GSM

GSM – це стандарт мобільних мереж другого покоління 2G.

У вісімдесятих роках було сформовано групу для розробки загального стандарту мобільного зв'язку. За словами Groupe Speciale Mobile (так раніше розшифровувався GSM), його основним завданням було розробити єдину, узгоджену мережу для всієї Європи та запропонувати найкраще та ефективніше технічне рішення для бездротового зв'язку.

Хоча стандарт заснований на системі множинного доступу з тимчасовим поділом (TDMA), його технологія використовує цифрові сигнальні та мовні канали та вважається другою системою (2G) для мобільних телефонів.

Кінцеві користувачі GSM першими скористалися недорогою реалізацією SMS (система коротких повідомлень), яка більш відома як текстове повідомлення.

Будучи стільниковою мережею, стандарт стільникового зв'язку використовує осередки для забезпечення бездротового зв'язку абонентам, які знаходяться в безпосередній близькості від цих осередків. Чотири основні осередки, які складають мережу GSM, називаються макросами, мікро, пико та фемто. Зовнішнє покриття зазвичай забезпечується макро та мікро осередками, в той час як критий охоплення зазвичай забезпечується клітинами pico та femto.

Телефони GSM можуть бути ідентифіковані наявністю модуля ідентифікації абонента (SIM). Цей крихітний об'єкт, розміром приблизно з палець, є знімною смарт-карткою, що містить інформацію про підписку користувача, а також деякі записи контактів. Ця SIM-картка дозволяє користувачеві перемикатися з одного GSM-телефону на інший. У деяких країнах, особливо Азії, телефони GSM заблоковані для конкретного оператора. Однак, якщо користувач може розблокувати телефон, він може вставити будь-яку SIM-картку з будь-якого носія в той же телефон.

Однією з основних переваг стандарту GSM є можливість переміщатися та перемикатися між операторами за допомогою окремих мобільних пристроїв (якщо партнерські мережі розташовані у пункті призначення).

Історія GSM

Як уже говорилося, почалася робота над тим, що зрештою стане стандартом GSM у 1981 році, коли CEPT сформувала комітет Groupe Spécial Mobile для роботи над європейським стандартом для технології цифрових мобільних телефонів. Понад п'ять років представники з 13 європейських країн підписали Меморандум про взаєморозуміння в Копенгагені, який погодився розробити, а потім розгорнути загальну стільникову систему по всій Європі.

Першу технічну специфікацію GSM було опубліковано в лютому 1987 року. Щоб покладатися на загальний мобільний стандарт для Європи, міністри з чотирьох більших країн ЄС зробили ще одне політичне підтвердження своєї підтримки стандарту GSM у рамках Боннської декларації про глобальні інформаційні мережі у травні 1987 року (Німеччина, Великобританія, Франція та Італія). МГС GSM був підписаний у вересні 1987 року і допоміг отримати грошові внески на інвестиції в мережу. В результаті європейська мережа GSM змогла побачити набагато швидше розгортання, ніж вважалося раніше можливим. 1986 року Європейська комісія запропонувала зарезервувати смугу частот 900 МГц виключно для використання GSM.

Перша специфікація GSM стала доступною 1990г. Загалом через рік колишній прем'єр-міністр Фінляндії Харрі Холкері зробив перший телефонний дзвінок у світі. Дзвінок було зроблено через мережу, що працює від Radiolinja і побудована Telenokia і Siemens. А в 1992 році по мережі GSM було надіслано перше SMS. Протягом цього року Vodafone UK та Telecom Finland також підписали першу міжнародну угоду про роумінг.

Особливості стандарту

GSM – це система з комутацією каналів. Вона поділяє всі канали 200кГц на вісім часових інтервалів 25кГц. Стандарт працює на трьох різних несучих частотах: 900МГц, що використовувалася вихідною системою GSM; 1800МГц, яка була додана для підтримки числа набухаючих абонентів та частоти 1900МГц, яка використовується, головним чином, у США.

Діапазон 850 МГц також використовується для GSM та 3GSM в Австралії, Канаді та багатьох країнах Південної Америки. GSM підтримує швидкість передачі даних до 9,6 кбіт/с, що дозволяє передавати базові послуги передачі даних, такі як SMS.

Іншою важливою перевагою є можливість міжнародного роумінгу, що дозволяє користувачам отримувати доступ до тих же послуг, що й удома, коли виїжджаєте за кордон. Це дає споживачам безшовні та однакові можливості підключення у більш ніж 210 країнах. Супутниковий роумінг GSM також розширив доступ до послуг у районах, де наземне покриття недоступне.

GSM900/GSM1800

Ці два стандарти використовують більшість країн світу.

GSM-900 працює на частотному діапазоні 890-915МГц, і використовується для обміну інформацією між мобільною станцією і базовою приймальною станцією (висхідна лінія зв'язку) і 935-960МГц для низхідної лінії. Це забезпечує 124 радіочастотні канали (канали 1 - 124), розташовані на відстані 200кГц.

У разі використовують дуплексний інтервал 45МГц.

Для охоплення більш широкого частотного діапазону було створено «розширений GSM900 або E-GSM». Він працює в частотах від 880 МГц до 915 МГц (на висхідній лінії) та від 925 МГц до 960 МГц (на низхідній), що дозволяє додати 50 каналів (975-1023 та 0) у діапазон GSМ-900. Специфікація має стандарт GSM-R, який використовує частоту від 876 МГц до 915 МГц (висхідна) і від 921 МГц до 960 МГц (низхідна). Номери каналів у своїй 955-1023. GSM-R пропонує спеціалізовані канали та послуги, що використовуються залізничним персоналом. Всі ці модифікації включаються до специфікації GSM-900.

GSM-1800 у свою чергу працює в частотному діапазоні від 1710 МГц до 1785 МГц при передачі даних з мобільної станції на базову приймальну та 1805-1880 МГц для іншого напрямку. Він забезпечує 374 канали (512-885) і дуплексний інтервал 95 МГц.

GSM-1800 також називається PCS у Гонконгу та Великобританії. Більшість операторів GSM в Індії використовують діапазон 900 МГц. Такі оператори, як Hutch, Airtel, Idea та деякі інші, використовують 900 МГц у сільських районах та 1800 МГц у міських районах.

Різниця між GSM-900 та GSM-1800 полягає в тому, що GSM-900 має подвійне охоплення в порівнянні з GSM-1800. Це з тим, що з збільшення частоти розмір осередку зменшується через збільшення втрат у шляху. Тому для забезпечення повного охоплення конкретної території у GSM-1800 необхідно встановити більшу кількість веж, ніж у GSM-900. Але оскільки в діапазонах GSM-1800 є більше частот, більше можливостей можна забезпечити добрим трафіком. Це дозволяє GSM-1800 обробляти більше абонентів, ніж GSM-900. Баланс обох може допомогти досягти гарного охоплення.

GSM-850

GSM-850 та GSM-1900 використовуються в США, Канаді та багатьох інших країнах Північної та Південної Америки. GSM-850 також іноді помилково називається GSM-800. В Австралії GSM 850 – це частота, виділена для NextG Network Telstra, яка була включена у жовтні 2006 року. Мережа NextG є кроком вгору від мережі 3G та доступна на більш високих швидкостях в Австралії порівняно з мережею 3G, яка обмежена лише для великих населених пунктів.

GSM-850 використовує 824 - 849 МГц для передачі інформації з мобільної станції на базову приймальну станцію (висхідна лінія зв'язку) та 869 - 894 МГц для іншого напрямку (низхідна лінія зв'язку). Номери каналів від 128 до 251.

Cellular - це термін, що використовується для опису діапазону 850 МГц, оскільки в цьому спектрі була виділена вихідна система аналогового мобільного зв'язку. Постачальники зазвичай працюють у одному чи обох частотних діапазонах.

GSM використовує модуляції: QPSK, 8PSK, 16-QAM.

GSM працює за принципом комбінації двох відомих технологій TDMA та FDMA – множинного доступу з тимчасовим та частотним поділом каналів. Друга у свою чергу забезпечує розподіл за частотою смуги з максимальною шириною 25МГц на 124 несучі частоти, які розносяться на 200кГц одна від одної.

Кожна базова станція має одну або кілька призначених частот. Потім кожну з несучих ділять за часом за допомогою TDMA. Базова одиниця часу у цій схемі TDMA називається періодом імпульсів і становить ~0,578 мс. Вісім періодів групуються у кадр TDMA (~4,62 мс), який формує базовий блок визначення логічних каналів. Один фізичний канал є одним періодом пакета для кадру TDMA.

Голосові кодеки GSM

GSM використовує голосові кодеки, щоб відповідати 3,1 кГц аудіо максимальної швидкості передачі даних у смугах частот GSM. Вихідними кодеками, що використовуються стандартом GSM, були Full Rate (13 кбіт/с) та Half Rate (6,5 кбіт/с). Кожен із них використовував систему, засновану на LPC (лінійне передбачуване кодування). Ці кодеки допомогли довести максимальну ефективність до бітрейту, а також уможливили пріоритет і захист більш важливих компонентів аудіосигналу.

У 1997 році було опубліковано та впроваджено кодек EFR у стандарті GSM. EFR надав GSM-мережу 12,2 тис./сек. і використав повношвидкісний канал. Як тільки UMTS була розроблена, EFR перетворилася на AMR-Narrowband CODEC, який стійкіший до перешкод і вважається якіснішим, ніж застарілі GSM-кодеки.

Як працює служба безпеки GSM?

Стандарт GSM був розроблений з урахуванням безпеки із самого початку. Мережа була створена з можливістю автентифікації передплатників з використанням попередньо відкритого ключа та методології відповіді на запит. У GSM зв'язок між мобільною телефонною трубкою та базовою станцією також може бути зашифрований. З розвитком UMTS існує додатковий USIM (Universal Subscriber Identity Module), який забезпечує більш тривалий ключ аутентифікації, щоб забезпечити підвищену безпеку, а також забезпечує аутентифікацію базової станції для захисту користувача від заміни.

Існує кілька криптографічних алгоритмів, які використовуються GSM для забезпечення безпеки мережі. Шифратори A5/1, A5/2 та A5/3 подаються стягненням за конфіденційність голосу в ефірі, причому A5/1 є сильнішим алгоритмом, що використовується в Європі та США. GSM підтримує використання кількох алгоритмів шифрування, тому алгоритми можуть бути змінені мережними операторами у міру появи сильніших. Проблеми безпеки GSM, такі як крадіжка послуг, конфіденційність та юридичне перехоплення, продовжують викликати значний інтерес у спільноти GSM. Більш детальну інформацію про безпеку GSM можна знайти на порталі безпеки GSM.