تاریخچه موبایل ایران:

ارائه و واگذاری تلفن همراه در ایران، از مرداد ماه سال 1373، تنها برای 9200 شهروند تهرانی و مبتنی بر فناوری نسل دوم شبکه های سلولی در فرکانس GSM900، با حدود 20 سال تاخیر نسبت به کشورهای دیگر آغاز شد. نوکیا اولین شرکتی بود که گوشی تلفن همراه را وارد ایران کرد. بعد از آن، شرکت هایی مانند زیمنس، آلکاتل، اریکسون و صاایران نیز در ایران به ارائه گوشی همراه پرداختند. گوشی های اولیه همگی از نظر ظاهری تفاوت چندانی نداشتند و همگی بزرگ و سنگین و گران قیمت بودند. الان در ایران نزدیک به 90 درصد مردم ایران تلفن همراه را دارند و بیش از 130 میلیون سیم کارت از اپراتورهای مختلف واگذار شده که به صورت تقریبی 50درصد از این سیم کارتها فعال هستند.

استاندارد GSM:

GSM  مخفف Global System for Mobile میباشد که یک محدوده فرکانسی در اختیار موبایل میگذارد. در اوایل دهه 80 میلادی که سیستم های آنالوگ تلفن های سلولی در اروپا رشد وسیعی داشت، کشورهای اسکاندیناوی، فرانسه، بریتانیا، آلمان این سیستم را تجربه کردند. در اوایل این فرآیند هر کشوری سیستم خودش را توسعه و گسترش داد، که هم از نظر لوازم و هم از نظر عملیات اجرایی کاملا متفاوت بودند. که این امر باعث ایجاد مشکلات متعددی نظیر به محدود شدن تلفن های همراه داخل مرز هر کشور بود. که اروپایی ها فورا تصمیم به اصلاح آن کردنند که کیفیت بالای ارسال و دریافت صدا، هزینه پایین برای نگهداری تجهیزات، پشتیبانی سرویس های جدید و از همه مهمتر در بر گرفتن یک محدوده فرکانس آزاد از جمله مهمترین مسائل برای رفع مشکلات ذکر شده بود که به اصلاح آن پرداختند.

در سال1989 مسئولیت GSM به انستیتوی استانداردهای ارتباطی اروپا داده شد، که در سال 1993 استاندارد GSM در 22 کشور وجود داشت. در حال حاضر GSM یک استاندارد پذیرفته شده برای سیستم بین المللی ارتباطات همراه میباشد. در حال حاضر نزدیک به 2 میلیارد نفر در حال استفاده از آن هستند و میتوانند با استفاده از سیستم Roaming در هر شهر یا کشور دیگر از آن استفاده کنند. از دیدگاه اکثر مصرف کننده ها مزیت GSM در افزایش کیفیت مکالمات، و همچنین کاهش هزینه های نرخ مکالمات و همچنین ارائه سیستم های جانبی نظیر ارسال پیام کوتاه (SMS) میدانستند.

 

ساختار شبکه با استاندارد GSM :

حال میخواهیم به ساختار تشکیل دهنده شبکه های موبایل بررسی کنیم، شبکه های موبایل از اجزای زیر تشکیل شده اند.

• (MS(Mobile Station: این قسمت بخشی از شبکه است که در اختیار مشترکین قرار میگیرد و در واقع همان گوشی موبایل است که شامل خود دستگاه و سیم کارت آن میباشد.
• (BTS(Base Transfer Station: تجهیزاتی است که به عنوان شبکه تلفن همراه، وظیفه برقراری ارتباط رادیویی بین تلفن همراه و شبکه و برعکس را بر عهده دارد. در واقع BTS مان فرستنده ها و گیرنده های است که از نقاط مختلف شهر نصب و به کمک آن ها مشترکین آنتن دهی میشوند. وظایف BTS تولید فرکانس های اصلی، انجام هماهنگی های لازم برای مشترکین و انجام اندازه گیری های مهمی مثل قدرت و کیفیت سیگنال است.
• (BCS (Base Control Station: این واحد وظیفه کنترل و اداره چند ایستگاه آنتن BTS را بر عهده دارد. این فرآیند، باعث میشود ارتباط دستگاه موبایل که در حال حرکت از یک منطقه به منطقه دیگر است حفظ شود و تماس همجنان برقرار بماند. یک استگاه BCS از یک طرف با تعدادی BTS  و از طرف دیگر با واحد MSC در ارتباط است. هر BSC میتواند تا 40  BTS را کنترل کند، مجموعه BTS  و BSC را BSS مینامند.
• (MSC(Mobile Switching Center: این قسمت به عنوان مرکز سوئیچینگ سرویس های موبایل، عملیات راه اندازی و سوئیج مکالمه را بر عهده دارد. عملیاتی مانند ارائه صورت حساب مشترکین نیز بر عهده دارد، همچنین وظیفه MSC محاسبه هزینه خدمات، کنترل Hand off، و انجام عملیات سوئیچ بین BSC ها است.
• (HLR(Home Location Registor : در شبکه های تلفن همراه به دلیل تغییر مکان مشترک، به مرکزی نیاز است که اطلاعات تمام مشترکین در آن ثبت شود تا هر وقت مشترک به شبکه نیاز داشت، شبکه در اختیار او قرار گیرد. به این مرکز HLR گفته میشود.
  این مراکز به صورت مجتمع در یک نقطه یا بعضی مواقع در نقاط محدودی از کشور ایجاد می شوند. هنگامی که یک مشترک جا به جا شود و در شبکه حرکت کند، آخرین مکان آن در HLR ثبت میشود.
• (VLR(Visitor Location Registor : در کنار هر مرکز سوئیچینگ موبایل، تجهیزاتی به نام VLR وجود دارد که درواقع یک پایگاه داده(Data Base) در شبکه تلفن همراه است و محل ذخیره و نگهداری آخرین وضعیت مشترکین در شبکه می باشد.
  VLR از دو بخش اصلی به نامهای AUC و EIR دارد:
  • (AUC(Authentication Center : این قسمت مرکز تشخیص و تایید سیم کارت است که از طریق آن، سریال سیم کارت بررسی و مجاز یا غیر مجاز بودن سیم کارت مشخص میشود. هر سیم کارت یک شماره سریال 15 رقمی دارد که با نام IMSI معرفی میشود و برای هیج دو سیمکارتی مشابه نیست.
    (IMSI(International Mobile SIM card Identity : طبق آنچه در بالا گقته شد هر سیم کارت یک شماره سریال 15 رقمی دارد که نحصر به فرد است و فواید فراوانی دارد که برای مثال سیم کارتی به سرقت رفته باشد و با مراجعه به اداره مخابرات و ارائه اسناد، بر اساس شماره سریال IMSI یک سیم کارت با همان شماره تلفن قبلی برای فرد صادر میشود و سیم کارت قبلی باطل و در لیست سیاه جهت عدم آنتن دهی و استفاده قرار میگیرد.
  • (EIR (Equipment Identity Register : در این قسمت، سریال گوشی بررسی میشود و در صورتی که مجاز باشد، می تواند از شبکه سرویس بگیرد. هردستگاه موبایل دارای یک شماره سریال منحصر به فرد میباشد که IMEI نام دارد.
    (IMEI ( International Mobile Equipment Indentity : این شماره سریال برای هر گوشی در دنیا یک شماره مشخص است و تنها برای یک گوشی استفاده میشود و تکراری نیست. و اگر *#06*# را شماره گیری کنید، سریال IMEI نمایش داده میشود.
    گوشی های تقلبی دارای IMEI معتبر نیستند و به محض انداختن سیم کارت به علت عدم شناخت شماره سریال گوشی قابلیت استفاده در شبکه نمی باشد. همچنین برای استفاده و پیگیری برای گوشی دزدی نیز از این شماره میتوان استفاده کرد و این به این معناست که به محض رفتن سیم کارت داخل گوشی شروع به شناسایی شماره فنی میکند و بعد از آن در صورت مشکل داشتن شماره به هر دلیلی برای شرکت مخابرات ارور اعلام میکند، این مسئله فوراً به نیروی انتظامی اعلام و اطلاعات مربوط به شخص برای آنها معرفی میگردد.

ارتباط شبکه های موبایل با یکدیگر:

برای این که یک گوشی در شهرهای مختلف قابل استفاده باشد، باید شبکه های شهری به یکدیگر متصل باشند. میتوانیم از طریق ارتباطMSC ها با یکدیگر توسط یکی از روش های انتقال از راه دور، شبکه های بین شهری و پس از ارتباط شبکه های کشوری یک شبکه بین المللی ایجاد کنیم. در این حالت مشترک در شبکه های دیگر به عنوان مهمان میباشد.(در واقع همان پرداخت بابت هزینه های رومینگ که میپردازیم)

انواع شبکه های موبایل:

در کل میتوان شبکه های فرکانس/ استاندارد GSM را به سه دسته کلی قرار میگیرد:

1. GSM 900 : این GSM شامل فرکانس 900 مگاهرتزی بین گوشی و BTS است. سرعت انتقال اطلاعات در این سیستم کم است و کاربرد آن تنها انتقال صدا یا سرویس های ساده می باشد که اصطلاحا به آن GSM گفته میشود.
2. GSM 1800 : این GSM روی فرکانس 1800 مگاهرتزی است و سرعت بالاتری نسبت به نوع قبل دارد و میتوان توسط آن در ثانیه اطلاعات بیشتری را از شبکه به موبایل یا برعکس انتقال داد. به این نوع سیستم DCS نیز گفته میشود.
3. GSM 1900 : این GSM با فرکانس 1900 مگاهرتزی کار میکند.که اصطلاحاً به آن PCS گفته میشود.

درحال حاضر شبکه های GSMبا فرکانس های بالاتر از 2500 مگا هرتزی نیز در بعضی از کشور ها وجود دارد که انواع سرویس های شبکه و اینترنت را با کیفیت و سرعت بالا ارائه میدهد.

ارتباط رادیویی:

برای ارسال صدا،تصویر یا به طور کلی DATA از یک نقطه به نقطه دیگر و بدون استفاده از کابل، باید از روش ارسال امواج رادیویی استفاده کرد. امواج رادیویی خاصیت الکترومغناطیسی دارند و میتوانند اطلاعات و داده ها را روی این امواج سوار کنند و منتقل کنند. به این عمل مدولاسیون گفته میشود. برای ایجاد یک مولد موج نیاز است. این مولد هم در گوشی موبایل و هم در تجهیزات BTS شبکه وجود دارد و یکی از قطعات حساس گوشی ها محسوب میشود. ( مدار آنتن که در بخش سخت افزار موبایل است).

اگر بخواهیم یک ارتباط دو طرفه از موبایل به BTS داشته باشیم باید یک فرکانس گیرنده و فرستنده هم روی موبایل و هم روی BTS اجاد کنیم، به این ارتباط رادیویی دو طرفه را لینک رادیویی میگویند. به فرستنده TX و به گیرنده RX گفته میشود.

فرستنده/گیرنده های BTS :

معمولاً هر BTS سه سکتور دارد و هر سکتور میتواند حداکثر 4 فرستنده و گیرنده مجزا داشته باشد به هر کدام از این فرستنده ها و گیرنده ها یک TRX میگویند. در مجموع هر BTS  میتواند حداکثر 12 فرستنده و گیرنده (TRX) داشته باشد. هر کدام از این سکتورها میتوانند یک سلول به وجود آورند که هر کدام یک شش ضلعی، پوشش آنتن داشته باشد. آنچه که در حال حاضر در شبکه مشخص شده هرچه تعداد BTS ها را افزایش دهیم و سلول ها را کوچک تر کنیم باعث میشود که مشترک کیفیت آنتن بهتری داشته باشد و حجم ترافیک کمتر خواهیم داشت و نقطه کور کمتری برای مشترک پیش می آید.

 

نحوه عملکرد یک شبکه سلولی:

در یک شبکه سلولی، ناحیه تحت پوشش یک اپراتور تلفن همراه، به نواحی کوچکتری به نام سلول تقسیم میشود. تمام عملیاتی که در یک سلول صورت میگیرد تحت مدیریت BTS قرار دارد. ارتباط بین کاربران و BTS از طریق امواج رادیویی است. ارتباط کاربران با BTS به نام ارتباط Up Link شناخته میشود و ارتباط از BTS به کاربر را Down Link نام دارد. برای جلوگیری از تداخل امواج رادیویی هر کاربر با BTS  از روش های دسترسی چندگانه استفاده میشود این روش ها به شرح زیر است:

1. FDMA

از آنجایی که BTSها دارای چند TRX مجزا میباشند ممکن است BTSها در محدوده آنتن دهی یکدیگر نیز قرار گیرند و یا بین TRX ها تداخل امواج به وجود آید. برای جلوگیری از این تداخل ها هر کدام از امواج TRX ها و BTS ها باید هیچ کدام از آنها با هم فرکانس یکسان نداشته باشند و همچنین در قسمت مربوط به لینک رادیویی که گفتیم RX و TX با BTS ها نباید فرکانس مشابه داشته باشند. به همین دلیل نیاز است که فرکانس های زیادی در اختیار داشته باشیم. این تقسیم فرکانس را FDMA ( Frequency Division Multiplex Access) میگویند.

2. TDMA
   همانطور که گفته شد یک BTS میتواند حداکثر دارای دوازده TRX باشد و به معنی این است که 12 گوشی همزمان میتوانند به یک BTS آنتن دهی کنیم تا با شبکه ارتباط پیدا کنید. ولی در عمل این تعداد برای یک BTS تعداد کمی است و باید بتوانیم تعداد بیشتری اختصاص بدهیم تا در موقع شلوغی که به سرویس Network Busy دچار نشویم. برای حل این مشکل از روش TDMA (Time Division Multiplex Access) استفاده میکنند. در این روش هر فرکانس یه 8 الی 16 کانال تبدیل میشود و به هر کانال یک کد اختصاص میدهند. به کمک این روش میتوانیم یک TRX از یک BTS با یک فرکانس منحصر به فرد ارتباط داشته باشیم در نتیجه با هر فرکانس چندین موبایل قرار دارند که همگی آنتن دارند.
3. CDMA
   زمان، فرکانس و کد پارامترهایی هستند که برای تعریف یک کانال رادیویی استفاده میشود. در روش TDMA،زمان بین کاربران تقسیم میشود و هر بازه از زمان برای یک کاربر اختصاص می یابد. در روش FDMA پهنای باند باند و محدوده فرکانسی اختصاص داده شده به یک سلول بین کاربران تقسیم میشود. در نسل های جدیدتر شبکه های سلولی موبایل، از روشی موسوم به CDMA (Code Division Multiplex Access) استفاده میشود که تمام کاربران میتوانند در کل زمان و کل پهنای باند موجود، ارسال یا دریافت داشته باشند، اما از مجموعه ای از کد ها استفاده کنند، یعنی گیرنده با دانستن کلمه کد هر کاربر میتواند اطلاعات مربوط به آن کاربر را از بین سیگنال های دریافتی دیگر جدا کند.

انواع BTS:

همانطور که گفته شد، برای دریافت امواج از شبکه های ارتباطی و ارسال آن به گوشی های تلفن همراه، به آنتن هایی نیاز است که آنها را BTS مینامند. BTS ها بر اساس محدوده و شعاع تحت پوشش خود انواع مختلفی دارند.

در ادامه به معرفی انواع BTS میپردازیم:

Microcell BTS: برای پوشش مناطق شهری و در مناطقی که تعداد مشترکین زیاد است، از این نوع آنتن ها استفاده میشود.در فضای شهری و با وجود ساختمان های بلند و متعدد، منطقه تحت پوشش مفید این نوع آنتن ها را بین 1 تا 2 کیلومتر در نظر میگیرند. این نوع آنتن ها را BTS های شهری نیز مینامند.

Nano and Picocell BTS: منطقه تحت پوشش این نوع آنتن ها محدود و حدود 100 الی 200 متر است و به همین دلیل در مجتمع های مسکونی، اداری، پاساژ ها و….  پوشش دهی آنتن را بر عهده دارند. همچنین در نقاط کور مثل زیرزمین ساختمان ها نیز میتوان از این نوع آنتن استفاده کرد.

Macrocell BTS : بیشترین محدوده پوشش آنتن را در شبکه فراهم میکند در حدود 35 کیلومتر است؛ البته این آنتن دهی به پوشش زمین و قدرت آنتن دهی موبایل بستگی دارد. از این نوع BTS در سواحل، مناطق دریایی، مناطق کویری ومناطق دور دست که تعداد مشترک کمی دارد استفاده میشود.

Umbrella Cell BTS : برای مثال تعداد در طول یک بزرگراه وجود سلولهای کوچک زیاد، باعث ایجاد درخواست های زیادی میشود. یک Umbrella Cell چندین Microcell را تحت پوشش خود قرار میدهد و گوشی موبایل برای انتخاب سلول کمک میکند؛ به این صورت وقتی که سرعت گوشی زیاد باشد در طول مسیر تقاضای درخواست آنتن زیاد میشود و Umbrella Cell  این موبایل را در پوشش خود قفل میکند و باعث میشود که از یک سلول به سلول دیگر انتقال پیدا نکند.

معرفی انواع نسل های شبکه اینترنت موبایل:

نسل های اینترنت همواره روز به روز در حال پیشرفت است و بر سرعت انتقال داده ها افزوده میشود.حال به معرفی نسل های مختلف و سرعت های آن ها میپردازیم:

• نسل G: نسل GPRS ( General Packet Radio Service) با نماد G در گوشی های هوشمند نمایش داده میشود و به آن اینترنت نسل دوم نیز گفته میشود که سرعت تبادل آن 14 کیلو بایت بر ثانیه است.
• نسل E: نسل EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution) در نسل دوم شبکه های تلفن همراه قرار دارد، با این تفاوت که سرعت دریافت اطلاعات در آن بیشتر و در حدود 48 کیلوبایت بر ثانیه است. به EDGE نسل 5G نیز گفته میشود و در تلفن های همراه با نماد E نمایش داده میشود.
• نسل 3G : نسل سوم تلفن همراه که مخفف عبارت UMTS میباشد. سرعت انتقال اطلاعات در این نسل حدود، حدود 395 کیلوبایت بر ثانیه میباشد و امکان برقراری تماس تصویری نیز یکی از قابلیت های این نسل است.
• نسل H :نسل HSDPA نسخه کمی کندتر از HSDPA⁺ است که سرعت انتقال اطلاعات آن، حدود 1.75 مگابایت بر ثانیه میباشد. این نسل بر اساس 3G کار میکند و به آن نسل 5G نیز گفته میشود.در گوشی با نماد H نمایش داده میشود.
• نسل H⁺ : نسل HSDPA⁺ نسخه سریعتر نسل H میباشد که سرعت انتقال اطلاعات در این نسل حدود 21 مگابایت بر ثانیه است. در تلفن های همراه با نماد H⁺ نمایش داده میشود.
• نسل 4G: 4G و LTE نسل چهارم شبکه های تلفن همراه است که در حال حاضر سریعترین و جدیدترین نسل شبکه موبایل میباشد. سرعت دریافت داده در این نسل حدود 37 مگابایت بر ثانیه است.