صنعت مخابرات از آغاز تجاری‌سازی شبکه‌های سلولی در دهه ۱۹۸۰ تا امروز تحولات شگرفی را پشت سر گذاشته است. هر نسل از شبکه‌های سلولی (2G، 3G، 4G، 5G) نه‌تنها سرعت و ظرفیت بیشتری ارائه داده، بلکه معماری ایستگاه پایه نیز دچار تغییرات بنیادی شده است. در این مقاله به بررسی تطبیقی ایستگاه پایه در هر نسل می‌پردازیم.

نسل دوم (2G): BTS در شبکه GSM

شبکه GSM که در اوایل دهه ۱۹۹۰ معرفی شد، از معماری سلسله‌مراتبی BSS (Base Station Subsystem) استفاده می‌کند. در این معماری، BTS پایین‌ترین سطح است و از طریق اینترفیس Um (Air Interface) با گوشی‌های موبایل ارتباط برقرار می‌کند. BTS‌های GSM از تکنیک TDMA (Time Division Multiple Access) و FDMA (Frequency Division Multiple Access) به صورت ترکیبی استفاده می‌کنند.

هر BTS از طریق اینترفیس Abis به BSC متصل است. BSC وظیفه کنترل منابع رادیویی، هندوور بین BTS‌ها، مدیریت توان و کنترل فرکانس را بر عهده دارد. یک BSC می‌تواند ده‌ها تا صدها BTS را مدیریت کند. نرخ داده در GPRS (نسل 2.5G) به ۱۱۵ کیلوبیت بر ثانیه و در EDGE (نسل 2.75G) به ۳۸۴ کیلوبیت بر ثانیه می‌رسد.

نسل سوم (3G): NodeB در شبکه UMTS

با ورود 3G و استاندارد UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)، اصطلاح BTS به NodeB تغییر یافت. این تغییر نام صرفاً نمادین نبود بلکه با تحولات بنیادی در معماری همراه بود. NodeB از تکنیک WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) استفاده می‌کند که به جای تقسیم زمانی یا فرکانسی، کدهای منحصربه‌فرد برای هر کاربر اختصاص می‌دهد.

NodeB از طریق اینترفیس Iub به RNC (Radio Network Controller) متصل است. RNC نقش BSC را در 3G ایفا می‌کند اما قدرتمندتر و انعطاف‌پذیرتر است. معماری 3G امکان Soft Handover را فراهم می‌کند که در آن کاربر می‌تواند همزمان با چند NodeB ارتباط داشته باشد، که این ویژگی منحصربه‌فرد CDMA است. نرخ داده در HSPA+ به ۴۲ مگابیت بر ثانیه می‌رسد.

نسل چهارم (4G): eNodeB در شبکه LTE

LTE (Long Term Evolution) که در سال ۲۰۰۹ آغاز به کار کرد، انقلابی در معماری شبکه ایجاد نمود. در این نسل ایستگاه پایه eNodeB (evolved Node B) نام گرفت. بزرگ‌ترین تغییر این بود که RNC حذف شد و وظایف آن به دو بخش تقسیم گردید: بخشی به eNodeB منتقل شد و بخشی به هسته شبکه (EPC – Evolved Packet Core). این معماری «Flat Architecture» نام دارد.

eNodeB‌ها می‌توانند مستقیماً با یکدیگر از طریق اینترفیس X2 ارتباط برقرار کنند. این امر امکان هندوور سریع‌تر و مدیریت تداخل هماهنگ (ICIC) را فراهم می‌سازد. LTE از OFDMA در downlink و SC-FDMA در uplink استفاده می‌کند. پهنای باند قابل پشتیبانی از ۱.۴ تا ۲۰ مگاهرتز قابل تنظیم است و در LTE-A با carrier aggregation به ۱۰۰ مگاهرتز می‌رسد.

نسل پنجم (5G): gNB در شبکه 5G NR

در شبکه‌های 5G NR (New Radio)، ایستگاه پایه gNB (next generation Node B) نام دارد. معماری 5G از تفکیک کنترل و داده (Control/User Plane Separation) بهره می‌برد. gNB به دو بخش تقسیم می‌شود: CU (Central Unit) که منطق کنترل را مدیریت می‌کند و DU (Distributed Unit) که پردازش رادیو را انجام می‌دهد. RU (Radio Unit) نیز واحد آنتن و تقویت‌کننده است.

این معماری سه‌لایه CU-DU-RU انعطاف پذیری بالایی برای استقرار در محیط‌های مختلف فراهم می‌کند. 5G از طیف فرکانسی بسیار گسترده‌ای از Sub-6GHz تا mmWave (بالای ۲۴ گیگاهرتز) استفاده می‌کند. تاخیر شبکه 5G به کمتر از ۱ میلی‌ثانیه می‌رسد و ظرفیت آن نسبت به 4G ده‌ها برابر افزایش یافته است.

مقایسه تطبیقی نسل‌ها

اگر بخواهیم خلاصه‌ای از تحولات ارائه دهیم: 2G/BTS سادگی و پوشش گسترده را به ارمغان آورد، 3G/NodeB ظرفیت داده را افزایش داد، 4G/eNodeB معماری تخت و تاخیر پایین را ممکن ساخت و 5G/gNB با معماری Cloud-Native و منابع مجازی، عصر جدیدی از مخابرات را آغاز کرد. هر نسل بر شانه نسل قبل ایستاده و تکاملی منطقی را طی کرده است.

نتیجه‌گیری

مسیر تکامل از BTS ساده GSM تا gNB پیچیده 5G نشان‌دهنده تلاش پیوسته صنعت مخابرات برای پاسخگویی به نیازهای فزاینده کاربران است. درک این تفاوت‌ها برای مهندسان طراح شبکه، متخصصان بهینه‌سازی و تصمیم‌گیران استراتژیک ضروری است.
ندارسانان پیشرو به عنوان اولین ارائه کننده خدمات POC در ایران با ارائه سکوی ارتباطی آواک با حذف تأخیر و ساده‌سازی ارتباط، از ایجاد خسارت‌های مالی و عملیاتی جلوگیری می‌کنند. برای ارتباط با کارشناسان و مشاوره با شماره 02192001218 تماس حاصل نمایید.