Gsm это. GSM связь: подробное описание стандарта, принципы работы и архитектура сети — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое GSM связь и как она работает. Какие диапазоны частот использует GSM. Из каких элементов состоит архитектура сети GSM. Как обеспечивается безопасность в GSM сетях. Каковы преимущества и недостатки стандарта GSM.

Содержание

Что такое GSM связь и ее основные характеристики

GSM (Global System for Mobile Communications) — это глобальный стандарт цифровой мобильной сотовой связи. GSM относится к технологиям мобильной связи второго поколения (2G) и использует цифровую передачу данных.

Основные характеристики стандарта GSM:

Цифровая передача данных
Работа в диапазонах частот 900 МГц, 1800 МГц, 1900 МГц
Использование технологий TDMA (множественный доступ с временным разделением каналов) и FDMA (множественный доступ с частотным разделением каналов)
Поддержка передачи голоса и данных (SMS, GPRS)
Возможность роуминга между сетями разных операторов

Каковы ключевые преимущества GSM перед аналоговыми стандартами первого поколения. Цифровая передача обеспечивает:

Более высокое качество связи и помехоустойчивость
Эффективное использование частотного спектра
Поддержку передачи данных помимо голоса
Улучшенную защиту от прослушивания

Архитектура сети GSM и ее основные элементы

Сеть GSM состоит из нескольких функциональных подсистем:

Коммутационная подсистема (Switching System, SS)

Включает следующие элементы:

MSC (Mobile Switching Center) — центр коммутации мобильной связи
HLR (Home Location Register) — регистр местоположения абонентов
VLR (Visitor Location Register) — визитный регистр местоположения
AuC (Authentication Center) — центр аутентификации
EIR (Equipment Identity Register) — регистр идентификации оборудования

Подсистема базовых станций (Base Station System, BSS)

Состоит из:

BSC (Base Station Controller) — контроллер базовых станций
BTS (Base Transceiver Station) — базовая приемо-передающая станция

Мобильная станция (Mobile Station, MS)

Включает мобильный телефон и SIM-карту абонента.

Как взаимодействуют основные элементы сети GSM при обслуживании вызовов. Рассмотрим типовой сценарий:

Мобильная станция регистрируется в сети через ближайшую базовую станцию BTS
BTS передает сигнал на контроллер BSC
BSC связывается с центром коммутации MSC
MSC проверяет данные абонента в HLR и VLR
Выполняется аутентификация с помощью центра AuC
После успешной регистрации и аутентификации абонент может совершать вызовы

Диапазоны частот GSM и их особенности

Стандарт GSM работает в нескольких частотных диапазонах:

GSM-900: 890-915 МГц (передача от мобильной станции к базовой), 935-960 МГц (передача от базовой станции к мобильной)
GSM-1800: 1710-1785 МГц (передача от мобильной станции к базовой), 1805-1880 МГц (передача от базовой станции к мобильной)

GSM-1900: 1850-1910 МГц (передача от мобильной станции к базовой), 1930-1990 МГц (передача от базовой станции к мобильной)

Чем отличаются разные диапазоны GSM и в каких регионах они используются.

GSM-900 — основной диапазон в Европе, Африке, Азии и на Ближнем Востоке
GSM-1800 — дополнительный диапазон в Европе для увеличения емкости сетей
GSM-1900 — используется в США и Канаде

Диапазон GSM-900 обеспечивает лучшее покрытие, но меньшую емкость. GSM-1800 позволяет увеличить количество обслуживаемых абонентов, но требует большего числа базовых станций.

Принципы передачи и кодирования речи в GSM

Для передачи речи в GSM используются специальные речевые кодеки:

Full Rate (FR) — скорость 13 кбит/с
Half Rate (HR) — скорость 5.6 кбит/с

Enhanced Full Rate (EFR) — улучшенное качество при 12.2 кбит/с
Adaptive Multi-Rate (AMR) — адаптивный кодек с переменной скоростью

Как работает кодирование и передача речи в GSM:

Речь абонента преобразуется в цифровой сигнал
Сигнал сжимается с помощью речевого кодека
Добавляется канальное кодирование для защиты от ошибок
Сигнал разбивается на пакеты и передается в радиоканале
На приемной стороне выполняются обратные преобразования

Использование цифровых кодеков позволяет эффективно использовать частотный ресурс и обеспечивает высокое качество передачи речи.

Безопасность и шифрование в сетях GSM

В GSM применяются различные механизмы для обеспечения безопасности связи:

Аутентификация абонента с помощью алгоритма A3
Шифрование передаваемых данных алгоритмом A5
Использование временных идентификаторов TMSI вместо IMSI
Проверка подлинности оборудования по IMEI

Как работает процесс аутентификации абонента в GSM:

Сеть отправляет случайное число RAND на мобильную станцию
Мобильная станция вычисляет ответ SRES с помощью ключа Ki и алгоритма A3
Сеть сравнивает полученный SRES с эталонным значением
При совпадении аутентификация считается успешной

Шифрование трафика обеспечивает защиту от прослушивания, однако в GSM используются устаревшие алгоритмы, которые могут быть взломаны.

Эволюция стандарта GSM и переход к 3G/4G

Стандарт GSM постоянно развивался, появлялись новые технологии:

GPRS — пакетная передача данных со скоростью до 171.2 кбит/с
EDGE — улучшенная версия GPRS со скоростью до 474 кбит/с
UMTS — технология 3G на основе GSM со скоростью до 2 Мбит/с
HSPA — высокоскоростная пакетная передача данных в 3G

Как происходил переход от GSM к современным сетям:

Внедрение GPRS и EDGE в сетях 2G
Развертывание сетей 3G UMTS параллельно с GSM
Постепенный переход абонентов и трафика в сети 3G
Внедрение технологий 4G LTE
Планомерный вывод из эксплуатации устаревших сетей 2G

Несмотря на развитие новых стандартов, GSM по-прежнему широко используется благодаря глобальному покрытию и поддержке устройствами.

Преимущества и недостатки стандарта GSM

Стандарт GSM имеет ряд важных преимуществ:

Глобальное распространение и совместимость
Поддержка роуминга между сетями разных операторов
Широкий выбор абонентского оборудования
Возможность передачи голоса и данных
Относительно низкая стоимость развертывания сетей

Однако у GSM есть и некоторые недостатки:

Ограниченная емкость сети по сравнению с новыми стандартами
Низкая скорость передачи данных
Недостаточная защищенность от прослушивания
Задержки при установлении соединения
Ухудшение качества связи при большой нагрузке на сеть

Несмотря на недостатки, GSM остается востребованным стандартом благодаря широкому покрытию и совместимости. Операторы постепенно модернизируют сети, внедряя новые технологии на базе существующей инфраструктуры GSM.

Заключение: роль GSM в современных системах связи

Хотя стандарт GSM был разработан более 30 лет назад, он по-прежнему играет важную роль в современных системах мобильной связи:

Обеспечивает базовое покрытие там, где нет сетей 3G/4G
Поддерживает устаревшие устройства и M2M-системы
Служит резервным каналом связи при перегрузке новых сетей
Используется для экстренных вызовов благодаря надежности
Остается основой для роуминга между операторами разных стран

Какое будущее ждет технологию GSM:

Постепенный вывод из эксплуатации в развитых странах
Сохранение в развивающихся регионах еще долгое время
Использование освободившихся частот для сетей 5G
Эволюция в сторону IoT-технологий для устройств с низким энергопотреблением

Таким образом, GSM еще долго будет оставаться важной частью глобальной экосистемы мобильной связи, обеспечивая базовое покрытие и поддержку устаревших систем, пока новые технологии не достигнут такого же уровня распространения и надежности.

Что такое GSM — энциклопедия lanmarket.ua

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.

GSM: Что это и зачем нужен. Какие диапазоны связи

Стандарт GSM относится ко второму поколению (2G).

Сотовая связь первого поколения была аналоговой и сейчас не используются, поэтому рассматривать мы ее не будем. Второе поколение является цифровым и эта особенность позволила полностью вытеснить сети 1G. Цифровой сигнал по сравнению с аналоговым более помехоустойчивый, что является крупным преимуществом в подвижной радиосвязи. Кроме того, цифровой сигнал помимо речи позволяет передавать данные (SMS, GPRS). Стоит отметить, что данная тенденция по переходу с аналогового сигнала на цифровой является характерной не только для сотовой связи.

GSM (Global System Mobile) (русск. СПС-900) — глобальный стандарт цифровой мобильной связи, с разделение каналов по времени TDMA и частоте FDMA. Разработан под эгидой Европейского института стандартизации электросвязи (ETSI) в конце 1980-х годов.

GSM относится к сетям второго поколения (2 Generation) (1G — аналоговая сотовая связь, 2G — цифровая сотовая связь, 3G — широкополосная цифровая сотовая связь, коммутируемая многоцелевыми компьютерными сетями, в том числе Интернет).

GSM обеспечивает поддержку услуг:

Передачи данных GPRS
Передача речи
Передача коротких сообщений SMS
Передача факса

Кроме того, существуют дополнительные услуги:

Определение номера
Переадресация вызова
Ожидание и удержание вызова
Конференц-связь
Голосовая почта

Применение GSM в мобильных устройствах

Мобильные телефоны выпускаются с поддержкой 4 частот:

850 МГц,
900 МГц,
1800 МГц,
1900 МГц

В зависимости от количества диапазонов, телефоны подразделяются на классы и вариацию частот в зависимости от региона использования.

Однодиапазонные — телефон может работать в одной полосе частот. В настоящее время не выпускаются, но существует возможность ручного выбора определённого диапазона частот в некоторых моделях телефонов, например Motorola C115, или с помощью инженерного меню телефона.
Двухдиапазонные (Dual Band) — для Европы, Азии, Африки, Австралии 900/1800 и 850/1900 для Америки и Канады.
Трёхдиапазонные (Tri Band) — для Европы, Азии, Африки, Австралии 900/1800/1900 и 850/1800/1900 для Америки и Канады.
Четырехдиапазонные (Quad Band) — поддерживают все диапазоны 850/900/1800/1900.

В стандарте GSM применяется GMSK-модуляция с величиной нормированной полосы ВТ — 0,3, где В — ширина полосы фильтра по уровню минус 3 дБ, Т — длительность одного бита цифрового сообщения.

Архитектура сети GSM

Рассмотрим подробнее из каких элементов строится сеть GSM и каким образом они взаимодействуют между собой.

Архитектура сети GSM

Сеть GSM делится на две системы: SS (Switching System) — коммутационная подсистема, BSS (Base Station System) — система базовых станций. SS выполняет функции обслуживания вызовов и установления соединений, а также отвечает за реализацию всех назначенных абоненту услуг. BSS отвечает за функции, относящиеся к радиоинтерфейсу.

SS включает в себя:

MSC (Mobile Switching Center) — узел коммутации сети GSM
GMSC (Gate MSC) — коммутатор, который обрабатывает вызовы от внешних сетей
HLR (Home Location Register) — база данных домашних абонентов
VLR (Visitor Location Register) — база данных гостевых абонентов
AUC (Authentication Cetner) — центр аутентификации (проверки подлинности абонента)

BSS включает в себя:

BSC (Base Station Controller ) — контроллер базовых станций
BTS (Base Transeiver Station) — приемо-передающая станция
MS (Mobile Station) — мобильная станция

Состав коммутационной подсистемы SS

MSC выполняет функции коммутации для мобильной связи. Данный центр контролирует все входящие и исходящие вызовы, поступающие из других телефонных сетей и сетей передачи данных. К данным сетям можно отнести PSTN, ISDN, сети передачи данных общего пользования, корпоративные сети, а также сети мобильной связи других операторов. Функции проверки подлинности абонентов также выполняются в MSC. MSC обеспечивает маршрутизацию вызовов и функции управления вызовами. На MSC возлагаются функции коммутации. MSC формирует данные, необходимые для тарификации предоставленных сетью услуг связи, накапливает данные по состоявшимся разговорам и передаёт их в центр расчётов (биллинг-центр). MSC составляет также статистические данные, необходимые для контроля работы и оптимизации сети. MSC не только участвует в управлении вызовами, но также управляет процедурами регистрации местоположения и передачи управления.

В системе GSM каждый оператор располагает базой данных, содержащей информацию обо всех абонентах принадлежащих своей PLMN. В сети одного оператора логически HLR – один, а физически их много, т. к. это
распределенная база данных. Информация об абоненте заносится в HLR в момент регистрации абонента (заключения абонентом контракта на обслуживание) и хранится до тех пор, пока абонент не расторгнет контракт и не будет удалён из регистра HLR.
Хранящаяся информация в HLR включает в себя:

Идентификаторы (номера) абонента.
Дополнительные услуги, закрепленные за абонентом
Информацию о местоположении абонента, с точностью до номера MSC/VLR
Аутентификационную информацию абонента (триплеты)

HLR может быть выполнен как встроенная функция в MSC/VLR, так и отдельно. Если емкость HLR исчерпана, то может быть добавлен дополнительный HLR. И в случае организации нескольких HLR база данных остаётся единой – распределённой. Запись данных об абоненте всегда остаётся единственной. К данным, хранящихся в HLR, могут получить доступ MSC и VLR, относящиеся к другим сетям, в рамках обеспечения межсетевого роуминга абонентов.

База данных VLR содержит информацию о всех абонентах мобильной связи, расположенных в данный момент в зоне обслуживания MSC. Таким образом, для каждого MSC на сети существует свой VLR. В VLR временно хранится информация о услугах, и благодаря этому связанный с ним MSC может обслуживать всех абонентов, находящихся в зоне обслуживания данного MSC. В HLR и VLR хранится очень похожая информация об абоненте, но есть некоторые отличия, которые будут рассмотрены в следующих главах. Когда абонент перемещается в зону обслуживания нового MSC, VLR, подключенный к данному MSC, запрашивает информацию об абоненте из того HLR, в котором хранятся данные этого абонента. HLR посылает копию информации в VLR и обновляет у себя информацию о местоположении абонента. После того как информация обновится, MS может осуществлять исходящие/входящие соединения.

Для исключения несанкционированного использования ресурсов системы связи вводятся механизмы аутентификации – удостоверения подлинности абонента. AUC — центр проверки подлинности абонента, состоит из нескольких блоков и формирует ключи аутентификации и шифрации (осуществляется генерация паролей). С его помощью MSC проверяет подлинность абонента, и при установлении соединения на радиоинтерфейсе будет включена шифрация передаваемой информации.

Состав подсистемы базовых станций BSS

BSC управляет всеми функциями, относящимися к работе радиоканалов в сети GSМ. Это коммутатор, который обеспечивает такие функции, как хэндовер MS, назначение радиоканалов и сбор данных о конфигурации сот. Каждый MSC может управлять несколькими BSC.

BTS управляет радиоинтерфейсом с MS. BTS включает в себя такое радиооборудование, как приемо-передатчики и антенны, которые необходимы для обслуживание каждой соты в сети. Контроллер BSC управляет несколькими BTS.

Географическое построение сетей GSM

Каждая телефонная сеть нуждается в определенной структуре для маршрутизации вызовов к требуемой станции и далее к абоненту. В сети мобильной связи эта структура особенно важна, так как абоненты перемещаются по сети, то есть меняют свое местоположение и это местоположение должно постоянно отслеживаться.

Не смотря на то, что сота является базовой единицей системы связи GSM, дать четкое определение очень сложно. Привязать этот термин к антенне или к базовой станции невозможно, т.к. существуют различные соты. Тем не менее, сота – это некоторая географическая область, которая обслуживается одной или несколькими базовыми станциями и в которой действует одна группа контрольных логических каналов GSM (сами каналы будут рассмотрены в следующих главах). Каждой соте назначается свой уникальной номер, называемый Глобальным идентификатором соты (CGI). В сети, охватывающей, например, целую страну, число сот может быть очень большим.

Зона местоположения (LA) определяется как группа сот, в которой будет производиться вызов мобильной станции. Местоположение абонента в пределах сети связано с той LA, в которой в данный момент находится абонент. Идентификатор данной зоны (LAI) хранится в VLR. Когда MS пересекает границу между двумя сотами, принадлежащими различным LA, она передает в сеть информацию о новой LA. Это происходит только в том случае, если MS находится в режиме Idle. Информация о новом местоположении не передается в течение установленного соединения, этот процесс будет происходить после окончания соединения. Если MS пересекает границу между сотами в пределах одной LA, она не сообщает сети о своем новом местоположении. При поступлении входящего вызова к MS пейджинговое сообщение распространяется в пределах всех сот, принадлежащих одной LA.

Зона обслуживания MSC состоит из некоторого числа LA и отображает географическую часть сети, находящуюся под управлением одного MSC. Для того, чтобы направить вызов к MS информация о зоне обслуживания MSC также необходима, поэтому зона обслуживания также отслеживается и информация о ней записывается в базе данных (HLR).

Зона обслуживания PLMN представляет собой совокупность сот, обслуживаемых одним оператором и определяется как зона, в которой оператор обеспечивает абоненту радиопокрытие и доступ к своей сети. В любой стране может быть несколько PLMN, по одной на каждого оператора. Определение роуминг употребляется в случае перемещения MS из одной области обслуживания PLMN в другую. Так называемый внутри сетевой роуминг представляет собой смену MSC/VLR.

Зона обслуживания GSM представляет собой всю географическую область, в которой абонент может получить доступ к сети GSM. Зона обслуживания GSM увеличивается по мере того, как новые операторы подписывают контракты, предусматривающие совместную работу по обслуживанию абонентов. В настоящее время зона обслуживания GSM охватывает с некоторыми промежутками многие страны от Ирландии до Австралии и от Южной Африки до Америки.

Международный роуминг – это термин, который применяется в том случае, когда MS перемещается от одной национальной PLMN в другую национальную PLMN.

Частотный план GSM

GSM включает в себя несколько диапазонов частот, наиболее распространены: 900, 1800, 1900 МГц. Изначально под стандарт GSM был выделен диапазон 900 МГц. В настоящее время данный диапазон остаётся всемирным. В некоторых странах используются расширенные диапазоны частот, обеспечивающие большую ёмкость сети. Расширенные диапазоны частот называются E-GSM и R-GSM, в то время как обычный диапазон носит название P-GSM (primary).

P-GSM900 890-915/935-960 MHz
E-GSM900 880-915/925-960 MHz
R-GSM900 890-925/935-970 MHz
R-GSM1800 1710-1785/1805-1880 MHz

В 1990 г. для увеличения конкуренции между операторами, в Великобритании начали развивать новую версию GSM, которая адаптирована к диапазону частот 1800. Сразу после утверждения данного диапазона несколько стран сделали заявку на использование данного диапазона частот. Введение данного диапазона увеличило рост количества операторов, приводя к увеличению конкуренции и, соответственно, улучшению качества
обслуживания. Применение данного диапазона позволяет увеличивать емкость сети за счёт увеличения полосы пропускания и, соответственно, увеличение количества несущих. Диапазон частот 1800 использует следующие диапазоны частот: GSM 1710-1805/1785-1880 MHz. До 1997 года стандарт 1800 носил название Digital Cellular System (DCS) 1800 MHz, в настоящее время носит название GSM 1800.

В 1995 году в США была специфицирована концепция PCS (Personal Cellular System). Основной идеей этой концепции является возможность предоставления персональной связи, то есть связи между двумя абонентами, а не между двумя мобильными станциями. PCS не требует, чтобы эти услуги были реализованы на основе сотовой технологии, но в настоящее время эта технология признана наиболее эффективной для данной концепции. Частоты, доступные для реализации PCS, находятся в области 1900 МГц. Поскольку в Северной Америке стандарт GSM 900 не может быть использован из-за того, что эта полоса частот занята другим стандартом, стандарт GSM 1900 является возможностью заполнения этого пробела. Основным различием между американским стандартом GSM 1900 и GSM 900 является то, что GSM 1900 поддерживает сигнализацию ANSI.

Традиционно полоса 800 МГц была занята распространенным в США стандартом TDMA (AMPS и D-AMPS). Как и в случае со стандартом GSM 1800 этот стандарт дает возможность получения дополнительных лицензий, то есть расширяет область работы стандарта на национальных сетях предоставляя операторам дополнительную емкость.

Заключение

GSM на сегодняшний день является наиболее распространённым стандартом связи. По данным ассоциации GSM (GSMA) на данный стандарт приходится 82 % мирового рынка мобильной связи, 29 % населения земного шара использует глобальные технологии GSM. В GSMA в настоящее время входят операторы более чем 210 стран и территорий.

CDMA и GSM: в чем разница?

Две основные технологии в мобильных телефонах, CDMA и GSM, представляют собой пробел, который вы не можете преодолеть. Это причина, по которой вы не можете использовать старые телефоны AT&T в сети Verizon и наоборот. Но что на самом деле означает для вас CDMA по сравнению с GSM?

CDMA (множественный доступ с кодовым разделением каналов) и GSM (глобальная система для мобильных телефонов) — это сокращение для двух старых систем радиосвязи (также известных как 2G и 3G), используемых в сотовых телефонах. Впервые мы опубликовали эту статью в 2012 году и обновляли ее на протяжении 2010-х годов, когда было важно знать различия между этими двумя технологиями. Но в 2022 году абсолютно пора отказаться от CDMA 9.0005 и GSM. Эти сети исчезают! Если у вас есть телефон, который использует только 2G или 3G, вам нужно срочно приобрести телефон 4G или 5G.

AT&T уже закрыла свою сеть 2G GSM и совсем недавно заявила, что отключит 3G GSM/UMTS в феврале 2022 года (откроется в новом окне).
T-Mobile отключит 3G GSM/UMTS в июле 2022 года (открывается в новом окне). Дата отключения 2G не установлена, но значительно снижено его покрытие и качество.

В последние годы существования этих сетей они сокращаются до уровней, в первую очередь предназначенных для поддержки таких устройств, как электросчетчики и торговые автоматы. Это означает, что прием 2G и 3G и качество связи, вероятно, будут плохими даже до официального отключения. Сейчас мир 4G LTE, и 5G быстро развивается. Как бы вы ни любили свой старый телефон, пришло время его заменить.

Да, в продаже есть телефоны только с поддержкой 2G и только с поддержкой 2G/3G, особенно разблокированные телефоны GSM. Не покупайте их. Они будут работать плохо, а очень скоро перестанут работать вообще.

Не плачь по CDMA и GSM. Они прожили долгую жизнь. Сети CDMA Sprint 25 лет (открывается в новом окне). Первая сеть GSM, запущенная в США в 1995 г.(Открывается в новом окне). Сейчас есть более эффективные способы использования нашего ограниченного эфира.

1G, 2G, 3G, 4G, 5G

Когда операторы сотовой связи говорят о «G», они имеют в виду поколение беспроводной технологии. Каждое поколение способно поддерживать больше пользователей и имеет лучшие возможности передачи данных.

Первым поколением были аналоговые сотовые телефоны. Когда в 1990-х годах операторы перешли на цифровые системы 2G, они выбрали один из нескольких конкурирующих вариантов; некоторые из них вымерли, но CDMA и GSM — два выживших лагеря 2G. Они остались разделенными в 2000-х из-за третьего поколения сотовой связи, которое добавило более высокие скорости передачи данных, но осталось несовместимым.

Теоретически разделение CDMA/GSM прекратилось, поскольку все операторы связи перешли на LTE, единый глобальный стандарт 4G, начиная с 2010 года. Но разница осталась, потому что телефонам по-прежнему требовался доступ к старым сетям 2G и 3G, в первую очередь для передачи голоса. звонки. AT&T, T-Mobile и Verizon начали постепенно внедрять голосовые вызовы через 4G в 2014 году, но это заняло некоторое время. Все четыре оператора теперь поддерживают передачу голоса по 4G.

Теперь операторы связи устанавливают 5G, который (после нескольких неудачных запусков) станет единым глобальным стандартом под названием 5G-NR. 5G все еще находится на ранних стадиях. Вы еще не можете совершать голосовые вызовы через него, и он не имеет общенационального покрытия. Но 4G LTE сейчас очень развит, и если вы все еще используете 2G или 3G, вам не стоит беспокоиться об обновлении до 4G-совместимого телефона.

Samsung Galaxy S20 и его братья и сестры были первыми телефонами 5G для всех операторов связи в США.

Один стандарт не означает совместимости

LTE, или Long Term Evolution, является общепринятым стандартом беспроводной связи 4G. Все американские операторы используют его. Дополнительную информацию см. в разделе 3G и 4G: в чем разница?

И все операторы используют один и тот же стандарт 5G. (Подробнее об этом см. в нашем объяснении о 5G.) Итак, вы думаете, эй, это должно сделать всех совместимыми, верно? Неправильный.

Чтобы быть совместимым, вам нужны три вещи:

Использовать одну и ту же технологию, например, говорить на одном языке
Для поддержки одних и тех же частотных диапазонов — возможность настроиться на нужный канал
Для доступа в сеть

В мире 4G и 5G все будут использовать одну и ту же радиотехнологию, но у них могут быть разные каналы, и операторы связи могут не разрешать использование устройств других операторов в своих сетях.

Самая большая проблема — совместимость частотных диапазонов. Операторы работают на разных радиоканалах, и модель телефона одного оператора может не включать каналы, используемые другими операторами. Это часто является проблемой за границей, как в случае с шестью различными международными моделями Samsung Galaxy S20.

В Verizon и AT&T устройства 4G, не сертифицированные оператором связи, имеют проблемы с голосовыми вызовами или отправкой текстовых сообщений по этой сети. Они будут подключаться и получать данные, но не смогут совершать звонки.

У AT&T есть список телефонов, которые будут работать(открывается в новом окне) при отключении 3G.

Многие, но не все, популярные телефоны теперь поддерживают сети LTE всех трех основных операторов связи. Motorola Moto G4, E4 и новее; Samsung Galaxy S7 и новее; OnePlus 8 и новее; и телефоны Google Pixel работают со всеми операторами связи. Что касается iPhone, все телефоны iPhone 6 и более поздних версий работают в системах LTE всех операторов связи.

Да, это сложнее, чем старый мир 2G. Одним из преимуществ GSM было то, что если телефон и оператор связи придерживались стандарта и телефон поддерживал правильные каналы, сеть должна была принять телефон. Это уже не так.

Verizon заменила большую часть своей сети 3G на 4G, но некоторые карманы все еще остались (см. Западную Вирджинию здесь).

Какие операторы связи являются CDMA? Какие GSM?

В США Verizon, US Cellular и старая сеть Sprint (теперь принадлежащая T-Mobile) использовали CDMA. AT&T и T-Mobile использовали GSM.

Большая часть остального мира использует GSM. Глобальное распространение GSM произошло потому, что в 1987 году Европа обязала эту технологию законом, а также потому, что GSM исходит от отраслевого консорциума. То, что мы называем CDMA, по большому счету принадлежит производителю чипов Qualcomm. Это удешевило для третьих сторон создание GSM-оборудования.

Так почему же так много операторов США перешли на CDMA? Сроки. Когда предшественники Verizon и компания Sprint перешли с аналоговой связи на цифровую в 1995 и 1996 годах, CDMA была самой новой, самой популярной и самой быстрой технологией. Он предлагал большую пропускную способность, лучшее качество связи и больший потенциал, чем GSM того времени. GSM догнал, но к тому времени пути этих операторов уже были определены.

Можно переключиться с CDMA на GSM. Bell и Telus в Канаде сделали это, чтобы получить доступ к более широкому ассортименту стандартных GSM-телефонов. Но Verizon и T-Mobile сосредоточены на 4G и 5G, а не на 3G. Они отказываются от старых сетей, а не переключаются.

Что такое 5G?

Технология, лежащая в основе CDMA и GSM

CDMA и GSM – это технологии множественного доступа. Это способ для людей втиснуть несколько телефонных звонков или интернет-соединений в один радиоканал.

Сначала был GSM. Это система «разделения времени». Звонки чередуются. Ваш голос преобразуется в цифровые данные, которым назначается канал и временной интервал, поэтому три вызова на одном канале выглядят так: 123123123123. На другом конце получатель прослушивает только назначенный временной интервал и объединяет вызов воедино. .

Почему операторы отключают 2G и 3G

Все пользуются прокруткой, снимками, текстовыми сообщениями, FaceTiming и многим другим. Спрос на использование мобильных данных продолжает расти. 2G и 3G, CDMA и GSM — неэффективное использование радиоволн. 4G и 5G сжимают больше информации в каждый герц радиоволн и могут более гибко комбинировать каналы для более эффективной работы. Таким образом, операторы отказываются от старых, менее эффективных технологий в обмен на новые сети, которые лучше используют ограниченный ресурс.

Операторы считают, что большинство людей уже перешли на 4G в результате естественного процесса обновления телефонов. Телефоны для голосовых вызовов 4G существуют на рынке уже много лет. Первым iPhone от Apple с 4G-голосом был iPhone 6, выпущенный в 2014 году. Хотя необходимость замены старого телефона из-за этого перехода к сети раздражает, это далеко не внезапно.

В эпоху 4G LTE и 5G технологической разницы между операторами «CDMA» и «GSM» больше нет. Однако некоторые культурные различия остаются.

В частности, Verizon очень затрудняет перемещение вашей SIM-карты между устройствами без их разрешения, в то время как это проще сделать на AT&T и T-Mobile. Это вариант в 4G. Verizon делает это, потому что исторически с CDMA она могла контролировать, какие телефоны были в ее сети, и она хочет сохранить как можно больше этого контроля. AT&T и T-Mobile этого не делают отчасти потому, что в эпоху GSM спецификация GSM означала, что они должны были принять любого, у кого есть совместимый телефон.

Готовы к обновлению?

Чтобы найти подходящий вам телефон и оператора, наши награды «Выбор читателей» и «Самая быстрая мобильная сеть» — это отличное место для начала, а также наш список лучших телефонов, которые мы тестировали.

Нравится то, что вы читаете?

Подпишитесь на информационный бюллетень Fully Mobilized , чтобы получать наши лучшие новости о мобильных технологиях прямо на ваш почтовый ящик.

Этот информационный бюллетень может содержать рекламу, предложения или партнерские ссылки. Подписка на информационный бюллетень означает ваше согласие с нашими Условиями использования и Политикой конфиденциальности. Вы можете отказаться от подписки на информационные бюллетени в любое время.

Спасибо за регистрацию!

Ваша подписка подтверждена. Следите за своим почтовым ящиком!

Подпишитесь на другие информационные бюллетени

Что такое GSM? | Глоссарий Интернета вещей

22.04.2021

Автор

Тобиас Вебер

В настоящее время GSM является наиболее широко используемой сетевой технологией в приложениях Интернета вещей (IoT) из-за ее простоты, доступности и доступности. Но это, вероятно, изменится в ближайшие несколько лет.

Когда Глобальная система мобильной связи была впервые представлена в Европе в 1991 году, эти сети 2G обеспечивали более быстрые и безопасные беспроводные соединения. Впервые голосовая связь была закодирована в цифровые сигналы перед передачей по сети.

В течение многих лет GSM был самым широко используемым стандартом мобильной связи в мире. Но сегодня сети 2G значительно медленнее, чем другие сотовые сети, и в некоторых странах сети 2G отключаются.

Операторы мобильных сетей (MNO) соревнуются, чтобы сбалансировать самые высокие скорости с лучшим покрытием. Благодаря десятилетиям созданной инфраструктуры сети на основе GSM могут обеспечить хорошее покрытие, но они не могут конкурировать со скоростью, универсальностью и безопасностью сетей 3G, 4G и 5G.

Кроме того, стандарты GSM были разработаны для мобильных телефонов, а не для Интернета вещей (IoT). Сегодня миллиарды других устройств, таких как паркоматы, промышленное оборудование, автомобильные развлекательные системы и системы безопасности, полагаются на сотовые сети и используют их не так, как телефоны. В результате появились специализированные сети, соответствующие современному ландшафту сотовой связи.

Итак, стандарты GSM по-прежнему важны для сотовой связи сегодня? Имеют ли они отношение к приложениям IoT? Прежде чем мы углубимся в это, давайте посмотрим, как работают сети GSM.

Структура сетей GSM

Стандарты GSM делят сети на четыре отдельные части:

Мобильная станция
Подсистема базовой станции (BSS)
Подсистема сети и коммутации (NSS)
Система поддержки операций (OSS)

Каждая часть сети содержит несколько компонентов. Вместе эти компоненты образуют единую сотовую сеть. У каждого оператора сотовой связи есть своя инфраструктура со всеми этими элементами.

Мобильная станция

Мобильная станция — это точка доступа, которую кто-то использует для подключения к сети. Это устройство (например, система сигнализации) с модулем идентификации абонента (SIM). SIM-карта связывает устройство с отдельным абонентом, что позволяет устройству подключаться к ближайшей подсистеме базовой станции.

Подсистема базовых станций (BSS)

BSS содержит базовые приемопередающие станции и контроллер базовых станций. Базовые приемопередающие станции включают в себя такие компоненты, как приемники и антенны, которые позволяют подключенным устройствам отправлять и получать сигналы, а контроллер базовых станций позволяет базовым приемопередающим станциям передавать сигналы по сети через подсистему сети и коммутации.

Подсистема сети и коммутации (NSS)

Подсистема сети и коммутации — это термин, обозначающий основные компоненты базовой сети 2G. Первоначально NSS помогал упростить голосовые вызовы, ориентированные на соединение, с регистром домашнего местоположения (HLR), центром аутентификации (AuC), центром службы сообщений (MSC) и регистром местонахождения посетителей (VLR).

С появлением базовой сети GPRS и узлов ее поддержки (GGSN и SGSN) NSS также начала играть роль в соединениях для передачи данных.

Система поддержки операций (OSS)

Система поддержки операций — это совокупность процессов, данных, приложений и технологий, которая позволяет провайдерам управлять своей сетью. Операторы связи могут использовать свои OSS для:

настройки сетевых элементов
Управление и настройка услуг, которые они предлагают
Обработка системных ошибок и управление состоянием системы
Мониторинг производительности на основе ключевых показателей эффективности качества обслуживания и качества обслуживания

Более продвинутые сотовые сети имеют аналогичную структуру, но с дополнительными компонентами для повышения безопасности и возможностей сетей.

GSM еще полезен?

Сети GSM существуют уже три десятилетия, и существует три поколения сотовых сетей с гораздо более высокими скоростями передачи данных, более безопасными соединениями и расширенными сетевыми возможностями. За прошедшие годы телекоммуникационные организации внедрили обновления, чтобы получить больше возможностей от сетей на основе GSM, но в некоторых странах 2G подходит к концу.

Это не имеет большого значения для потребителей, поскольку телефоны обычно поддерживают несколько технологий. Но GSM был одним из самых популярных вариантов подключения в сотовом IoT. Современным производителям IoT необходимо оценить, является ли подключение 2G по-прежнему жизнеспособным вариантом для их приложений в регионе, где они хотят развернуться.

Повторное использование спектра 2G

Хотя во многих частях мира все еще используются сети 2G, операторы сотовой связи начали отключать свои сети 2G еще в 2016 году. Это связано с тем, что радиочастотный (РЧ) спектр является ограниченным ресурсом, а сети 2G используя части спектра, которые могли бы лучше использоваться более передовыми технологиями.

Воспринимайте радиочастотный спектр как театр с ограниченным количеством сидячих мест. С 1991 года в мире зарезервированы определенные места (полосы частот 850/900 МГц и 1800/1900 МГц) для соединений 2G на основе стандарта GSM. Теперь операторы сотовой связи меняют бронирование, чтобы их сети 3G, 4G и 5G могли занять эти места.

Использование 2G в качестве резерва

Однако некоторые операторы по-прежнему используют подключение 2G в качестве резерва в районах, где их более продвинутые сети не имеют покрытия. Другие страны, которые не так далеко продвинулись в развертывании новых стандартов, могут по-прежнему использовать 2G в качестве основного варианта подключения. Таким образом, все еще может быть полезно разработать устройство, которое может подключаться к сетям GSM.

Выберите правильное подключение для вашего приложения

GSM играет основополагающую роль в современной сотовой связи. И хотя некоторые операторы переходят на более новые сети, эта технология по-прежнему пользуется огромной популярностью благодаря своей глобальной доступности и чрезвычайно низкой стоимости подключения. По мере того как операторы расширяют свою инфраструктуру для доступных альтернатив, таких как LTE-M и NB-IoT, 2G станет менее актуальным. Но до тех пор это все еще привлекательное решение для многих сотовых приложений IoT.

Нужна помощь в подключении устройств? emnify — это коммуникационная платформа IoT. Мы специализируемся на оказании помощи производителям в создании действительно глобальных приложений.