. البته در تصمیم‌گیری با این روش، باید امكانات اپراتورها و شرایط فنی و اقتصادی آنها بررسی و مورد توجه قرار گیرد.
اما با ورود WiMAX موبایل، این امر صورت جدی‌تری به خود می‌گیرد. در صورتی كه WiMAX موبایل بتواند همانند تلفن های همراه نسل 3، خدمات صوتی ارائه كند و كیفیت و نرخ بیت خدمات اینترنتی WiMAX موبایل بهتر از 3G باشد، مطمئناً شبكه‌های 3G دچار چالش های اساسی خواهند شد. این امر زمانی شكل حادتری به خود می‌گیرد كه سیستم های WiMAX موبایل از نظر قیمت و مسائل اقتصادی ارزانتر از سیستم های نسل 3 در اختیار مشتریان گذاشته شود. با توجه به اهتمام شركت های بزرگ عضو انجمن WiMAX و سیاست های كاری این انجمن، بروز چنین امری محتمل به نظر می‌رسد.
4-3 ‌ WiMAX، 3G؛ رقابت یا همزیستی
رقابت WiMAX با 3G در دو زمینة كلی مطرح است:
• سرمایه‌گذاری: طرفداران ‌فن‌آوری WiMAX به دنبال جذب حمایت سرمایه‌گذاران و شركت ها و كارخانجات صنایع مخابراتی به سمت WiMAX بوده در نتیجه بر سر دستیابی به منابع مالی و حمایت های اقتصادی با 3G به رقابت خواهند پرداخت.
• ترافیك مشتركین: پس از راه اندازی یك شبكه آنچه مهم است جذب در آمد از شبكه و سرویس های ارائه شده می باشد. این امر با جذب مشتری صورت می‌گیرد. WiMAX موبایل در تلاش خواهد بود تا با ارایه سرویس های همسان و برتر از 3G به دنبال جذب مشتریان بیشتر (حتی از میان مشتریان سابق 3G) بوده و به سوددهی و باز گشت سرمایه و در نتیجه جذب بیشتر سرمایه گذاران و موفقیت در بازار دست یابد.
اما WiMAX می‌تواند با 3G همزیستی و تعامل هایی نیز داشته باشد. این تعامل ها در دو زمینة كلی مطرح است:
♦ زیربنا
♦ وسائل
می‌توان گفت بخشی از تعامل های WiMAX با 3G از روی اجبار و برای كاهش هزینه‌هاست. مثلاً WiMAX بخشی از زیرساخت هایی كه برای شبكه های 3G پیش بینی و یا ساخته شده را استفاده كند تا باعث تسریع در پیاده سازی شبكه و كاهش هزینه های سرمایه ای WiMAX شود. از طرفی قرار دادن تجهیزات WiMAX بر روی سیستم های 3G و یا تا حد امكان بهره گرفتن از تجهیزات 3G، به كاهش هزینه، جذب مشتری و رواج سریعتر WiMAX كمك می‌كند.
نتیجة این رقابت ها و تعامل ها را می‌توان با عناوین زیر مطرح كرد:
• نیاز به مجتمع كردن آخرین ‌فن‌آوری‌ها
• تجهیزات مشتركین مجهز به واسط‌های مختلف
• افزایش سازگاری، اما تقسیم مشتركین بین ‌فن‌آوری‌ها
• افزایش كلی دانش و اطلاعات مربوط به فن‌آوری موبایل
WiMAX و 3G برای چند سالی همزیستی خواهند داشت. در نهایت به سمت 4G همگرا و مجتمع خواهند شد. اپراتورهای موبایل برای كاهش تراكم شبكه 3G از WiMAX استفاده خواهند كرد. همچنین می‌توانند با تركیب تكنولوژی‌ها كیفیت سرویس را ارتقاء دهند. پس به نوعی این رقابت ها و تعامل ها در مسیر تكامل به سمت 4G هستند (شكل 2) [7]. نكتة مهمی كه در همة این مراحل باید در نظر داشت، تعامل WiMAX ثابت و موبایل با شبكة 3G و نهایتاً رقابت WiMAX موبایل با 3G است.

-4 مزایای WiMAX موبایل و مشكلات 3G
برای توسعه شبكه‌های باند وسیع موبایل انتخاب‌های مختلفی وجود دارد. WiMAX ‌فن‌آوری نسل بعدی است كه سرویس‌های باند وسیع را عرضه خواهد كرد. این مطلب ازچهار جهت قابل ارزیابی است [8]:
♦ عملكرد و ‌فن‌آوری
♦ زمانبندی
♦ انتخاب وسیله‌ها و كاربردها
♦ اقتصادی
فاكتورهای مهمی كه ‌فن‌آوری WiMAX را به عنوان بهترین ‌فن‌آوری برای ارائه سرویس باند وسیع معرفی می‌كنند، عبارتند از:
♦ عملكرد پیشرفته: ایستگاه‌های پایه پرظرفیت WiMAX برای هر مشترك گذردهی بالا با تأخیر كم را پیشنهاد كرده و تمامی سرویس های باند وسیع سیمی را ارائه می‌كند كه كاربردهای بلادرنگ و باند بسیار وسیع دارند.
♦ وسایل بسیار متنوع: لپ‌تاپ‌های مجهز به كارت مودم WiMAX، اولین مشتركین ‌فن‌آوری WiMAX موبایل خواهند بود.
♦ لبه ‌فن‌آوری: ‌فن‌آوری WiMAX برای كاربردهای داده Packet-based توسعه یافته است و در میان ‌فن‌آوری‌های داده بی‌سیم، پیشرفته‌ترین كاركردها و بهینه‌ترین طیف را ارائه كرده است.
♦ پشتیبانی از موبایل: ‌فن‌آوری WiMAX از جای‌گشت بی‌سیم با سرعت وسایل نقلیه پشتیبانی می‌كند. این قابلیت در ناحیه‌ای كه با چند ایستگاه پایه پوشش داده شده است به مشترك امكان جابجایی را می‌دهد.
♦ هزینه مؤثر: هزینة راه اندازی و بهره برداری از شبكة WiMAX طبق پیش بینی‌ها ارزانتر از 3G خواهد بود.
♦ دسترسی تجاری: WiMAX موبایل بر اساس IEEE 802.16e-2005 و استاندارد اروپایی HiperMAN است. انجمن WiMAX ارائه و تایید مجوز WiMAX موبایل را تا اواسط سال 2007 شروع خواهد كرد.
♦ دسترسی جهانی: اپراتورهای WiMAX موبایل در بیشتر كشورهای دنیا در سه باند فركانسی (2.3-2.4GHz، 2.496-2.69GHz، 3.4-3.6GHz) تخصیص مشترك
♦ دارند. انجمن WiMAX تست سازگاری تجهیزات فروشندگان مختلف و انطباق با استاندارد را در برنامه صدور مجوز قرارداده است. برای WiMAX موبایل قابلیت پشتیبانی از فراگردی (Rooming) كاملاً پیش بینی شده و انجمن WiMAX نیز روی پشتیبانی Rooming جهانی كار می‌كند.

در بررسی مشكلاتی كه مشتركین 3G با آن مواجهند به چند مورد مشخص و مهم بر می‌خوریم كه از آن جمله عدم رضایت مشتركین دارای كامپیوترهای كیفی (لپ‌تاپ) از محدودیت سرویس و هزینه زیاد 3G است. از سوی دیگر محدودیت شبكه‌های 3G باعث شده تا اپراتورها نسبت به ترویج سرویس‌ها احتیاط كرده و با كنترل منابع از تراكم جلوگیری كنند. اغلب اپراتورها از بعضی كاربردها مثل VoIP و Video streaming جلوگیری می‌كنند. در چنین موقعیتی اپراتورهای موبایل برای كنترل بیشتر ترافیك، سرویس‌های انحصاری و اختصاصی ارائه می‌كنند كه چندان موفق نبوده است. نكتة مهم این است كه اپراتورها به دلیل محدودیت ظرفیت 3G نمی‌توانند سرویس‌های باند وسیع مورد نیاز بازار را ارائه كنند. از طرفی هزینه پشتیبانی سرویس باند وسیع با كیفیت بالا در شبكه‌های 3G آنقدر زیاد است كه تعداد كمی از مشتركین تجاری قادر به پرداخت آن هستند.
4-5 بهای طیف WiMAX و3G
طیف WiMAX در مقایسه با 3G به مقدار قابل توجهی ارزان است. در بعضی موارد در یك ناحیه جغرافیایی قیمت طیف آن یك هزارم قیمت 3G است. شركت Vodafone در مناقصه طیف 3G سال 2000 (در كشور انگلستان) برای 30MHz با مجوز ملی مبلغ $9.4 billion پرداخت كرد. ولی 3 سال بعد در مناقصه سرویس FWA باند 3.5GHz برای مجوز منطقه‌ای بالاترین قیمت $3.2 Million بوده است [9]. یعنی قیمت طیف در هر MHz بر واحد جمعیت 3G حدود 500 برابر بیشتر بود. اختلاف‌های مشابه در سایر كشورهای اروپایی وجود دارد در نهایت سرویس 3G هزینه تمام شده زیادتری خواهد داشت. البته یكی از دلایل گران قیمت بودن سرویس 3G این است كه مجوز 3G ملی است ولی مجوز WiMAX منطقه‌ای است [9].
هر چند ارزان‌بودن طیف WiMAX در حال حاضر برای WiMAX ثابت مطرح است ولی این امكان وجود دارد كه برای WiMAX موبایل نیز طیف با قیمت پایین‌تری نسبت به 3G عرضه شود.
4-6 بررسی و مقایسة عملكرد ‌فن‌آوری های WiMAX موبایل و 3G
برخلاف 3G كه پهنای باند ثابتی دارد WiMAX پهنای باند قابل انتخاب در محدودة 1.25-20 MHz دارد و برای توسعه شبكه انعطاف پذیر است. همچنین WiMAX تكنولوژی آنتن چندگانه را از همان ابتدا پشتیبانی كرده، در حالیكه تكنولوژی 3G در ویرایش‌های بعدی استفاده كرد و همین امر موجب ارتقاء راندمان طیف WiMAX شده است[10].
علاوه بر آن برای بكارگیری تكنیك MIMO در لایة فیزیكی OFDM در WiMAXباعث ارتقای توانمندی و كاهش پیچیدگی سیستم نسبت به 3G شده كه از تكنیك CDMA استفاده می‌كند. همچنین OFDM كار را برای بهبود ظرفیت استفاده از چندگانگی فركانس و چندگانگی مشترك آسانتر كرده است. بنابراین WiMAX نسبت به 3G، نرخ حداكثر دادة بالاتر، انعطاف پذیری بیشتر، متوسط گذردهی و ظرفیت سیستم بالاتری دارد. مزیت بعدی WiMAX پشتیبانی از لینك‌های متقارن برای كاربرد ثابت است. به عنوان مثال جایگزینی T1 و انعطاف پذیری و پویایی در پشتیبانی از تنظیم نسبت نرخ داده فراسو به فروسو است. معمولاً در 3G نسبت نرخ داده نامتقارن بین فراسو و فروسو ثابت است[10].
QoS در تمام سرویس های 3G به سیستم اولیه وابسته است، ولی WiMAX برای كنترل QoS هر سرویس می‌تواند پیشنهاد ارائه كند. در مواقعی كه بار شبكه سنگین است ترافیك با الویت بالا در 3G ممكن است ترافیك با الویت پایین را بمدت طولانی متوقف كند در حالیكه در WiMAX چنین اتفاقی نمی‌افتد. راندمان طیف و گذردهی WiMAX بهتر از 3G است. راندمان طیف و گذردهی WiMAX موبایل و استانداردهای 3G در شكل 3 مقایسه شده است. همانطور كه در شكل نشان داده شده است راندمان طیف و گذردهی WiMAX موبایل نسبت به استانداردهای 3G در هر دو لینك فراسو و فروسو برتری دارد[11].

5 جمع‌بندی و نتیجه گیری
با رشد چشمگیر مشتركین GSM و اشباع در اخذ درآمد از طریق سرویسهای صوتی از یك سو و رشد فن آوری و احساس نیاز به امكان تبادل اطلاعات از طریق خطوط ارتباطی موبایل، دست به دست هم دادند تا سرویس دهندگان و سازندگان تجهیزات به سیستم های نسل 3 شبكه‌های ارتباطی موبایل روی آورند. رونق بازار از یك سو و عدم ارائة یك تكنولوژی قدرتمند و پاسخگو از سوی دیگر باعث شد تا تكنولوژی‌های متعدد و متنوعی به بازار عرضه شوند. اما متأسفانه هیچكدام توانمندی لازم در پاسخگویی به نیازهای مشتركین و ارائة نرخ بیت بالا و مطلوب را ندارند. این آشفته بازار در نسل 3 و عدم توانایی فنی آنها در پاسخگویی به نیازهای ایجاد شده خصوصاً دست نیافتن به نرخ بیت لازم برای انتقال داده‌های صوت و تصویر متحرك و با كیفیت، باعث نا امیدی از این فن‌آوری ها و روی آوردن به فن‌آوری های جدید تحت عنوان نسل 4 شده است. در این میان WiMAX با هدف جلوگیری از ایجاد آشفتگی مجدد در بازار فن آوری های بی سیم و ایجاد یك فن‌آوری استاندارد و پاسخگو مورد حمایت اغلب شركت های بزرگ فعال در زمینة تجهیزات و خدمات ارتباطی قرار گرفته است. آنچه مشخص است هدف‌گذاری برای نسل 4 بدون چالش و همكاری با نسل های دیگر امكان پذیر نیست. از اینرو همكاری WiMAX با 3G و تعامل در حركت و تكامل امری انكارناپذیر است. نهایتاً آنچه مد نظر است كنار گذاشتن همة تكنولوژی های ناكارآمد و رسیدن به یك سیستم جامع و پاسخگو به نیازهای متنوع و متعدد مشتركین است.