شبكه‌هاي موبايل چگونه كار مي‌كنند؟ (بخش اول)

ارتباطات بي‌سيم، يكي‌از فناوري‌هاي روبه‌رشد عصر حاضر است كه با همه‌گير شدن نسل پنجم از شبكه‌هاي ارتباطي، بيش از گذشته نمو پيدا مي‌كند. ايده‌ي اوليه درمورد تكامل سيستم‌هاي ارتباطي بي‌سيم، از اصولي‌ترين دانش‌هاي موردنياز براي هر محققي است. بسياري از متخصصان عادي اينترنت و شبكه‌هاي بي‌سيم نيز، هنوز تصور دقيقي از نحوه‌ي كاركرد اين فناوري‌ها، به‌ويژه شبكه‌هاي تلفن همراه ندارند. در اين مقاله، اطلاعات كاملي از انواع شبكه‌‌هاي موبايل و طرز كار آن‌ها جمع‌آوري شده است. البته در ابتدا تاريخچه‌ي مختصري را از سير تكاملي سيستم‌هاي ارتباطي بي‌سيم شرح مي‌دهيم.

امواج الكترومغناطيسي (EM) مهم‌ترين فاكتور براي پيشرفت ارتباطات بي‌سيم هستند. اين‌نوع امواج، از بسامدهاي بسيار پايين، يعني ۳۰ هرتز، تا نورهاي مرئي و درنهايت امواج گاما با بسامد ۳۰۰ اگزاهرتز را شامل مي‌شوند. دانشمند هلندي، كريستيان هويگنس، اولين فردي بود كه در سال ۱۶۷۸ ميلادي روي بازتاب نور و تئوري بازتاب كار كرد. تئوري هويگنس نور را موج تصوّر مي‌كرد و به خوبي مي‌توانست مسائل مربوط‌به طول موج رنگ نور را توجيه كند.

بعدها در سال ۱۸۱۹ ميلادي، با دانشي كه از ماهيت موجي نور وجود داشت، براي اولين‌بار ارتباطات باسيم تبديل‌به ارتباطات بي‌سيم شد. در سال ۱۸۳۱ ميلادي، فارادي معادلات استنتاجي الكترومغناطيس و امواج را كه مكسول پايه‌ريزي كرده بود، اثبات كرد. در سال ۱۸۹۶، هرتز به‌صورت تجربي بازتاب و اشاعه‌ي امواج الكترومغناطيسي را به‌صورت جداگانه در فاصله‌ي چندمتري اعتبارسنجي كرد و ماركوني ارتباط بي‌سيمي را از فاصله‌ي ۳ كيلومتري به‌وجود آورد. تمامي مواردي كه در ادامه آماده است، باعث محبوبيت فناوري ارتباط از راه دور شد. جدول زير، خلاصه‌اي از روند پيشرفت سيستم‌هاي ارتباطي بي‌سيم است.

پيش از هرگونه مباحثهي پيرامون شبكه‌هاي تلفن همراه، لازم است تا طرز كار دكل‌هاي مخابراتي تشريح شود. براي درك نحوه‌ي عملكرد دكل‌هاي مخابراتي و ايستگاه‌هاي پايه، تلفن‌هاي خانگي بي‌سيم را درانديشه متخصصين بگيريد. همانگونه ‌كه از نام اين محصول پيدا است، موبايل بي‌سيمي كه متخصصان با آن راه مي‌روند و صحبت مي‌كنند، به‌صورت بي‌سيم به ايستگاه پايه‌ي كوچكي متصل و ايستگاه پايه‌ي يادشده نيز ازطريق سيم به خط تلفن وصل شده است.

دراصل دكل‌هاي مخابراتي و ايستگاه‌هاي پايه‌اي كه خدمات صوتي و انتقال داده‌ها را در دستگاه‌هاي مختلف امكان‌پذير مي‌كنند، كاركرد مشابهي با تلفن‌هاي بي‌سيم خانگي دارند. البته پرواضح است كه دكل‌هاي يادشده درمقايسه‌با تلفن‌هاي بي‌سيم خانگي مقاوم دربرابر شرايط بد آب‌و‌هوايي هستند، محدوده‌ي بزرگتري را پوشش مي‌دهند، از صدها هزار دستگاه تلفن همراه همراهي مي‌كند، در فركانس‌هاي راديويي متفاوتي كار مي‌كنند و به متخصصان اجازه مي‌دهند تا حين جابه‌جايي از يك ايستگاه پايه به ديگري، حتي هنگام رانندگي در بزرگ‌راه‌ها به شبكه متصل بمانند.

دكل‌ها، سلول‌ها و ساختارهاي شش‌ضلعي، عناصر كليدي براي طراحي و بهره‌برداري از شبكه‌هاي ارتباطي بي‌سيم هستند. در يك دنياي بي‌سيم، هر سلول ناحيه‌ي جغرافيايي از يك منطقه است كه تحت پوشش يك دكل مخابراتي قرار مي‌گيرد. هر ناحيه به‌گونه‌اي انتخاب شده است تا اطمينان حاصل شود هر سلول جداگانه، شبكه‌ي به‌هم‌پيوسته‌ي محكمي بدون نقطه‌ي كور در پوشش شبكه يا هم‌پوشاني غيرضروري ايجاد كند. مهندسان براي پاسخ‌گويي به تقاضا، از ساختار شش‌ضلعي براي طراحي شبكه‌هاي سلولي و محل دقيق استقرار دكل‌ها استفاده مي‌كنند.

براي اطمينان از اينكه آنتن‌ها براي پوشش كل منطقه‌ي سلولِ هدف، در ارتفاع كافي قرار دارند، دكل‌هاي مخابراتي را با ارتفاع ۱۵ تا ۶۰ متر مي‌سازند. برج‌هاي مخابراتي مي‌توانند سازه‌اي مستقل همچون تير آهني يا چهارچوب‌هاي مشبك باشند، يا به سازه‌هاي ديگري همچون چراغ راهنمايي، پل‌ها، تونل‌ها و بيلبوردها ضميمه شوند. براي تطبيق با مسائل زيبايي‌شناسي جامعه، استتار اين‌نوع سازه‌ها روبه‌افزايش است تا شبيه درختان يا پرچم‌ها ديده شوند يا درون سازه‌هايي ديگر همچون ناقوس كليسا مخفي شوند.

طيف امواج راديويي، دكل مخابراتي، تجهيزات ايستگاه پايه و دستگاه‌هاي موبايل متخصصان همه‌باهم يك شبكه‌ي دسترسي راديويي (RAN) را شكل مي‌دهند. RAN، پايه‌و‌اساس تمامي سرويس‌ها و اپليكيشن‌هاي موبايلي است؛ درست مانند شبكه‌هاي فيزيكي ساخته‌شده از فيبر نوري، سيم مسي تلفن‌هاي ثابت و داده‌ها و سرويس‌هاي تلوزيوني در خانه‌ها و سازمان‌ها. درنهايت مي‌توان گفت، RAN زيرساخت قابل‌اعتماد و مستحكمي را از شبكه‌ي ارتباطاتي بي‌سيم ايجاد مي‌كند.

هنگامي‌كه اپراتورهاي تلفن همراه درباره‌ي حرف G صحبت مي‌كنند، منظورشان نسل فناوري بي‌سيم است؛ هرنسلي قادر به همراهي از تعداد بيشتري از متخصصان است و قابليت‌هاي انتقال داده‌ي بهتري را ارائه مي‌دهد. در كل فناوري‌هاي بي‌سيم، در ۵۰ سال گذشته رشد بي‌سابقه‌اي را تجربه كرده‌اند و توانايي بيشتري در انتقال داده دارند. شكل زير روند رشد نسل‌هاي مختلف شبكه‌هاي موبايلي را نشان مي‌دهد.

فناوري 0G كه پيش‌تر براي سيستم‌هاي مخابراتي طراحي شده است، با عنوان سيستم‌هاي تلفني و راديويي همراه نيز شناخته مي‌شود. تاريخچه‌ي فناوري يادشده، به پس از جنگ جهاني دوم باز مي‌گردد. در آن دوران كه خبري از شبكه‌هاي سلولي نبود، اپراتورهاي موبايل تماس‌ها را برقرار مي‌كردند و تنها تعداد معدودي از كانال‌هاي ارتباطي دردسترس بود. اين دستگاه‌ها از ويژگي هندآف همراهي نمي‌كردند و درواقع نمي‌توانسند فركانس كانال‌ها را تغيير دهند. فناوري 0G به دهه‌ي ۱۹۷۰ بازمي‌گردد؛ زماني‌كه خبري از فناوري سلولي تلفن‌هاي موبايل نبود و فناوري 0G پيش از اختراع تلفن همراه، تنها دستگاه‌هايي همچون تلفن‌هاي راديويي داخل اتومبيل‌ها را شامل مي‌شد.

سيستم‌هاي تلفني و راديويي همراه، پايه‌ي فناوري سيستم‌هاي سلولي هستند. سيستم‌هاي يادشده ، پس از آن لقب 0G يا نسل صفرم را دريافت كردند كه نسل اول از شبكه‌ي تلفن بي‌سيم پديد آمد. فناوري‌هاي به‌كاررفته در 0G شامل PTT (فشار براي صحبت)، MTS (سيستم‌هاي تلفن موبايل)، IMTS (سيستم‌هاي بهبوديافته‌ي تلفن موبايل)، AMTS (سيستم‌هاي پيشرفته‌ي تلفن موبايل)، OLT (مخففي از عبارت نروژي Offentlig Landmobil Telefoni به‌مفهوم تلفن همراه زميني عمومي) و MTD (عبارتي سوئدي به‌مفهوم سيستم تلفن همراه) است. براي اولين‌بار افراد مشهور، متخصص كارشناسان ساخت‌و‌ساز و تجار از فناوري 0G براي ارتباطات صوتي اوليه استفاده مي‌كردند.

Push to Talk وسيله‌ي ارتباط فوري است كه درحال‌حاضر در سرويس‌هاي شبكه‌هاي بي‌سيم سلولي استفاده مي‌شود. اين فناوري از يك دكمه‌ي دستگاه استفاده مي‌كند تا همانند بي‌سيم‌هاي واكي‌تاكي ابتدا صوت را منتقل كند و سپس با فشردن دكمه، تبديل‌به گيرنده‌ي امواج شود. PPT، تلفن همراه را از يك حالت كاملا دوسويه كه هر دو مخاطب در آن به‌صورت هم‌زمان صداي هم را مي‌شنوند، تبديل‌به حالتي نيمه‌دوسويه مي‌كند كه در اين حالت، تنها يكي از مخاطبان در آن واحد مي‌تواند صداي ديگري را دريافت كند.

تمامي شركت‌هاي بزرگ مخابراتي، نسخه‌اي از اين ويژگي را در شبكه‌هاي تلفن همراهشان عرضه مي‌كنند. نسخه‌هاي جديد از PPT، كه PoC (فشار براي صحبت در شبكه‌هاي سلولي) ناميده مي‌شوند، روي شبكه‌هاي 2.5G و 3G نيز ارائه مي‌شوند.

سرويس MTS، يكي از اولين استانداردهاي تلفن همراه در جهان بود. ويژگي يادشده براي برقراري تماس در هر دو جهت از اپراتور كمك مي‌گرفت؛ به اين معني كه اگر شخصي از تلفن ثابت با موبايل موبايل تماس مي‌گرفت، اين تماس ابتدا به اپراتور موبايل متصل مي‌شد و او تماس را برقرار مي‌كرد. به‌همين ترتيب، براي برقراري تماس با خارج از كشور متخصص بايد ابتدا از اپراتور درخواست مي‌كرد و او پس گرفتن شماره‌ي تماس‌گيرنده و مقصد، اقدام به برقراري تماس مي‌كرد.

IMTS سيستمي است كه پيش از ابداع شبكه‌هاي سلولي و پس از سيستم MTS، با بهره‌گيري از امواج راديويي با فركانس بسيار بالا (VHF) و امواج راديويي با بالاترين فركانس (UHF)، بين دستگاه موبايل و تلفن‌هاي ثابت ارتباط برقرار مي‌كرد. IMTS معادلي از ويژگي راديوتلفن سرويس‌هاي تلفن ثابت روي زمين بود.

سيستم IMTS در سال ۱۹۶۴ معرفي شد و به‌عنوان جايگزين سيستم‌هاي MTS، امكان برقراري تماس مستقيم را فراهم مي‌كرد و لازم نبود متخصص ازطريق اپراتور تماس را برقرار كند.

سيستم‌هاي پيشرفته‌ي تلفن موبايل كه نبايد با سيستم پيشرفته‌ي موبايل موبايل (AMPS) اشتباه گرفته شود، يك روش ارتباط راديويي براي شبكه 0G بود كه عمدتا در سيستم‌هاي راديويي حمل‌شدني ژاپني مورد استفاده قرار مي‌گرفت. اين فناوري همانند نسل پيشين خود، در فركانس ۹۰۰ مگاهرتز كار مي‌كرد.

MTD يك سيستم تلفن همراه دستي براي باند فركانس ۴۵۰ مگاهرتز بود. اين شبكه در سال ۱۹۷۱ در سوئد معرفي شد و تا سال 1987 استفاده از آن رواج داشت. شبكه‌ي MTD در اوج خود ۲۰ هزار متخصص داشت و ۷۰۰ نفر به‌عنوان اپراتور در شركت حامل آن، براي خدمات‌دهي به متخصصان مشغول به كار بودند. MTD در دانمارك و نروژ نيز پياده‌سازي شده بود و امكان رومينگ بين كشورهاي حوزه‌ي اسكانديناوي وجود داشت.

0.5G مجموعه‌اي از فناوري‌ها با ويژگي‌هاي بهبوديافته نسبت‌به فناوري‌هاي 0G است. اين سيستم‌هاي تلفن همراه اوليه، از سيستم‌هاي راديوتلفني كه پيش‌تر ابداع شده بود قابل تميز است؛ زيرا به‌جاي اينكه بخشي از يك شبكه‌ي بسته مانند راديوي پليس يا سيستم اعزام تاكسي باشد، به‌عنوان سرويس تجاري دردسترس متخصصان قرار مي‌گرفت كه قسمتي از شبكه‌ي تلفن عمومي بود. اين تلفن‌هاي موبايل معمولا روي خودروها و كاميون‌ها قرار مي‌گرفتند، ولي تعداد معدودي مدل با ظاهري شبيه‌به كيف دستي نيز توليد شدند. روي خودروها، معمولا دستگاه فرستنده و گيرنده در صندوق عقب نصب مي‌شد و قسمت «سر» تلفن موبايل كه شامل نمايشگر، موبايل و بخش شماره‌گير مي‌شد، در كنار صندلي راننده جاي مي‌گرفت. نمونه‌هاي اوليه از اين فناوري عبارت‌اند از:

• اتوراديوپيلين (ARP): در سال ۱۹۷۱ ميلادي در كشور فنلاند اختراع شد و عنوان اولين شبكه‌ي تلفن موبايلي تجاري آن كشور را يدك مي‌كشيد.
• سيستم B-Netz: در سال ۱۹۷۲ ميلادي در كشور آلمان اختراع شد و دومين شبكه‌ي تلفن موبايلي تجاري آن كشور بود؛ اما اولين شبكه‌اي بود كه براي برقراري تماس، به اپراتور نيازي نداشت.

1G، اولين نسل از فناوري موبايل‌هاي بي‌سيم برپايه‌ي شبكه‌ي سلولي است. درواقع، اين فناوري درون موبايل‌هاي همراه آنالوگ و در سال ۱۹۸۰ ارائه شد. پيش‌تر در سال ۱۹۷۹، شركت ژاپني تلفن و تلگراف نيپون (NTT) اولين سيستم سلولي جهان را در توكيو عملياتي كرده بود. در اروپا، محبوب‌ترين سيستم‌هاي آنالوگ، تلفن همراه نورديك (NMT) و سيستم ارتباطات با دسترسي كامل (TACS) بود و انواع ديگر از سيستم‌هاي يادشده، در دهه‌ي ۱۹۸۰ در سراسر اين قاره معرفي شدند.

تمامي سيستم‌ها، قابليت هندآف و رومينگ را داشتند؛ ولي اين شبكه‌هاي سلولي، نمي‌توانستند بين كشورها ارتباط صوتي ايجاد كنند؛ چنين موردي بزرگ‌ترين نقص شبكه‌هاي 1G به‌شمار مي‌رفت. نسل اول از شبكه‌هاي تلفن همراه، ظرفيت پاييني داشت، هندآف قابل اعتمادي نداشت، كمبود لينك‌هاي صوتي در آن بيداد مي‌كرد و از آن‌جايي كه تماس‌هاي صوتي در دكل‌هاي راديويي پخش مي‌شد، امكان شنود مكالمه وجود داشت و امنيت شبكه بسيار پايين بود.

در ايالات متحده، اولين استانداري كه براي فناوري 1G ارائه شد، سيستم پيشرفته‌ي موبايل موبايل (AMPS) بود. كميسيون ارتباطات فدرال (FCC)، سيستم AMPS را با پهناي باند ۴۰ مگاهرتزي و محدوده‌ي فركانس ۸۰۰ تا ۹۰۰ مگاهرتز تعريف كرده بود. در سال ۱۹۸۸ ميلادي، ۱۰ مگاهرتز تحت عنوان طيف گسترده (ES) به پهناي باند سيستم يادشده افزوده شد. در ايتاليا فناوري 1G با استاندارد RTIM، در انگليس تحت سيستم YACS، در فرانسه با فناوري RadioComm 2000 و در آلمان غربي، پرتقال و آفريقاي جنوبي با استاندارد ارتباط از راه دور C-450 استفاده مي‌شد.

فناوري 1G جايگزيني براي نسل صفرم از شبكه‌هاي ارتباطي بوده و در تلفن‌هاي راديويي همراه استفاده مي‌شد. در اين نسل از شبكه‌هاي ارتباطي، فناوري‌هايي همچون PTT، MTS، IMTS و AMTS گنجانده شده بود. آن‌چه كه در زير آمده است، مشخصات و ويژگي‌هاي كليدي فناوري 1G را نشان مي‎‌دهد:

• در دهه‌ي ۱۹۸۰ ميلادي توسعه يافت و در اوايل دهه‌ي ۱۹۹۰ به تكامل رسيد.
• فناوري 1G، سيستم آنالوگ قديمي بود كه از تلفن‌هاي همراه سلولي نسل اول همراهي و سرعت انتقال داده‌ي ۲٫۴ كيلوبيت‌برثانيه را مهيا مي‌كرد.
• استاندارد AMPS براي اولين‌بار در ايالات متحده ارائه شد و نشان‌دهنده‌ي تمامي ويژگي‌هاي نسل اول شبكه‌هاي ارتباطي است.
• اجازه‌ي برقراري تماس با خارج از كشور ارائه‌دهنده‌ي سرويس را به متخصصان نمي‌داد.

فناوري 2G دومين نسل از شبكه‌هاي ارتباطي موبايل و برپايه‌ي فناوري‌هاي ديجيتال است. اين فناوري در اوايل دهه‌ي ۱۹۹۰ ميلادي معرفي شد و درواقع اين كشور فنلاند بود كه براي اولين‌بار در سال ۱۹۹۲ ميلادي فناوري يادشده را عرضه كرد. فناوري 2G خدماتي مانند پيام متني (SMS)، پيام‌هاي تصويري و پيام‌هاي چندرسانه‌اي (MMS) را ارائه مي‌كند. اين سيستم امنيت بيشتري را هم براي فرستنده و هم گيرنده‌ي تماس و پيام فراهم مي‌كند. در فناوري يادشده، تمامي پيام‌هاي متني به‌صورت ديجيتالي رمزگذاري مي‌شوند؛ درنتيجه تنها فرد گيرنده قادر به دريافت و خواندن پيام‌ها است.

سيستم 2G از فناوري‌هاي دسترسي همراه ديجيتال (digital mobile access technology)، همچون TDMA و CDMA استفاده مي‌كند. TDMA با تقسيم سيگنال‌ها به بازه‌هاي زماني كوتاه، امكان استفاده‌ي متخصصان بيشتري را از يك فركانس فراهم مي‌كند و درهمين‌حال CDMA به هر متخصص كد خاصي را اختصاص مي‌دهد تا متخصصان به‌صورت چندسويه باهم ارتباط برقرار كنند. سيستم TDMA، فناوري‌هاي GSM، PDC، iDEN و iS-136 را شامل مي‌شود. سيستم CDMA نيز از فناوري IS-95 استفاده مي‌كند.

GSM يا سيستم جهاني ارتباطات همراه دراصل از اروپا منشا گرفته و تحسين‌برانگيزترين استاندارد در بين تمامي فناوري‌هاي ارتباطات همراه است و در بيش از ۲۱۲ كشور جهان استفاده مي‌شود. استاندارد يادشده، رومينگ بين‌الملل را بين اپراتورهاي تلفن همراه بسيار رايج كرده و باعث شده است متخصصان در هر بخشي از جهان قادر به استفاده از موبايل‌هاي موبايلشان باشند. GSM براي ايجاد ارتباطات چندسويه تا ۸ تماس در هر كانال و در باندهاي ۹۰۰ و ۱۸۰۰ مگاهرتز از TDMA استفاده مي‌كند. GSM نه‌تنها برقراري تماس را محقق، بلكه داده‌ها را در بيشينه سرعت ۱۴٫۴ كيلوبايت‌برثانيه منتقل مي‌كند. گفتني است در ايالات متحده، سازمان FCC طيف موجي جديدي را در فركانس ۱۹۰۰ مگاهرتز براي اين سيستم اختصاص داده است.

GSM از زماني‌كه ابداع شده، به‌طور مداوم بهبود يافته است تا خدمات بهتري را در بازار ارائه كند. فناوري‌هاي جديدتر براساس سيستم اوليه‌ي GSM توسعه يافته‌اند تا بعدها تبديل‌به سيستم‌هاي پيشرفته‌تري همچون نسل 2.5G از شبكه‌هاي تلفن همراه شوند.

براي درك بهتر فناوري GSM لازم است تا مفاهيمي همچون شبكه‌ي سوئيچينگ مدار (Circuit switching)، سوئيچينگ بسته (Packet switching)، شبكه‌ي تلفن سوئيچ‌شده‌ي عمومي (PSTN) و تبادل‌كننده‌ي تلفن توضيح داده شود. تبادل‌كننده‌ي تلفن يا سوئيچ تلفن، يك سيستم ارتباطي است كه در شبكه‌ي تلفن سوئيچ‌شده‌ي عمومي (PSTN) يا سازمان‌هاي بزرگ استفاده مي‌شود (به‌دليل درهم‌تنيدگي مطالب، بعدتر توضيحات لازم در مورد PSTN داده مي‌شود). اين فناوري، خطوط تلفن مشتركين يا مدارهاي مجازي سيستم‌هاي ديجيتال را براي برقراري تماس بين مشتركين به‌هم وصل مي‌كند. پيش‌تر وظيفه‌ي تبادل‌كننده‌ي تلفن را اپراتورهاي انساني برعهده داشتند.

درمورد شبكه‌ي سوئيچ‌شده‌ي مداري، بهترين مثال شبكه‌ي تلفني اوليه‌ي آنالوگ است. هنگام برقراري تماس از تلفني به تلفن ديگر، سوئيچ‌هايي در سيستم تبادل‌كننده‌ي تلفن، مدار سيمي يك‌پارچه‌اي را بين دو تلفن و تا پايان مكالمه شكل مي‌دهند؛ اين روند، سوئيچينگ مدار ناميده مي‌شود. در اين سيستم، تنها اندكي تأخير در حين برقراري اتصال به‌وجود مي‌آيد. كاربران ديگر هيچ‌گاه نمي‌توانند چنين مدارهايي را مختل كنند؛ زيرا مدار تا زمان آزاد‌شدن و ايجاد اتصال جديد، از هرگونه استفاده‌ي ديگر تماس‌گيرنده‌ها مصون است.

سوئيچينگ بسته، روشي براي گروه‌بندي داده‌ها داخل بسته‌ها هنگام انتقال از يك شبكه‌ي ديجيتال است. بسته‌ها از هدر و پِي‌لود ساخته شده‌اند. در ممباحثه فناوري اطلاعات، هر هدر به داده‌ي تكميلي اشاره دارد كه در ابتداي بلاك داده‌ي در حال ذخيره يا انتقال قرار دارد. هنگام انتقال داده، داده‌اي كه پس از هدر منتقل مي‌شود، پي‌لود نام دارد. سخت‌افزار شبكه‌اي، داده‌ي درون هدر را براي هدايت بسته به مقصدي استفاده مي‌كند كه پي‌لود در آن استخراج (extract) شده و توسط اپليكيشن استفاده مي‌شود. سوئيچينگ بسته، اساس اصلي ارتباطات داده در شبكه‌هاي رايانه‌اي سراسر جهان است. تفاوت سوئيچينگ مدار و سوئيچينگ بسته در جدول زير آمده است:

توصيفي‌كه در ابتدا براي سيستم GSM به‌كار برده مي‌شد، يك شبكه‌ي ديجيتال سوئيچ‌شده در مدار با قابليت مكالمه‌ي تلفني كاملا دوسويه بود. اين تعريف با گذشت زمان و ابتدا، اضافه‌شدن ويژگي انتقال داده‌هاي سوئيچ‌شده در مدار و سپس انتقال داده‌هاي بسته‌اي به‌كمك سرويس عمومي بسته‌هاي راديويي (GPRS) و سرعت داده‌ي افزايش‌يافته براي تكامل GSM يا EDGE، ارتباطات داده را نيز شامل شد. GSM داراي چندين بخش گسسته است.ساختار اين شبكه، مشتق‌شده در چندين بخش جداگانه است:

• زيرسيستم ايستگاه پايه: ايستگاه‌هاي پايه و كنترلرهاي آن‌ها
• شبكه و زيرسيستم سوئيچينگ: بخشي از شبكه‌ي GSM كه به شبكه‌ي ثابت شباهت دارد و گاهي‌اوقات تنها با نام شبكه‌ي اصلي خوانده مي‌شود.
• شبكه‌ي اصلي GPRS: بخشي اختياري است كه امكان اتصال به اينترنت بسته‌محور را فراهم مي‌كند
• سيستم همراهي عمليات: وظيفه‌ي نگه‌داري شبكه را برعهده دارد.

زيرسيستم ايستگاه پايه (BSS) بخشي از شبكه‌ي تلفن سلولي سنتي است كه مسئول رسيدگي به ترافيك داده و سيگنال‌دهي بين موبايل‌هاي موبايل و شبكه‌ي اصلي را برعهده دارد. درواقع، BSS كانال‌هاي مكالمه‌اي را كدگذاري مي‌كند، كانال‌هاي راديويي را به موبايل‌هاي موبايل اختصاص مي‌دهد، پيجينگ مي‌كند، دريافت و انتقال سيگنال ازطريق رابط هوايي (آنتن‌ها) را برعهده دارد و وظايف متعدد ديگري را دررابطه‌با شبكه‌ي راديويي انجام مي‌دهد.

پيش‌تر عملكرد دكل‌هاي مخابراتي و ايستگاه‌هاي پايه توضيح داده شد. هنگامي‌كه تلفن همراه، خارج از شعاع پوشش شبكه‌ي خانگي باشد، قابليت رومينگ كمك مي‌كند تا اين دستگاه با بهره‌گيري از ايستگاه پايه‌ي شبكه‌ي ارتباطاتي ديگري، همچنان متصل باقي بماند. Mobility management نيز يكي‌از مهم‌ترين كاركردهاي شبكه‌ي GSM است. هدف تابع Mobility management، رديابي متخصصان موبايل براي ايجاد امكان تماس، ارسال پيام متني و سرويس‌هاي ديگر تلفن همراه است.

شبكه و زيرسيستم سوئيچينگ (NSS) يا شبكه‌ي اصلي GSM، يكي از مولفه‌هاي سيستم GSM است كه تماس صوتي و توابع Mobility management براي موبايل‌هاي موبايلي كه روي شبكه‌ي ايستگاه پايه رومينگ مي‌شوند را ايجاد مي‌كند. اين شبكه را اپراتورهاي موبايل توسعه داده‌اند. NSS كمك مي‌كند دستگاه‌هاي موبايل و در شبكه‌ي گسترده‌ترِ تلفن سوئيچ‌شده‌ي عمومي (PSTN)، تلفن‌ها با يكديگر ارتباط برقرار كنند.

NSS در ابتدا براي شبكه‌هاي سوئيچ‌شده در مدار طراحي شده بود و در خدمات سنتي GSM همانند مكالمه، پيام متني و داده‌هاي سوئيچ‌شده در مدار به‌كار مي‌رفت. بخش يادشده بعدها، با معماري ديگري توسعه يافت تا خدمات GPRS را نيز ارائه دهد.

GPRS سيستم توسعه‌يافته‌اي از شبكه‌هاي 2G موجود، براي ايجاد قابليت سرويس‌هاي بسته‌محور، هم‌زمان با افزايش سرعت و نرخ داده‌هاي اين شبكه‌ها است. اصطلاح نسل دو و نيم (2.5G) براي توصيف سيستم‌هاي 2G به‌كار مي‌رود كه علاوه‌بر استاندارد ارتباطي سوئيچسنگ مدار (Circuit switching)، از دامنه‌ي سوئيچينگ بسته (Packet switching) استفاده مي‌كنند. البته اصلاح 2.5G متخصصد رسمي ندارد. GPRS با استفاده از پايگاه داده‌ي HLR، VLR و AuC و فناوري‌هاي HSCSD، GPRS و EDGE داده‌ها را با سرعت ۵۶ تا ۳۸۴ كيلوبيت‌برثانيه منتقل مي‌كند.

فناوري 2.5G خدماتي همچون دسترسي به پروتكل متخصصدي بي‌سيم (WAP) و سرويس MMS را فراهم كرده و براي ارتباطات اينترنتي، سرويس‌هايي مانند رايانامه و شبكه‌ي بي‌سيم جهاني وب (WWW) را در اختيار متخصصان قرار مي‌دهد. هزينه‌ي انتقال داده در سيستم GPRS معمولا به‌ازاي هر مگابايت از ترافيك منتقل‌شده محاسبه مي‌شود؛ درحالي‌كه ارزش ارتباطات داده به‌وسيله‌ي روش سنتي سوئيچينگ مداري، به‌ازاي هر دقيقه از اتصال به شبكه است؛ حال اينكه متخصص از سيستم استفاده كند يا خير.

HLR يا Home Location Register، يك پايگاه داده‌ي مركزي شامل جزئيات هر متخصص موبايلي است كه به شبكه‌ي GSM دسترسي دارد. در هر شبكه‌ي عمومي تلفن همراه، ممكن است چند HLR به‌صورت فيزيكي در محل‌هاي مختلف شبكه‌ي PLMN تعبيه شوند. شبكه‌ي PLMN تركيبي از تمامي نسل‌هاي شبكه‌هاي ارتباطي است كه هر اپراتور ارائه مي‌دهد؛ PLMN درواقع همان PSTN بدون تلفن‌هاي ثابت است. VLR يا Visitor Location Register نيز پايگاه داده‌اي براي ايستگاه‌هاي موبايل (MS) است و اطلاعات را به مراكز تبادل‌كننده‌ي تلفن ارسال مي‌كند. 

AuC يا مركز احراز هويت (Authentication Center)، تابعي براي اعتبارسنجي هر سيم‌كارتي است كه معمولا هنگام روشن‌شدن موبايل، سعي دارد به شبكه‌ي مركزي GSM متصل شود. درصورت موفقيت‎‌آميز بودن اعتبارسنجي، اطلاعات سيم‌كارت و متخصص آن در پايگاه داده‌ي HLR ذخيره مي‌شود. همچنين يك كليد رمزگذاري نيز توليد مي‌شود كه متعاقباً براي رمزگذاري كليه‌ي ارتباطات بي‌سيم (مكالمه، پيام متني و مواردي از اين‌دست) بين تلفن همراه و شبكه‌ي مركزي GSM استفاده مي‌شود.

شبكه‌ي GPRS با معرفي رمزگذاري 8PSK به شبكه‌هاي EDGE تكامل يافت. EGPRS و IMT-SC، فناوري‌هاي ديجيتال تلفن همراهي بودند كه كمك كردند سرعت انتقال داده افزايش يافته و سيستم GSM استاندارد توسعه يابد. فناوري EDGE از آغاز سال ۲۰۰۳ ميلادي، درابتدا توسط اپراتور AT & T در ايالات متحده روي سيستم GSM سوار شد.  شركت‌هاي دخيل در پروژه‌ي 3GPP بعدها شبكه‌ي يادشده را به‌عنوان بخشي از سيستم GSM استانداردسازي كردند و ظرفيت بالقوه‌ي EDGE‌ را تا سه‌برابر شبكه‌هاي GSM و GPRS افزايش دادند.

هما‌نگونه كه پيش‌تر گفته شد، GSM از فناوري TDMA استفاده مي‌كند كه با تقسيم سيگنال‌ها به بازه‌هاي زماني كوتاه، امكان استفاده‌ي متخصصان بيشتري را از يك فركانس فراهم مي‌كند. حال به‌لطف روش‌هاي پيچيده‌تر رمزگذاري، يعني 8PSK، شبكه‌ي EDGE در بازه‌هاي زماني كوتاه مشابه‌با GSM، تا ۲۳۶٫۸ كيلوبيت‌برثانيه سرعت انتقال داده دارد. فناوري EDGE نسخه‌اي توسعه‌يافته از GSM است، ولي اجازه مي‌دهد تا انتقال سريع‌تر و جمع‌وجورتري از داده‌ها و اطلاعات به‌وجود آيد. همچنين شبكه‌ي EDGE، كه حامل منفرد يا IMT-SC نيز ناميده مي‌شود، يك فناوري راديويي است و تاحدودي، بخشي از نسل سوم شبكه‌هاي ارتباطي به‌حساب مي‌آيد. فناوري EDGE به‌دليل انعطاف‌پذيري بيشتر براي حمل داده‌هاي سوئيچ مدار و سوئيچ بسته، نسبت‌به GSM خواهان بيشتري دارد.

درمقايسه‌با GPRS، فناوري EDGE داده‌ها را در زمان كمتري منتقل مي‌كند. براي مثال، يك فايل متني ۴۰ كيلوبايتي در شبكه‌ي EDGE در عرض دو ثانيه منتقل مي‌شود، حال آن‌كه GPRS همان فايل را در ۶ ثانيه انتقال مي‌دهد. بزرگ‌ترين مزيت فناوري EDGE اين است كه نيازي به صرف هزينه‌ي اضافي يا هيچ سخت‌افزار و نرم‌افزار ديگري براي استفاده از آن وجود ندارد. درواقع موبايل‌هايي كه از سيستم GSM استفاده مي‌كنند، فناوري EDGE را نيز همراهي خواهند كرد.

تا به اين قسمت از مقاله، توضيح داده شد كه دكل‌هاي مخابراتي چگونه سيگنال‌هاي تلفن همراه را رديابي و دريافت مي‌كنند، چگونه بين شبكه‌ي PLMN و PSTN و دستگاه‌هاي تلفن همراه ارتباط برقرار مي‌كنند و در نهايت چگونه داده‌ها را جابه‌جا مي‌كنند. كاركرد و انواع شبكه‌هاي ارتباطي بي‌سيم 0G، 0.5G، 1G، 2G، 2.5G و 2.7G توصيف و شبكه‌هاي پركاربردي چون EDGE، GSM و GPRS واكاوي شد. دقت كنيد كه حجم انبوه شبكه‌هاي موبايلي و انواع فناوري‌هاي مختص‌به هر كشور، سبب شد تا بسياري از اصطلاحات خلاصه‌وار توضيح داده شود و از توصيف برخي‌از فناوري‌ها و موارد حاشيه‌اي خودداري شود. در بخش دوم از مقاله، شبكه‌هاي 3G، 3.5G، 3.7G، 4G و 5G مطالعه خواهند شد و مقايسه‌ي جامعي از تمامي اين فناوري‌ها خواهيم داشت.