जीएसएम आणि सीडीएमए (अच्युत गोडबोले)

आपण सेल फोन घेऊन चालत चालत किंवा गाडीतून आपल्या सेलच्या टोकाला आणि शेजारच्या सेलच्या जवळ जातो, तेव्हा आपला सेल फोन आणि आपल्या सेलमधलं बेस स्टेशन यांच्यातला सिग्नल अशक्त (वीक) होतो आणि हळूहळू शेजारच्या बेसस्टेशनकडून आपल्या सेल फोनकडे येणारा सिग्नल जास्त मजबूत (स्ट्राँग) व्हायला लागतो. यावेळी आपण एका सेलमधून दुसऱ्या सेलमध्ये चाललोय हे त्या दोन्ही सेल्समधल्या बेस स्टेशन्सना आणि त्यानंतर MTSO ला कळतं आणि आपण दुसऱ्या सेलमध्ये प्रत्यक्ष गेल्यावर MTSO आता आपण नव्या सेलमध्ये गेलो आहोत याची नोंद आपल्या डेटाबेसमध्ये ठेवतं. आता आपला संवाद या नव्या बेस स्टेशनमार्फत चालू राहतो.

बऱ्याच घडामोडीनंतर रिंगच्या सेलच्या कल्पनेवर आधारीत सन १९८२ मध्ये बेल लॅब्जनं ‘अॅडव्हान्स्ड मोबाईल फोन सिस्टिम (एएमपीएस)’ या तंत्रज्ञानाची निर्मिती केली. या पद्धतीत प्रत्येक शहरामध्ये प्रत्येकी १० ते २० चौरस किलोमीटर क्षेत्रफळाचे अनेक सेल्स, त्या प्रत्येक सेलमध्ये एक बेस स्टेशन आणि त्या शहरातल्या अनेक बेस स्टेशन्सवर नियंत्रण ठेवण्यासाठी एक ‘मोबाईल टेलिफोन स्विचिंग ऑफिस’ (MTSO) असा तो एकूण प्रकार होता. थोडक्यात एमटीएसओ म्हणजे टेलिफोन एक्सचेंजसारखाच मोबाईल एक्सचेंज होता!

या पद्धतीत दर सेलमध्ये असलेल्या बेस स्टेशनमध्ये एक मोबाईल टॉवर असतो. या मोबाईल टॉवरवर सिग्नल्स पाठवण्यासाठी आणि रिसिव्ह करण्यासाठी अँटेनाज असतात. शहरातल्या आयडिया, जिओ, एअरटेल, व्होडाफोन अशा प्रत्येक कॅरियरला दरवेळी आपले वेगळे टॉवर्स उभे करावे लागू नयेत म्हणून गरज पडल्यास त्याच टॉवरवर अनेक कॅरियर्सचे अँटेनाज थोड्या थोड्या अंतरावर बसवण्याची सोय असते. प्रत्येक कॅरियरचं प्रत्येक शहरात एक MTSO असतं आणि त्या कॅरियरची त्या शहरातली सगळी बेस स्टेशन्स त्या कॅरियरच्या MTSO ला जोडलेली असतात. कुठल्याही कॅरियरचा MTSO त्या शहरातल्या आपल्या सगळ्या बेस स्टेशन्सवर नियंत्रण ठेवतो. जेव्हा आपण सेल फोन ऑन करतो, तेव्हा आपला सेल फोन आपल्या सेलमधल्या बेस स्टेशनशी जोडला जातो. आपल्या सेल फोनवर सिग्नल्सची जी पातळी आपल्याला काड्यांच्या स्वरूपात दाखवली जाते, ती आपला सेल फोन आणि बेस स्टेशन (म्हणजे त्यातला टॉवर आणि अँटेनाज) यांच्यातली कनेक्टिव्हिटी दाखवते. यानंतर आपण सेल फोन चालू केल्याचा संदेश त्या सेलचं बेस स्टेशन MTSO कडे पाठवतं. आता MTSO अमुक अमुक सेलमध्ये अमुक अमुक सेल फोन चालू झाला आहे, अशी आपल्या डेटाबेसमध्ये नोंद ठेवतो. यानंतर आपण जेव्हा कुणाला फोन करतो तेव्हा संभाषण चालू करण्यापूर्वी त्या सेलसाठी अॅलोकेट केलेल्या फ्रीक्वेन्सीजपैकी ज्या फ्रीक्वेन्सीज (चॅनेल्स) त्यावेळी वापरल्या गेल्या नसतील, म्हणजेच मोकळ्या असतील, त्यातली एक त्या संभाषणासाठी अॅलोकेट करण्याचं कामही MTSO करतो. आणि मग त्याची नोंदही आपल्या डेटाबेसमध्ये ठेवतो. आपण जेव्हा संभाषण संपवतो, तेव्हा तो चॅनेल पुन्हा मोकळा होतो आणि त्या सेलमधल्या दुसऱ्या कोणाला संभाषण सुरू करण्यापूर्वी तोच चॅनेल अॅलोकेट करता येतो.
आपल्याला बाहेरून कॉल आला तर तोही MTSOच नियंत्रित करत असल्यामुळे त्याला आपण कुठल्या सेलमध्ये ‘जागे’ आहोत हे माहीत असतं आणि मग MTSO त्या दोन फोन्समधलं कनेक्शन घडवून आणतं आणि संभाषणासाठी चॅनेल्सही अॅलॉकेट करतं.

जेव्हा आपण सेल फोन घेऊन चालत चालत किंवा गाडीतून आपल्या सेलच्या टोकाला आणि शेजारच्या सेलच्या जवळ जातो, तेव्हा आपला सेल फोन आणि आपल्या सेलमधलं बेस स्टेशन यांच्यातला सिग्नल अशक्त (वीक) होतो आणि हळूहळू शेजारच्या बेसस्टेशनकडून आपल्या सेल फोनकडे येणारा सिग्नल जास्त मजबूत (स्ट्राँग) व्हायला लागतो. यावेळी आपण एका सेलमधून दुसऱ्या सेलमध्ये चाललोय हे त्या दोन्ही सेल्समधल्या बेस स्टेशन्सना आणि त्यानंतर MTSO ला कळतं आणि आपण दुसऱ्या सेलमध्ये प्रत्यक्ष गेल्यावर MTSO आता आपण नव्या सेलमध्ये गेलो आहोत याची नोंद आपल्या डेटाबेसमध्ये ठेवतं. आता आपला संवाद या नव्या बेस स्टेशनमार्फत चालू राहतो. हे होत असताना जुन्या आणि नव्या बेस स्टेशनमध्ये जो ‘हँड ओव्हर’ होतो तो इतका सुलभपणे होत असतो, की असं दर दिवशी अनेक ग्राहकांचं मिळून हजारो वेळा होत असलं, तरी याची आपल्याला कल्पनाही येत नाही.
असंच जेव्हा आपण एक शहर सोडून दुसऱ्यामध्ये जातो, तेव्हा त्या दोन शहरातल्या MTSO मध्ये बराच संवाद व्हावा लागतो आणि दोघांचे डेटाबेसेस अपडेट करावे लागतात. यालाच ‘रोमिंग’ असं म्हणतात. जर आपण रोमिंग सेवा निवडली असेल, तर हीही प्रक्रिया अत्यंत सुलभ तऱ्हेनं होते आणि आपल्याला याची कल्पनाही येत नाही!

‘अॅडव्हान्स्ड मोबाईल फोन सिस्टिम’ (एएमपीस) ही अॅनेलॉग पद्धती होती. यालाच ‘१G (फर्स्ट जनरेशन)’ असं म्हणतात. यामध्ये आवाजाच्या वरखाली होणाऱ्या अॅनेलॉग ध्वनीलहरींचं तशाच वरखाली होणाऱ्या अॅनेलॉग रेडिओ लहरींमध्ये रूपांतर करून त्या लहरी दुसरीकडे पाठवल्या जायच्या. दुसऱ्या टोकाला म्हणजे रिसिव्हरच्या टोकाला या वरखाली होणाऱ्या अॅनेलॉग रेडिओ लहरींचं पुन्हा वरखाली होणाऱ्या अॅनेलॉग ध्वनीलहरींमध्ये रूपांतर व्हायचं आणि मग ऐकणाऱ्याला आवाज ऐकू यायचा. या अॅनेलॉग तंत्रज्ञानावर आधारलेल्या मोबाईल फोनमध्ये बऱ्याच त्रुटी होत्या. यातली सगळ्यात मोठी त्रुटी म्हणजे जर या रेडिओ लहरींमध्ये प्रवासात बदल झाला, तर त्या लहरी पूर्वस्थितीला आणणं अवघड असे. या बदलामुळे आवाजात थोडाफार फरक पडला, तरी एकवेळ चालेल, कारण दुसऱ्या टोकाला तो आवाज आणि त्यातले शब्द निदान ऐकणाऱ्याला ओळखता यायचे. मात्र, आवाजाशिवाय इतर काहीही (उदाहरणार्थ डेटा) पाठवणं शक्यच नव्हतं. कारण परीक्षेत पडलेले मार्क्स, शेअर्सच्या किंमती किंवा बँक बॅलन्स यात थोडासाही फरक चालणार नव्हता. म्हणून १G मधून फक्त संभाषण होऊ शकायचं. डेटा पाठवता यायचा नाही. त्यामुळे एसएमएसचा प्रश्नच नव्हता. याचंच पुढचं पाऊल म्हणजे ‘डिजिटल अॅडव्हान्स्ड फोन सिस्टिम’ (डीएपीएस). ही पद्धती अमेरिका आणि जपान इथं वापरली जात होती; पण त्याच वेळी युरोप आणि बाकीच्या जगानं ‘ग्लोबल सिस्टिम फॉर मोबाईल कम्युनिकेशन्स’ (जीएसएम) ही पद्धती अवलंबली. यालाच ‘२G’ किंवा ‘सेकंड जनरेशन’ असं म्हणतात.

‘२G’ हे डिजिटल तंत्रज्ञानावर आधारलेलं होतं. डिजिटल तंत्रज्ञानात आवाजाच्या वरखाली होणाऱ्या अॅनेलॉग ध्वनीलहरींचं ० आणि १ अशा बिट्सच्या बायनरी कोडभाषेत रूपांतर होतं आणि हे बिटस् रेडिओलहरींमार्फत दुसरीकडे पाठवले जातात. आणि शेवटी दुसऱ्या टोकाला या बायनरी बिट्सचं वरखाली होणाऱ्या अॅनेलॉग ध्वनीलहरींमध्ये रूपांतर होतं आणि मग दुसऱ्या टोकाला आपल्याला तो आवाज पूर्वीसारखा ऐकू येतो. यामध्ये अॅनेलॉग सिग्नलऐवजी डिजिटल सिग्नल्स पाठवल्यामुळे प्रवासात काही बारीक बदल झाले किंवा चुका झाल्या तरी त्या दुरुस्त करता येतात किंवा तो डेटा पुन्हा पाठवण्याची विनंती करता येते. त्यामुळे सिग्नल्सची विश्वासार्हता वाढते. अर्थातच यामध्ये ० आणि १ च्या स्वरूपातला डेटा आणि एसएमएस वगैरे पाठवता येतात. असं नसतं, तर मोबाईल बँकिंग किंवा इतरही अनेक गोष्टी शक्यच झाल्या नसत्या.

जीएसएम आपला जम बसवत असतानाच अमेरिकेत एकाच वेळी अनेक संभाषणं वाहून नेण्याची क्षमता असलेलं ‘कोड डिव्हिजन मल्टिपल अॅक्सेस’ (सीडीएमए) हे ते तंत्रज्ञान उगम पावत होतं. अमेरिकेतल्या क्वालकॉम कंपनीनं ते तयार केलं होतं. हे सीडीएमए नेमकं कसं काम करतं?
सीडीएमएचं वैशिष्ट्य म्हणजे आधीच्या सगळ्या तंत्रज्ञानाच्या तुलनेत सीडीएमए तंत्रज्ञान एकाच वेळी अनेक संभाषणं एकीकडून दुसरीकडे नेऊ शकतं. जीएसएम मात्र एका वेळी इतकी संभाषणं नेऊ शकत नाही. हे कशामुळे होतं? हे समजून घेण्यासाठी आपण एक सोपं उदाहरण घेऊ. समजा एका खोलीत अनेक माणसं आहेत. आता जर एकाच वेळी अनेक माणसं बोलायला लागली, तर कोण काय बोलतंय याचा पत्ताच लागणार नाही. त्यासाठी एक उपाय करता येतो. तो म्हणजे ज्या दोघांना संभाषण करायचंय त्या दोघांनी एक वेगळी स्वतंत्र भाषा निवडून त्यातच त्यांनी बोलायचं. दुसऱ्या जोडीनं आणखी वेगळ्या भाषेत बोलायचं. म्हणजे जर त्या हॉलमध्ये ४० माणसांच्या २० जोड्या असतील, तर त्यांनी आपापली संभाषणं २० वेगवेगळ्या भाषांमधून करायची. आता जेव्हा आपण आपल्या जोडीदाराशी बोलत असतो, तेव्हा इतर संभाषणांमधलं इतर भाषेतलं काहीतरी आपल्या कानावर सतत पडत असलं, तरी आपला मेंदू त्याकडे दुर्लक्ष करतो आणि फक्त आपल्या भाषेत बोललेलंच टिपतो तसंच काहीसं सीडीएमएमध्ये होतं.

प्रत्येक सीडीएमए फोनमध्ये तो फोन तयार करतानाच एक विशिष्ट ‘बायनरी कोड’ बसवलेला असतो. प्रत्येक सीडीएमए मोबाईल फोनचा कोड वेगळा असतो. जेव्हा एखाद्या सीडीएमए फोनला त्या मोबाईलधारकाचं बोलणं नेटवर्ककडे पाठवायचं असतं, तेव्हा आधी त्याचं बोलणं डिजिटाइझ केलं जातं. त्यातून मिळालेल्या बायनरी आकड्यांमध्ये हा फोनमधला बायनरी कोड मिसळला जातो. त्यानंतर हा कोडमिश्रित संदेश फोनमधून बायनरी आकड्यांच्या रूपानं बाहेर पडतो. हे बायनरी आकडे संबंधित मोबाईल कंपनीच्या एमटीएसओकडे आले, की तो एमटीएसओ या ‘कोडमिश्रित’ बोलण्यामधून बायनरी कोड वेगळा काढतं. कुठल्या फोनचा काय कोड आहे हे एमटीएसओला माहीत असल्यामुळे यात काही अडचण नसते. यातून एमटीएसओ उरलेल्या प्रत्येक संदेशातल्या बायनरी आकड्यांचं रूपांतर मूळ आवाजात करून टाकतं.

प्रत्येक GSM मोबाईल फोनमध्ये एक सिमकार्ड असतं. ‘सिम’ म्हणजे सबस्क्रायबर आयडेंटिटी मॉड्यूल’ (SIM). यामुळे आपल्या फोनची ओळख पटते. सिममुळे आपल्या फोनला कुठलं नेटवर्क (उदाहरणार्थ, व्होडाफोन, एअरटेल...) वापरायचं ते समजतं. अर्थातच बिलिंगसाठी त्याचा उपयोग होतो. सिममध्ये एक इंटिग्रेटेड सर्किट असतं. त्यात अनेक ट्रान्झिस्टर्स असतात. हा सिमचा सीपीयू झाला. सिमला मेमरीही असते. त्यात एक ओळखपत्रासारखा एक नंबर असतो. त्याला ‘इंटरनॅशनल मोबाईल सबस्क्रायबर आयडेंटिटी’ (IMSI) असं म्हणतात. हे म्हणजे आपल्या सिमच्या आधारकार्डसारखं असतं. सिमवर IMSI बरोबरच एक ऑथेंटिकेशन कोड (ऑथेंटिकेशन की) असते. या कीमुळंच त्या सिमची ओळख पटते. हे म्हणजे आधारकार्डच्या फोटोसारखं असतं. IMSI आणि ही ऑथेंटिकेशन की म्हणजे सिमचे युजर नेम आणि पासवर्ड असंही म्हणता येईल. याशिवाय सिमच्या मेमरीत डेटा प्लॅन, बिलिंगची माहिती, फोन अनलॉक करण्याचं पिन कोड आणि काही फोन नंबर्स (काँटॅक्ट्स) आणि मेसेजेस अशीही बरीच माहिती साठवलेली असते. आपण आपला सिम कुठल्याही फोनमध्ये घालून वापरू शकतो.

जेव्हा आपण आपला मोबाईल फोन चालू करतो, तेव्हा सिममधला IMSI आपल्या नेटवर्ककडे (उदाहरणार्थ, व्होडाफोन) पाठवला जातो. आपल्या नेटवर्ककडे त्याला जोडलेल्या मोबाईल्समधल्या IMSI चा डेटाबेस असतो. त्यामध्ये त्याला जोडलेल्या मोबाईल्सचे (म्हणजे SIMचे) IMSI आणि ऑथेंटिकेशन कोड (ऑथेंटिकेशन की) हे दोन्ही असतात. आता आपल्या मोबाईल नेटवर्कला आपला IMSI पाठवला, की नेटवर्क आपल्या डेटाबेसमध्ये तो आहे की नाही ते तपासतो आणि तो असेल, तर आपल्या डेटाबेसमधून त्याचा ऑथेंटिकेशन कोडही वाचतो. यानंतर नेटवर्क एक रँडम नंबर निर्माण करतो. समजा तो ‘अ’ आहे. आता त्यावर आपल्याकडल्या ऑथेंटिकेशन कीचा वापर करून ‘ब’ हा आकडा निर्माण करतो. यानंतर नेटवर्क मोबाईलकडे ‘अ’ हा आकडा पाठवतो. मोबाईलमधलं सिम त्या ‘अ’ वर आपल्याकडली ऑथेंटिकेशन की वापरून एक आकडा निर्माण करतं. समजा तो ‘क’ आहे. आता मोबाईल ‘क’ हा आकडा नेटवर्ककडे पाठवतो. नेटवर्क आपण निर्माण केलेला ‘ब’ हा आकडा आणि मोबाईलच्या सिमकडून आलेला ‘क’ हा आकडा यांची तुलना करतं. ते सारखे आले, तर हा मोबाईल आपल्या नेटवर्कमधलाच योग्य मोबाईल आहे असं नेटवर्क ठरवतं आणि मग पुढे त्या मोबाईलचे MTSO मधल्या योग्य सेलमधल्या अॅक्टिव्ह मोबाईलवरच्या डेटाबेसमध्ये नोंद होते. आता आपण तो मोबाईल वापरू शकतो. हे आपल्याला जरी गुंतागुंतीचं वाटत असलं, तरी ते इतक्या चटकन् होतं, की आपल्याला लक्षातच येत नाही.

सीडीएमए फोन्समध्ये सिमची गरज नसते. याचं कारण फोनलाच एक सिरियल नंबर दिलेला असतो आणि नेटवर्ककडे या सगळ्या फोन्सची यादी असते. त्यामुळे जेव्हा आपण त्या फोनवरून बोलण्यासाठी नेटवर्कशी कनेक्ट होतो, तेव्हा त्या नेटवर्कला त्या फोनची ओळख पटते. प्रत्यक्षात यात जास्त गुंतागुंत असते एवढंच!