Что такое dcs phs

В данной статье мы рассмотрим основные параметры сотовой связи. Научимся самостоятельно определять диапазон частот выбранного оператора и стандарт связи, в котором он работает.

Например, в городе 4G интернет обычно предоставляется на частоте 2600 МГц и подавляющее большинство комплектов «для усиления 4G Интернета» рассчитаны именно на эту частоту. А в местности, где расположен ваш загородный дом, оператор может предоставлять 4G интернет на частоте 800 или 1800 МГц. Соответственно, в вашем загородном доме, комплект, предназначенный для работы на частоте 2600 МГц, будет бесполезен.

Чтобы избежать неоправданных трат и разочарования, перед приобретением систем усиления сотовой связи и мобильного интернета, необходимо выяснить поколение мобильной сети (2G, 3G или 4G), которую вы хотите усилить и диапазон частот, в котором работает сеть.

Частоты операторов сотовой связи в России

В России, для сотовых операторов выделено 5 частотных диапазонов (800 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 2100 МГц и 2600 МГц). В одном частотном диапазоне могут использоваться несколько поколений и стандартов связи. В таблице 1 приведены частотные диапазоны и стандарты сотовой связи, применяющиеся в России.

Из таблицы 1 следует, что каждое поколение сети может иметь несколько надстроек и подстандартов, а в одном частотном диапазоне могут применяться несколько стандартов и поколений сотовой связи.

Поколения и технологии сотовой связи

Сначала определим поколение сотовой сети, которую мы хотим усилить. Это очень легко сделать с помощью смартфона. В большинстве современных смартфонов, технология передачи данных указывается рядом с уровнем мобильного сигнала оператора.

Поколение сотовой может быть указано непосредственно (4G, 3G или 2G) или с помощью общепринятой аббревиатуры, например:

Определяем диапазон и частоту сигнала

Определить частоту сигнала можно самостоятельно с помощью смартфона. Замеры нужно производить в различных типах подключения (4G, 3G, 2G). Чтобы измерить нужный стандарт, принудительно переведите смартфон в соответствующий режим сети. Для этого установите в настройках вашего смартфона интересующий вас режим сети.

Современные смартфоны устроены таким образом, что всегда стремятся подключиться к наиболее современной и высокоскоростной сети. Например, при наличии слабого сигнала 4G, смартфон всё равно будет поддерживать связь с базовой станцией оператора в этом стандарте. В момент совершения вызова, смартфон автоматически переключится на доступные ему стандарты 3G или 2G, так как голосовая связь в стандарте 4G, как было сказано выше, в России не поддерживается.

Переведите смартфон в нужный стандарт связи. Смартфон не сразу переключается в нужный режим. Переключившись, необходимо подождать 1-2 минуты, прежде чем приступать к замерам. Если вы не знаете, какой из присутствующих операторов подходит для решения ваших задач, произведите замеры с использованием SIM-карт разных операторов.

Внимание! Перед тем, как определять частоту, отключите Wi-Fi сеть. В случае если в вашем смартфоне установлено две SIM-карты, рекомендуем извлечь или отключить ненужную карту и оставить только ту, которую необходимо протестировать. Так вы будете избавлены от ошибок и получите точную информацию о текущем соединении.

Замеры параметров сети можно произвести через скрытое сервисное меню смартфона или установив одно из приложений для проведения мобильного мониторинга и измерения сигнала. Например «Сотовые вышки. Локатор», «Network Cell Info», «iWScan» и другие подобные приложения.

Сервисное меню смартфона открывается с помощью специальных кодов. В зависимости от версии ОС Android коды, открывающие скрытое сервисное меню различаются. На одних смартфонах вы сразу перейдёте на экран с информацией о состоянии сети, на других устройствах может потребоваться перейти в другие подразделы сервисного меню.

На некоторых моделях смартфонов под управлением ОС Android сервисное меню может быть недоступно. Воспользуйтесь специальными приложениями для проведения замеров сети.

Данные, полученные в результате измерения сигнала сети, нужно сопоставить с таблицей 2 размещённой ниже.

Приведем примеры проведения измерений, используя сервисное меню смартфона, приложения и таблицу 2.

Если в сервисном меню вашего смартфона (Рисунок 1) вы видите обозначение WCDMA 2100 Band 1, это означает, что вы подключились к мобильной сети работающей на частоте 2100 МГц. Диапазон значений абсолютного номера канала UARFCN лежит в диапазонах для DL 10562 … 10838, а для UL 9612 … 9888, означает, что вы подключены к сети UMTS-2100 (3G). Оборудование для усиления данного сигнала должно быть стандарта 3G работающее на частоте 2100 МГц.

В сервисном меню смартфона, значение абсолютного номера канала обычно указывается после обозначения ARFCN, RX, Rx Ch, Freq, BCCH или другой схожей аббревиатуры.

Если в приложении «Network Cell Info» вы увидели обозначение Band 3, это значит, что ваш телефон работает с оператором на частоте 1800 МГц. Если на телефоне светятся символы 4G и LTE, ваше подключение LTE-1800 (4G). Следовательно, для усиления данной сети вам необходимо оборудование стандарта 4G работающее на частоте 1800 МГц.

В приложении «Сотовые вышки. Локатор» отображается значение абсолютного номера канала ARFCN со значением в диапазоне 2750 … 3449 соответствующим частотному диапазону 2600 МГц. Помимо этого в меню сеть отображается символами LTE и L2600. Сомнений нет, наше соединение стандарта 4G на частоте 2600 МГц.

Всегда определяйте частоту сигнала в той точке, где вы планируете устанавливать оборудование для усиления сигнала (внешнюю антенну, роутер встроенный во внешнюю антенну и т.п.).

Если ваш оператор сотовой связи использует несколько частотных диапазонов, ваш смартфон может использовать в разных местах разные стандарты подключения, например в помещении один, а на улице другой. Данная особенность связана с тем, что радиоволны с более низкой частотой лучше проникают через препятствия. При этом внутри помещения соединение на частоте 900 МГц может быть качественнее и устойчивее, чем на частоте 2100 МГц.

Таким образом, без применения специальных измерительных приборов мы провели измерения сигнала, проанализировали результаты измерений и можем приступать к выбору оборудования для усиления мобильного сигнала.

Источник

Что такое DCS? Можно ли его заглушить и как?

Количество изобретений и открытий, сделанных человечеством, поражает воображение. Следует отметить, что большая часть из них пришлась на начало XXI века, не просто так данный период называют временем технологического прогресса. Большинство людей, приходя домой с работы, включают телевизор или радио, берут продукты из холодильника и разогревают их в микроволновой печи, не задумываясь о принципе работы перечисленных выше устройств. А о существовании множества устройств простой обыватель даже не догадывается. К такой категории можно отнести подавитель DCS. Что это? Зачем и для чего? Об этом речь пойдет далее.

Что же такое DCS?

Чем можно заблокировать стандарт связи DCS?

Глушилка DCS способна нейтрализовать работу сотовых этого стандарта в определенной зоне действия. Такая необходимость может возникнуть. Примером может послужить аудитория института, где проводится экзамен. Подавитель мобильной связи не даст студентам возможности воспользоваться своим мобильником как шпаргалкой, через GSM связь. Также подобное устройство полезно тем, что способно предотвратить передачу конфиденциальной информации в руки третьих лиц. Таким образом, сомнений в том, что блокиратор не бесполезен, остаться не должно.

Как происходит блокировка DCS?

Далее речь пойдет о принципе действия. Все очень просто, прибор способен создавать более мощный сигнал и вещать в диапазоне работы мобильного. Все любители поговорить, находящиеся в зоне действия устройства, не смогут этого сделать, потому как у них «пропадет сеть».

Заместитель директора по развитию Керимов Ростислав.

Источник

Коротко о радиосвязи

1. Диапазон связи (радиочастоты).

НЕ вдаваясь в густые дебри типа, короткие волны, длинные волны и т.д. и т.п. УСЛОВНО поделим на два вида – гражданские частоты и негражданские. Вот так просто. Про лицензирование я тоже писать не буду, достаточно написать, что слушать можно ВСЁ (как и покупать ВСЁ), а передачу вести только на гражданских частотах с разрешённой мощностью передатчика, ну и хулиганить не нужно, вычисляются координаты передатчика очень быстро, для этого не нужны машины пеленгаторы как в кине про Штирлица, спецы делают это не отрывая попы от стула.

В России для гражданской радиосвязи с использованием радиоэлектронных устройств, не требующих регистрации в территориальных гос. органах по надзору в сфере связи, выделены три диапазона частот:

• 27 МГц (CB), с разрешённой выходной мощностью передатчика до 10 Вт (шаг сетки 10КГц);
• 433 МГц (LPD), выделено 69 каналов для носимых радиостанций с выходной мощностью передатчика не более 0,5 Вт (шаг сетки 25КГц);
• 446 МГц (PMR), выделено 8 каналов для носимых радиостанций с выходной мощностью передатчика не более 0,5 Вт (шаг сетки 6.25КГц).

ПОМНИТЕ, что купив два разных свистка (здесь и далее свистком будем называть дешёвые радиостанции, которыми завалены всякого рода супермаркеты, магазины сотовых телефонов или компов и эти свистки имеют ЗАРАНЕЕ запрограммированные каналы и диапазон частот) вы можете обнаружить, что они НЕ смогут работать друг с другом! Выбирайте всегда одинаковый диапазон, или двухдиапазонку типа Midland G7, которая LPD и PMR.

Китайцы частенько дурят народ и пишут типа 300 каналов связи, имея ввиду, что в каждом канале можно выбрать несколько субтонов, но это обман (как в 90-е с китайскими магнитолами, типа мощность 500Вт, кто помнит). Пока не увидите аббревиатуру LPD или PMR НЕ ПОКУПАЙТЕ (И НЕ ПОКУПАЙТЕСЬ НА РАЗВОД). Есть ещё и диапазоны FRS/GMRS, но это НЕ РОССИЙСКИЕ частоты!

2. Субтоны CTCSS и DCS (CDCSS)

Простым языком: CTCSS и DCS это такие «специальные» звуки смешанные со звуками голоса оператора радиостанции и передаваемые вместе с ним в эфир.
Звук CTCSS или DCS не слышен на другой радиостанции только потому, что он просто убирается из звукового сигнала, перед тем как звуковой сигнал попадёт в усилитель и далее в звуковую систему радиостанции.
Сигналы CTCSS — это тон с частотой от 33 герца до 254.1 герца, в зависимости от номера CTCSS, например, 18 тон в сетке из 38 тонов, это тон с частотой 123 герца.
Сигналы DCS — тоже низкочастотные сигналы, но содержащие цифровой код.

Как работает CTCSS и DCS

Всё просто — на передающей стороне к сигналу с микрофона подмешивается (микшируется) спец-сигнал CTCSS или DCS, примерно 20% от сигнала с микрофона, потом всё это передаётся в эфир радиостанцией.
На приёмной стороне шумодав включается только если в принимаемом сигнале, кроме голоса, обнаружен заданный CTCSS или DCS.
Включив CTCSS или DCS вы просто не услышите сигналы, которые не содержат в себе CTCSS или DCS, но они продолжат оставаться в эфире.
Говоря ещё проще, если на ОДНОМ канале есть несколько говорящих, то вы будете слышать только СВОИХ включив одинаковые субтоны, однако это НЕ ОЗНАЧАЕТ что вас НИКТО НЕ УСЛЫШИТ! Ещё как услышит, ЭТО НЕ ШИФРОВАНИЕ СИГНАЛА А СИСТЕМА СВОЙ-ЧУЖОЙ, да вы и сами можете, если выключите шумодав (или включите функцию мониторинга канала, это тоже отключает шумодав)
Честно говоря, не вижу смысла выбирать эту функцию, лучше купить Бао и задавать самому частоту, и пионЭров со свистками не будет и кое-какую скрытность можно обеспечить, если частенько менять частоту.

3. Шумодав (или уровень шумодава если он есть у свистков)

В реальности на канале всегда есть шумы (шипение свист и т.д.) Вспомните, когда вы настраиваете телевизор там торже не сплошной фон а всякого рода хаотичные точки бегущие по экрану, это тоже самое в рации. Для того, чтобы башка не треснула от постоянного фона и придумали шумодав. Уровень шумодава – это порог срабатывания, при котором этот шумодав выключается и мы слышим человеческую речь а не посторонние шумы в канале. Если вы расположены близко к друг другу, то уровень можно выставить средний, если далеко, и рация срабатывает «бульканьем» и с «провалами», то уровень можно выставить поменьше, но будьте готовы, что иногда будут прорываться через шумодав посторонние шумы.

4. ROGER TONE или BEEP

Некий тон, гудок, звонок и т.д., который сопровождает начало и/или конец передачи голоса. Т.е., вы нажимаете тангенту и в канал сначала идёт этот ROGER TONE оповещая всех, что вы решили поговорить со своим народом. Тоже самое может быть и в конце передачи, когда вы отпустили тангенту.

5. VOX (Voice operated transmission)

Управление передачей голосом, т.е. вы можете не нажимать тангенту а просто начать говорить что-то в микрофон, при этом радиостанция САМА ёё включит, и сама же выключит, когда вы прекратите говорить.

Пожалуй всё для свистков. Теперь о продвинутом.

6. STEP (Frequency step) 2.5/5/6.25/10/12.5/25kHz — Шаг сетки (частоты)

Представьте линейку в 10 см, это и будет ваш диапазон. Теперь представьте на ней метки (один миллиметр, один сантиметр), это и будут каналы, а расстояние между ними — шаг сетки. Т.е., линейку можно поделить на 10см, на 100мм или вообще на дюймы. Соответственно, если ваша линейка поделена на сантиметры, а моя на дюймы, то мы не сможем с вами встать на один и тот же участок. Если у вас нет шага сетки в 6.25, то вы не сможете встать на диапазон PMR, если нет 10 то FRS/GMRS, это нужно учитывать при покупки радиостанции, если конечно эти диапазоны вам нужны ( ну PMR ТОЧНО нужен). В стандартном исполнении достаточно иметь 6.25/10/12.5/25kHz.
Итог — шаг сетки это расстояние от одного канала до другого.

Приложения

Таблица частот LPD, PMR и FRS / GMRS диапазонов

LPD (433 МГц )

канал частота канал частота

1 433.075 МГц 36 433.950 МГц
2 433.100 МГц 37 433.975 МГц
3 433.125 МГц 38 434.000 МГц
4 433.150 МГц 39 434.025 МГц
5 433.175 МГц 40 434.050 МГц
6 433.200 МГц 41 434.075 МГц
7 433.225 МГц 42 434.100 МГц
8 433.250 МГц 43 434.125 МГц
9 433.275 МГц 44 434.150 МГц
10 433.300 МГц 45 434.175 МГц
11 433.325 МГц 46 434.200 МГц
12 433.350 МГц 47 434.225 МГц
13 433.375 МГц 48 434.250 МГц
14 433.400 МГц 49 434.275 МГц
15 433.425 МГц 50 434.300 МГц
16 433.450 МГц 51 434.325 МГц
17 433.475 МГц 52 434.350 МГц
18 433.500 МГц 53 434.375 МГц
19 433.525 МГц 54 434.400 МГц
20 433.550 МГц 55 434.425 МГц
21 433.575 МГц 56 434.450 МГц
22 433.600 МГц 57 434.475 МГц
23 433.625 МГц 58 434.500 МГц
24 433.650 МГц 59 434.525 МГц
25 433.675 МГц 60 434.550 МГц
26 433.700 МГц 61 434.575 МГц
27 433.725 МГц 62 434.600 МГц
28 433.750 МГц 63 434.625 МГц
29 433.775 МГц 64 434.650 МГц
30 433.800 МГц 65 434.675 МГц
31 433.825 МГц 66 434.700 МГц
32 433.850 МГц 67 434.725 МГц
33 433.875 МГц 68 434.750 МГц
34 433.900 МГц 69 434.775 МГц
35 433.925 МГц

PMR (446 МГц)

канал частота канал частота

1 446.00625 МГц 5 446.05625 МГц
2 446.01875 МГц 6 446.06875 МГц
3 446.03125 МГц 7 446.08125 МГц
4 446.04375 МГц 8 446.09375 МГц

FRS/GMRS (462-467 МГц)

канал частота канал частота

FRS-1 462.5625 МГц FRS-12 467.6625 МГц
FRS-2 462.5875 МГц FRS-13 467.6875 МГц
FRS-3 462.6125 МГц FRS-14 467.7125 МГц
FRS-4 462.6375 МГц GMRS-15 462.550 МГц
FRS-5 462.6625 МГц GMRS-16 462.575 МГц
FRS-6 462.6875 МГц GMRS-17 462.600 МГц
FRS-7 462.7125 МГц GMRS-18 462.625 МГц
FRS-8 467.5625 МГц GMRS-19 462.650 МГц
FRS-9 467.5875 МГц GMRS-20 462.675 МГц
FRS-10 467.6125 МГц GMRS-21 462.700 МГц
FRS-11 467.6375 МГц GMRS-22 462.725 МГц

Таблица субтонов

Таблица кодов 64 тонов CTCSS

№ ЧАСТОТА (Гц) № ЧАСТОТА (Гц) № ЧАСТОТА (Гц)
1 33.0 17 71.9 33 123.0 49 183.5
2 35.4 18 74.4 34 127.3 50 186.2
3 36.6 19 77.0 35 131.8 51 189.9
4 37.9 20 79.7 36 136.5 52 192.8
5 39.6 21 82.5 37 141.3 53 196.6
6 44.4 22 85.4 38 146.2 54 199.5
7 47.5 23 88.5 39 151.4 55 203.5
8 49.2 24 91.5 40 156.7 56 206.5
9 51.2 25 94.8 41 159.8 57 210.7
10 53.0 26 97.4 42 162.2 58 218.1
11 54.9 27 100.0 43 165.5 59 225.7
12 56.8 28 103.5 44 167.9 60 229.1
13 58.8 29 107.2 45 171.3 61 233.6
14 63.0 30 110.9 46 173.8 62 241.8
15 67.0 31 114.8 47 177.3 63 250.3
16 69.4 32 118.8 48 179.9 64 254.1

Таблица кодов 39 тонов CTCSS

№ ЧАСТОТА (Гц) № ЧАСТОТА (Гц) № ЧАСТОТА (Гц)
1 67.0 11 94.8 21 131.8 31 186.2
2 69.3 12 97.4 22 136.5 32 192.8
3 71.9 13 100.0 23 141.3 33 203.5
4 74.4 14 103.5 24 146.2 34 210.7
5 77.0 15 107.2 25 151.4 35 218.1
6 79.7 16 110.9 26 156.7 36 225.7
7 82.5 17 114.8 27 162.2 37 233.6
8 85.4 18 118.8 28 167.9 38 241.8
9 88.5 19 123.0 29 173.8 39 250.3

Источник

Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях

Думаю, многие когда-либо задумывались над тем, как работают сотовые сети. Ведь мы пользуемся мобильными телефонами почти каждый день. Количество абонентов увеличивается с каждым днем, так же как и площади сетевого покрытия… На смену старым стандартам приходят новые, растут и «аппетиты» пользователей мобильного интернета. Если Вас интересует, как все это работает, добро пожаловать под кат! Поскольку инфраструктура сотовых сетей довольно велика, а ее описание может занять целую книгу, в данной статье мы остановимся на Um-интерфейсе, с помощью которого наши телефоны взаимодействуют с оборудованием оператора, а также другими абонентами.

Осторожно, злая собака много картинок!

Предисловие

Сегодня, спустя двадцать с лишним лет, мы пользуемся сетями нового поколения, вроде 3G и 4G, однако сети GSM никуда не исчезли — они все-еще используются банкоматами, терминалами, сигнализациями и даже современными телефонами для экономии электроэнергии и сохранения обратной совместимости. К тому же новинки, вроде UMTS (или W-CDMA) и LTE, имеют много общего с GSM. В отличие, например, от TCP/IP, сотовые сети менее доступны для изучения и исследований. Причин много: начиная от довольно высоких цен на оборудование, заканчивая запретом законодательств большинства стран на использования частот GSM-диапазонов без лицензии. На мой взгляд, понимание принципов работы сотовых сетей очень важно для специалистов в области информационной безопасности, да и не только. Именно поэтому я решил написать данную публикацию.

1. Введение в сотовые сети

1.1 Провайдеры услуг сотовой связи

По аналогии с интернет-провайдерами, услуги сотовой связи предоставляют определенные компании, чаще всего называемые «операторами». Каждый из них предлагает свой спектр услуг, а также устанавливает свои тарифные планы. Чаще всего операторы используют собственное оборудование для построения основной инфраструктуры сети; некоторые же используют уже имеющуюся, например, в России оператор Yota работает на базе оборудования оператора Megafon.

С точки зрения рядового абонента мобильных сетей, индивидуальность оператора заключается в качестве предоставляемых услуг связи, определенном диапазоне номеров, собственных брендовых SIM-картах, а также тарифных планах. Со стороны самих операторов, а также других телекоммуникационных областей, идентификация каждого из них осуществляется по коду страны (MCC — Mobile Country Code) и уникальному коду сети внутри страны (MNC — Mobile Network Code). Кроме этого, идентификация абонентов осуществляется не по привычному для нас телефонному номеру, а по международному идентификатору абонента — IMSI (International Mobile Subscriber Identity), который записан в SIM-карте абонента, а также в базе данных оператора. Телефонные номера просто-напросто «привязываются» к определенному IMSI, благодаря чему абонент может сменить оператора, сохранив свой номер телефона.

1.2 Принципы обеспечения сетевого покрытия

Покрытие определенной местности сотовой связью обеспечивается за счет распределения приемопередающих устройств по ее площади. Уверен, многие видели их на рекламных шитах, различных зданиях, и даже на отдельных мачтах. Чаще всего они представляют из себя несколько направленных антенн белого цвета, а также небольшое здание, куда тянутся провода. Так вот, в терминологии GSM такие комплексы называются базовыми станциями (BTS) и могут состоять из нескольких приемопередающих устройств — трансиверов (TRX — Transmitter/Receiver).

Ключевая особенность сотовой связи заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Кстати, отсюда как раз и возникло название «сотовая связь». Каждая базовая станция покрывает один или несколько секторов, а также имеет один или несколько приемопередатчиков в каждом секторе, каждый из которых излучает сигнал на своей частоте. Проще говоря, сота — это одна из ячеек покрытия, имеющая свой уникальный идентификатор, называемый CI (Cell ID). Соты можно классифицировать по масштабу покрываемой территории: макросота (до 35 км, иногда до 70 км), обычная сота (до 5 км), микросота (до 1 км), пикосота (до 300 метров) и фемтосота (чаще встречаются внутри помещений, покрывают десятки метров).

Базовые станции, расположенные поблизости, работают в различных частотных диапазонах, благодаря чему соты различных операторов могут частично или почти полностью накладываться друг на друга. Совокупность базовых станций, работающих совместно, называется зоной местоположения — LAC (Location Area Code). Все базовые станции обязательно передают в эфир свои идентификационные данные, такие как MCC, MNC, Cell ID, а также LAC, благодаря чему, мобильные телефоны подключается только к BTS своего оператора. Кроме этого, мобильные телефоны с определенным интервалом уведомляют сеть о своем текущем местоположении, т.е. LAC. Данная процедура называется Location Update, но об этом позже.

1.3 Инфраструктура сотовых сетей

Базовые станции не могут существовать сами по себе, поэтому, находясь в определенном LAC, они подключаются к контроллеру базовых станций — BSC (Base Station Controller). Контроллеры, в свою очередь, выполняют балансировку нагрузки, а также активно участвуют в процессе обмена трафика между сетью и своими «подчиненными». Взаимодействие BTS и BSC осуществляется посредством интерфейса A-bis. В пределах сети у большинства операторов, чаще всего, несколько контроллеров базовых станций, которые посредством A-интерфейса и Gb-интерфейса к коммутационным узлам сети (MSC — Mobile Switching Center, SGSN — Serving GPRS Support Node).

MSC образует ядро сетевой инфраструктуры (Core Network), в которое входят следующие основные элементы:

1.4 Межоператорное взаимодействие

Сети различных операторов взаимодействуют между собой, благодаря чему, например, Алиса, являясь абонентом оператора A, может позвонить Бобу, который является абонентом оператора B. Называется эта сеть ОКС-7 или SS7, работает либо на базе специальных проводных/беспроводных коммуникационных сетей, либо поверх Интернета (да, да, сеть поверх сети). SS7 предоставляет набор протоколов для взаимодействия различных операторов. Роуминг тоже работает благодаря данной сети.

2. Um-интерфейс (GSM Air Interface)

2.1 Частотные диапазоны

Любое оборудование в сотовых сетях взаимодействует посредством определенных интерфейсов. Как уже говорилось, обмен данными между базовой станцией и абонентом осуществляется через Um-интерфейс, который в первую очередь является радиоинтерфейсом, следовательно обмен данными происходит в процессе приема/передачи радиоволн. Радиоволны являются таким же электромагнитным излучением, как тепло или свет. Ультрафиолетовое, рентгеновское и ионизирующее излучения так же являются видами электромагнитного излучения с определенными диапазонами частот и определенными длинами волн. Помните такую картинку?

Так вот, диапазон радиоволн тоже разделен на дочерние диапазоны частот, например, диапазоны LF (30—300 кГц), MF (300—3000 кГц) и HF (3—30 МГц) чаще всего используются для радиосвязи и радиовещания; телевещание ведется в диапазонах VHF (30—300 МГц), UHF (300—3000 МГц) и SHF (3—30 ГГц); беспроводные сети, типа WiFi, а также спутниковое телевидение работают в том-же SHF. Больше всего нас интересует диапазон UHF, в котором работают сети GSM. Согласно стандарту 3GPP TS 45.005, в эфире им выделено целых 14 дочерних для UHF диапазонов, причем в различных странах используются различные диапазоны. Рассмотрим наиболее распространенные:

P-GSM-900, E-GSM-900 и DCS-1800 используются преимущественно в странах Европы и Азии. Диапазоны GSM-850 и PCS-1900 используется в США, Канаде, отдельных странах Латинской Америки и Африки.

Любой выделенный под сотовую сеть диапазон делится на множество отрезков (обычно по 200 КГц), часть из которых называется Downlink — здесь данные в эфир передают только базовые станции (BTS), часть — Uplink, где вещают только телефоны (MS). Пары таких отрезков, где один принадлежит Downlink, а другой Uplink, образуют радиочастотные каналы, называемые ARFCN (Absolute radio-frequency channel number). Другими словами, телефон не может принимать и передавать данные на одной и той же частоте, вместо этого при передаче он переключается на частоты Uplink, а при приеме на Downlink, причем процесс переключения происходит очень быстро.

2.2 Физические каналы, разделение множественного доступа

С диапазонам разобрались. Теперь представьте небольшую закрытую комнату, в которой много людей. Если в определенный момент времени все начнут разговаривать, собеседникам будет трудно понимать друг друга. Некоторые начнут говорить громче, что только ухудшит ситуацию для остальных. Так вот, в физике это явление называется интерференцией. Иными словами интерференцию можно назвать наложением волн. Для сотовых сетей GSM это паразитное явление, поэтому на помощь приходят технологии разделения множественного доступа.

Потребность в разделении множественного доступа возникла давно и применяется как в проводных коммуникациях (I2C, USB, Ethernet), так и в беспроводных. В сотовых сетях чаще всего используются технологии FDMA (Frequency Division Multiple Access), TDMA (Time Division Multiple Access) и CDMA (Code Division Multiple Access). Первые две в совокупности используются в сетях второго поколения — GSM. CDMA является основой современных сотовых сетей, которые превосходят GSM как в плане безопасности, так и максимальной скорости передачи данных. Что же это за магия?

Для радиосистем существует два основных ресурса — частота и время. Разделение множественного доступа по частотам, когда каждому приемнику и передатчику выделяется определенная частота, называется FDMA. Разделение по времени, когда каждой паре приёмник-передатчик выделяется весь спектр или большая его часть на выделенный отрезок времени, называют TDMA. В CDMA нет ограничений на частоту и время. Вместо этого каждый передатчик модулирует сигнал с применением присвоенного в данный момент каждому пользователю отдельного числового кода, а приемник вычисляет нужную часть сигнала, используя аналогичный код. Кроме того, существует еще несколько технологий: PAMA (Pulse-Address Multiple Access), PDMA (Polarization Division Multiple Access), SDMA (Space Division Multiple Access), однако, их описание выходит за рамки данной статьи.

FDMA
Принцип данного метода заключается в том, что доступный частотный спектр разделяется между приемниками и передатчиками на равные или неравные частотные полосы, часть из которых выделяется под Downlink (трафик от BTS к MS), часть под Uplink (трафик от MS к BTS). Об этом мы уже говорили.

TDMA
Вместе с разделением по частоте (FDMA), в GSM применяется метод разделения по времени — TDMA. Согласно TDMA, весь поток данных делится на фреймы, а фреймы в свою очередь делятся на несколько таймслотов, которые распределяются между приемопередающими устройствами. Следовательно, телефон может выполнять обмен информацией с сетью только в определенные, выделенные ему промежутки времени.

Фреймы объединяются в мультифреймы, которые бывают двух видов:

Control Multiframe (содержит 51 фрейм)

Traffic Multiframe (содержит 26 фреймов)

Мультифреймы образуют суперфреймы, а уже суперфреймы образуют гиперфреймы. Подробнее о структуре фреймов и их организации можно узнать тут (источник изображений) и здесь.

В результате, физический канал между приемником и передатчиком определяется частотой, выделенными фреймами и номерами таймслотов в них. Обычно базовые станции используют один или несколько каналов ARFCN, один из которых используется для идентификации присутствия BTS в эфире. Первый таймслот (индекс 0) фреймов этого канала используется в качестве базового служебного канала (base-control channel или beacon-канал). Оставшаяся часть ARFCN распределяется оператором для CCH и TCH каналов на свое усмотрение.

2.3 Логические каналы

На основе физических каналов формируются логические. Um-интерфейс подразумевает обмен как пользовательской информацией, так и служебной. Согласно спецификации GSM, каждому виду информации соответствует специальный вид логических каналов, реализуемых посредством физических:

Каналы служебной информации делятся на:

2.4 Что такое burst?

Данные в эфире передаются в виде последовательностей битов, чаще всего называемых «burst», внутри таймслотов. Термин «burst», наиболее подходящим аналогом которому является слово «всплеск», должен быть знаком многим радиолюбителям, и появился, скорее всего, при составлении графических моделей для анализа радиоэфира, где любая активность похожа на водопады и всплески воды. Подробнее о них можно почитать в этой замечательной статье (источник изображений), мы остановимся на самом главном. Схематичное представление burst может выглядеть так:

Guard Period
Во избежание возникновения интерференции (т.е. наложения двух busrt друг на друга), продолжительность burst всегда меньше продолжительности таймслота на определенное значение (0,577 — 0,546 = 0,031 мс), называемое «Guard Period». Данный период представляет собой своего рода запас времени для компенсации возможных задержек по времени при передаче сигнала.

Tail Bits
Данные маркеры определяют начало и конец burst.

Info
Полезная нагрузка burst, например, данные абонентов, либо служебный трафик. Состоит из двух частей.

Stealing Flags
Эти два бита устанавливаются когда обе части данных burst канала TCH переданы по каналу FACCH. Один переданный бит вместо двух означает, что только одна часть burst передана по FACCH.

Training Sequence
Эта часть burst используется приемником для определения физических характеристик канала между телефоном и базовой станцией.

2.5 Виды burst

Каждому логическому каналу соответствуют определенные виды burst:

Normal Burst
Последовательности этого типа реализуют каналы трафика (TCH) между сетью и абонентами, а также все виды каналов управления (CCH): CCCH, BCCH и DCCH.

Frequency Correction Burst
Название говорит само за себя. Реализует односторонний downlink-канал FCCH, позволяющий мобильным телефонам более точно настраиваться на частоту BTS.

Synchronization Burst
Burst данного типа, так же как и Frequency Correction Burst, реализует downlink-канал, только уже SCH, который предназначен для идентификации присутствия базовых станций в эфире. По аналогии с beacon-пакетами в WiFi-сетях, каждый такой burst передается на полной мощности, а также содержит информацию о BTS, необходимую для синхронизации с ней: частота кадров, идентификационные данные (BSIC), и прочие.

Dummy Burst
Фиктивный burst, передаваемый базовой станцией для заполнения неиспользуемых таймслотов. Дело в том, что если на канале нет никакой активности, мощность сигнала текущего ARFCN будет значительно меньше. В этом случае мобильному телефону может показаться, что он далеко от базовой станции. Чтобы этого избежать, BTS заполняет неиспользуемые таймслоты бессмысленным трафиком.

Access Burst
При установлении соединения с BTS мобильный телефон посылает запрос выделенного канала SDCCH на канале RACH. Базовая станция, получив такой burst, назначает абоненту его тайминги системы FDMA и отвечает на канале AGCH, после чего мобильный телефон может получать и отправлять Normal Bursts. Стоит отметить увеличенную продолжительность Guard time, так как изначально ни телефону, ни базовой станции не известна информация о временных задержках. В случае, если RACH-запрос не попал в таймслот, мобильный телефон спустя псевдослучайный промежуток времени посылает его снова.

2.6 Frequency Hopping

Псевдослучайная перестройка рабочей частоты (FHSS — англ. frequency-hopping spread spectrum) — метод передачи информации по радио, особенность которого заключается в частой смене несущей частоты. Частота меняется в соответствии с псевдослучайной последовательностью чисел, известной как отправителю, так и получателю. Метод повышает помехозащищённость канала связи.

Frequency Hopping (FHSS) является одним из методов расширения спектра. Кроме сетей GSM, разновидность данного метода применяется в Bluetooth. Зачем?

2.7 Основные принципы взаимодействия MS и BTS

Начнем с того, что происходит при включении мобильного телефона. Чаще всего, даже если телефон выключен со вставленной батареей, он продолжает работать. В это время работает небольшая программа, называемая «загрузчиком». Загрузчик ожидает нажатия клавиши включения, запускает процесс зарядки при подключении зарядного устройства, а иногда и будильник. Все зависит от конкретной модели телефона. Как только нажимается клавиша включения, начинается процесс загрузки операционной системы, которая сначала проверяет наличие SIM-карты, а затем запускает сканирование эфира в поисках сети оператора. Даже если SIM-карты нет, телефон все-равно подключается к ближайшей базовой станции, предоставляя возможность экстренного вызова. Если SIM-карта на месте, выполняется запрос Location Update, уведомляющий сеть о текущем LAС абонента. Затем, базовая станция запрашивает IMEI телефона и IMSI SIM-карты, чтобы идентифицировать абонента (Identity Request). Если предоставленный IMEI отличается от того, с которым абонент подключался раньше, оператор может выслать настройки интернета. Кстати, так можно даже найти украденный телефон. Затем выполняется авторизация, после чего телефон может находиться в одном из двух состояний:

Как только телефон находит разрешенный BCCH, посылается RACH-запрос, базовая станция выделяет определенный физический канал, выполняет аутентификацию абонента, а также регистрирует его прибывание в VLR и HLR. После этого телефон находится в режиме IDLE. При входящем звонке или SMS-сообщении, все базовые станции текущего LAC начинают рассылать Paging Requests, чтобы уведомить абонента о каком-либо событии. Если телефон его «услышал», он отвечает, сеть высылает пакет Immediate Assignment, описывающий выделенные абоненту ресурсы (частота, номер таймслота и т.д.). Очень похоже на Ping в Интернете. С этого момента телефон находится в режиме DEDICATED до момента разрыва соединения.

В случае, если абонент сам выступает в роли инициатора соединения, ему необходимо сначала выслать запрос CM Service Request, а затем дождаться Immediate Assignment от сети.

2.8 Handover

Handover (американский вариант — handoff) — в сотовой связи процесс передачи абонента от одной базовой станции к другой во время телефонного разговора или сессии передачи данных. Данный процесс происходит, когда абонент покидает зону действия одной базовой станции и входит в зону действия другой. Также handover может выполняться в случае, если текущая базовая станция перегружена, либо ее физические каналы слишком зашумлены.

Handover бывает двух типов:

2.9 Кодирование речи

Как уже говорилось, речь абонентов передается на канале TCH, который бывает двух видов: Full Rate (FR) и Half Rate (HR). Для кодирования аудиопотока в сетях мобильной связи GSM (и не только) применяются следующие стандарты:

3. Безопасность и конфиденциальность

Пришло время рассмотреть основные алгоритмы обеспечения конфиденциальности и безопасности данных абонентов. На фоне громких скандалов и разоблачений в области информационной безопасности, данная тема довольно актуальна. GSM, как и любая другая сложная система, имеет свои механизмы защиты, а также уязвимости, которые мы рассмотрим в данной главе. Я не стану вдаваться в дебри, описывая низкоуровневые процессы преобразования битов при шифровании и т.д., иначе статья превратится в огромную пузатую книгу. Кому интересно, можно почитать эти материалы:

3.1 Основные векторы атак

Посколько Um-интерфейс является радиоинтерфейсом, весь его трафик «виден» любому желающему, находящемуся в радиусе действия BTS. Причем анализировать данные, передаваемые через радиоэфир, можно даже не выходя из дома, используя специальное оборудование (например, старый мобильный телефон, поддерживаемый проектом OsmocomBB, или небольшой донгл RTL-SDR) и прямые руки самый обычный компьютер.

Выделяют два вида атаки: пассивная и активная. В первом случае атакующий никак не взаимодействует ни с сетью, ни с атакуемым абонентом — исключительно прием и обработка информации. Не трудно догадаться, что обнаружить такую атаку почти не возможно, но и перспектив у нее не так много, как у активной. Активная атака подразумевает взаимодействие атакующего с атакуемым абонентом и/или сотовой сетью.

Можно выделить наиболее опасные виды атак, которым подвержены абоненты сотовых сетей:

3.2 Идентификация абонентов

Как уже упоминалось в начале статьи, идентификация абонентов выполняется по IMSI, который записан в SIM-карте абонента и HLR оператора. Идентификация мобильных телефонов выполняется по серийному номеру — IMEI. Однако, после аутентификации ни IMSI, ни IMEI в открытом виде по эфиру не летают. После процедуры Location Update абоненту присваивается временный идентификатор — TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity), и дальнейшее взаимодействие осуществляется именно с его помощью.

Способы атаки
В идеале, TMSI абонента известен только мобильному телефону и сотовой сети. Однако, существуют и способы обхода данной защиты. Если циклически звонить абоненту или отправлять SMS-сообщения (а лучше Silent SMS), наблюдая за каналом PCH и выполняя корреляцию, можно с определенной точностью выделить TMSI атакуемого абонента.

Кроме того, имея доступ к сети межоператорного взаимодействия SS7, по номеру телефона можно узнать IMSI и LAC его владельца. Проблема в том, что в сети SS7 все операторы «доверяют» друг другу, тем самым снижая уровень конфиденциальности данных своих абонентов.

3.3 Аутентификация

Для защиты от спуфинга, сеть выполняет аутентификацию абонента перед тем, как начать его обслуживание. Кроме IMSI, в SIM-карте хранится случайно сгенерированная последовательность, называемая Ki, которую она возвращает только в хэшированном виде. Также Ki хранится в HLR оператора и никогда не передается в открытом виде. Вцелом, процесс аутентификации основан на принципе четырехстороннего рукопожатия:

Способы атаки
Перебор Ki, имея значения RAND и SRAND, может занять довольно много времени. Кроме того, операторы могут использовать свои алгоритмы хэширования. В сети довольно мало информации о попытках перебора. Однако, не все SIM-карты идеально защищены. Некоторым исследователям удавалось получить прямой доступ к файловой системе SIM-карты, а затем извлечь Ki.

3.4 Шифрование трафика

Согласно спецификации, существует три алгоритма шифрования пользовательского трафика:

Заключение

Мой длинный рассказ подошел к концу. Более подробно и с практической стороны с принципами работы сотовых сетей можно будет познакомиться в цикле статей Знакомство с OsmocomBB, как только я допишу оставшиеся части. Надеюсь, у меня получилось рассказать Вам что-нибудь новое и интересное. Жду Ваших отзывов и замечаний!

Источник