GSM

GSM - это стандарт мобильных сетей второго поколения 2G.

В восьмидесятых годах была сформирована группа для разработки общего стандарта мобильной связи. По словам Groupe Speciale Mobile (так раньше расшифровывался GSM), его основной задачей было разработать единую, согласованную сеть для всей Европы и предложить лучшее и более эффективное техническое решение для беспроводной связи.

Хотя стандарт основан на системе множественного доступа с временным разделением (TDMA), его технология использует цифровые сигнальные и речевые каналы и считается второй системой (2G) для мобильных телефонов.

Конечные пользователи GSМ первыми воспользовались недорогой реализацией SMS (система коротких сообщений), которая более известна как текстовое сообщение.

Будучи сотовой сетью, стандарт сотовой связи использует ячейки для обеспечения беспроводной связи абонентам, находящимся в непосредственной близости от этих ячеек. Четыре основные ячейки, которые составляют сеть GSM, называются макросами, микро, пико и фемто. Наружное покрытие обычно обеспечивается макро и микро ячейками, в то время как крытый охват обычно обеспечивается клетками pico и femto.

Телефоны GSM могут быть идентифицированы наличием модуля идентификации абонента (SIM). Этот крошечный объект, размером примерно с палец, представляет собой съемную смарт-карту, содержащую информацию о подписке пользователя, а также некоторые записи контактов. Эта SIM-карта позволяет пользователю переключаться с одного GSM-телефона на другой. В некоторых странах, особенно в Азии, телефоны GSM заблокированы для конкретного оператора. Однако, если пользователю удастся разблокировать телефон, он может вставить любую SIM-карту с любого носителя в тот же телефон.

Одним из основных преимуществ стандарта GSM является возможность перемещаться и переключаться между операторами с помощью отдельных мобильных устройств (если партнерские сети расположены в пункте назначения).

История GSM

Как уже говорилось, началась работа над тем, что в конечном итоге станет стандартом GSM в 1981 году, когда CEPT сформировала комитет Groupe Spécial Mobile для работы над европейским стандартом для технологии цифровых сотовых телефонов. Спустя более пяти лет представители из 13 европейских стран подписали Меморандум о взаимопонимании в Копенгагене, который согласился разработать, а затем развернуть общую сотовую систему по всей Европе.

Первая техническая спецификация GSM была опубликована в феврале 1987 года. Чтобы полагаться на общий мобильный стандарт для Европы, министры из четырех более крупных стран ЕС сделали еще одно политическое подтверждение своей поддержки стандарта GSM в рамках Боннской декларации о глобальных информационных сетях в мае 1987 (Германия, Великобритания, Франция и Италия). «МГС GSM» был подписан в сентябре 1987 года и помог получить денежные взносы на инвестиции в сеть. В результате европейская сеть GSM смогла увидеть гораздо более быстрое развертывание, чем считалось ранее возможным. В 1986 году Европейская комиссия предложила зарезервировать полосу частот 900 МГц исключительно для использования GSM.

Первая спецификация GSM стала доступной в 1990г. Всего через год бывший премьер-министр Финляндии Харри Холкери сделал первый телефонный звонок в мире. Звонок был сделан по сети, работающей от Radiolinja и построенной Telenokia и Siemens. А в 1992 году по сети GSM было отправлено первое SMS . В течение этого года Vodafone UK и Telecom Finland также подписали первое международное соглашение о роуминге.

Особенности стандарта

GSM - это система с коммутацией каналов. Она разделяет все каналы 200кГц на восемь временных интервалов 25кГц. Стандарт работает на трех разных несущих частотах: 900МГц, которая использовалась исходной системой GSM; 1800МГц, которая была добавлена для поддержки числа набухающих абонентов и частоты 1900МГц, которая используется, главным образом, в США.

Диапазон 850 МГц также используется для GSM и 3GSM в Австралии, Канаде и многих странах Южной Америки. GSM поддерживает скорость передачи данных до 9,6 кбит / с, что позволяет передавать базовые услуги передачи данных, такие как SMS.

Другим важным преимуществом является возможность международного роуминга, позволяющая пользователям получать доступ к тем же услугам что и дома, когда выезжаете за границу. Это дает потребителям бесшовные и одинаковые возможности подключения в более чем 210 странах. Спутниковый роуминг GSM также расширил доступ к услугам в районах, где наземное покрытие недоступно.

GSM900/GSM1800

Эти два стандарта используют большинство стран мира.

GSM-900 работает на частотном диапазоне 890-915МГц, и используется для обмена информацией между мобильной станцией и базовой приемопередающей станцией ​​(восходящая линия связи) и 935-960МГц для нисходящей линии. Это обеспечивает 124 радиочастотных канала (каналы 1 - 124), расположенные на расстоянии 200кГц.

В данном случае используют дуплексный интервал 45МГц.

Для охвата более широкого частотного диапазона, был создан «расширенный GSM900 или E-GSM».  Он работает в частотах от  880 МГц до 915 МГц (на восходящей линии) и от 925 МГц до 960 МГц (на нисходящей), что позволяет добавить 50 каналов (975-1023 и 0) в диапазон GSМ-900. Спецификация имеет также стандарт GSM-R, который использует частоту от 876 МГц до 915 МГц (восходящая) и от 921 МГц до 960 МГц (нисходящая). Номера каналов при этом 955-1023. GSM-R предлагает специализированные каналы и услуги, которые используются железнодорожным персоналом. Все эти модификации включаются в спецификацию GSM-900.

GSM-1800 в свою очередь работает в частотном диапазоне от 1710 МГц до 1785 МГц при передаче данных с мобильной станции на базовую приемопередающую и 1805-1880 МГц для другого направления. Он обеспечивает 374 канала (512-885) и дуплексный интервал  в 95 МГц.

GSM-1800 также называется PCS в Гонконге и Великобритании. Большинство операторов GSM в Индии используют диапазон 900 МГц. Такие операторы, как Hutch, Airtel, Idea и некоторые другие, используют 900 МГц в сельских районах и 1800 МГц в городских районах.

Разница между GSM-900 и GSM-1800 заключается в том, что GSM-900 имеет двойной охват по сравнению с GSM-1800. Это связано с тем, что по мере увеличения частоты размер ячейки уменьшается из-за увеличения потерь в пути. Поэтому для обеспечения полного охвата конкретной территории в GSM-1800 необходимо установить большее количество башен, чем в GSM-900. Но поскольку в диапазонах GSM-1800 есть больше частот, больше возможностей можно обеспечить хорошим трафиком. Это позволяет GSM-1800 обрабатывать больше абонентов, чем GSM-900. Баланс обоих может помочь достичь хорошего охвата.

GSM-850

GSM-850 и GSM-1900 используются в США, Канаде и многих других странах Северной и Южной Америки. GSM-850 также иногда ошибочно называется GSM-800. В Австралии GSM 850 - это частота, выделенная для NextG Network Telstra, которая была включена в октябре 2006 года. Сеть NextG является шагом вверх от сети 3G и доступна на более высоких скоростях в Австралии по сравнению с сетью 3G, которая ограничена только для крупных населенных пунктов.

GSM-850 использует 824 - 849 МГц для передачи информации с мобильной станции на базовую приемопередающую станцию (восходящая линия связи) и 869 - 894 МГц для другого направления (нисходящая линия связи). Номера каналов от 128 до 251.

Cellular - это термин, используемый для описания диапазона 850 МГц, поскольку в этом спектре была выделена исходная система аналоговой сотовой мобильной связи. Поставщики обычно работают в одном или обоих частотных диапазонах.

GSM использует модуляции: QPSK, 8PSK, 16-QAM.

GSM работает по принципу комбинации двух известных технологий TDMA и FDMA - множественного доступа с временным и частотным разделением каналов. Вторая в свою очередь обеспечивает  деление по частоте полосы с максимальной шириной 25МГц на 124 несущих частоты, которые разносятся на 200кГц друг от друга.

Каждая базовая станция имеет одну или несколько назначенных несущих частот. Затем каждую из несущих делят по времени с помощью TDMA. Базовая единица времени в этой схеме TDMA называется периодом импульсов и составляет ~ 0,578 мс. Восемь периодов группируются в  кадр TDMA (~4,62 мс), который формирует базовый блок для определения логических каналов. Один физический канал представляет собой один период пакета для кадра TDMA.

Голосовые кодеки GSM

GSM использует голосовые кодеки, чтобы соответствовать 3,1 кГц аудио в максимальной скорости передачи данных в полосах частот GSM. Исходными кодеками, используемыми стандартом GSM, были Full Rate (13 кбит / с) и Half Rate (6,5 кбит / с). Каждый из них использовал систему, основанную на LPC (линейное предсказательное кодирование). Эти кодеки помогли довести максимальную эффективность до битрейта, а также сделали возможным приоритет и защиту более важных компонентов передаваемого аудиосигнала.

В 1997 году был опубликован и внедрен кодек EFR в стандарте GSM. EFR предоставил GSM-сеть 12,2 тыс. / секунду и использовал полноскоростной канал. Как только UMTS была разработана, EFR превратилась в AMR-Narrowband CODEC, который более устойчив к помехам и считается более качественным, чем устаревшие GSM-кодеки.

Как работает служба безопасности GSM?

Стандарт GSM был разработан с учетом безопасности с самого начала. Сеть была создана с возможностью аутентификации подписчиков с использованием предварительно открытого ключа и методологии ответа на запрос. В GSM связь между мобильной телефонной трубкой и базовой станцией также может быть зашифрована. С развитием UMTS существует также дополнительный USIM (Universal Subscriber Identity Module), который обеспечивает более длительный ключ аутентификации, чтобы обеспечить повышенную безопасность, а также обеспечивает аутентификацию базовой станции для защиты пользователя от подмены.

Существует несколько криптографических алгоритмов, используемых GSM для обеспечения безопасности сети. Шифраторы A5 / 1, A5 / 2 и A5 / 3 подаются взысканием за конфиденциальность голоса в эфире, причем A5 / 1 является более сильным алгоритмом, используемым в Европе и США. GSM поддерживает использование нескольких алгоритмов шифрования, поэтому алгоритмы могут быть изменены сетевыми операторами по мере появления более сильных. Проблемы безопасности GSM, такие как кража услуг, конфиденциальность и юридический перехват, продолжают вызывать значительный интерес у сообщества GSM. Болнее детальную информацию о безопасности GSM можно найти на портале безопасности GSM.