Что такое gsm сигнал

GSM — что это такое в телефоне и как работает

GSM является активным стандартом мобильной сотовой связи в России и многих других странах. Именно на основе этой технологии и работают наши телефоны.

Каждый из нас слышал про этот термин, но не все до конца знают и понимают, что это такое, как работает и зачем вообще нужны все эти стандарты.

Прошлый материал был посвящен тому, что это такое ростест и зачем и какую роль он играет при выборе смартфона с этим знаком. Сейчас вы узнаете про GSM, его определение и роль в развитии мобильных технологий.

Что такое GSM

GSM (Global System for Mobile Communications) — это международный стандарт связи второго поколения 2G, цифровая сеть, которая используется мобильными операторами для передачи в ней данных. Используется по всему миру и поддерживается практически всеми мобильными телефонами. Данные передаются в беспроводном формате, поэтому провода не нужны.

Переводится, как глобальная система мобильной связи. Основана на разделение каналов по времени TDMA и частоте FDMA. Является сетью второго поколения, означает цифровую связь.

GSM-сетями на данный момент пользуется около 80% телефонов по всему миру, как основными, чтобы осуществлять беспроводные звонки. Всего есть три основных и используемых сети: GSM, TDMA и CDMA. Именно первая является наиболее используемой и популярной.

GSM в отличие от того же CDMA предлагает более широкие возможности для международного роуминга. Так, как на его долю приходится 80% всего рынка. Также, технология позволяет одновременно передавать данные и совершать звонки.

Работает на частоте: 800/900/1800/1900 МГц. Практически все современные телефоны поддерживают эти частоты без проблем. Сигнал распространяется на расстояние в 35 км от базовой станции/вышки. А средняя скорость передачи данных — до 20 кбит/сек.

Включает в себя надстройки: GPRS и EDGE. Они позволяют передавать данные в пакетном формате и увеличивают скорость передачи. Также их называют 2.5G и 2.75G. Именно с их помощью с телефона можно выходить и во всемирную паутину.

Интересно! Данные передаются в сжатом виде, это связано с низкой пропускной способностью канала, поэтому качество звука не очень хорошее.

Наряду с другими технологиями, является частью эволюции беспроводной мобильной связи, которая включает высокоскоростную передачу данных с коммутацией каналов (HSCSD), общую систему пакетной радиосвязи (GPRS), улучшенную среду GSM данных (EDGE) и универсальную службу мобильной связи. (UMTS).

Как это работает

Ключевым элементом работы GSM на мобильном телефоне или планшете является SIM карта, которая привязана к вашему оператору сотовой связи. Пользователь СИМ карты не привязывается к определенному телефону и может пользоваться услугами связи, на которые подписан с любого устройства куда он ее вставит.

Мобильные телефоны идентифицируются при помощи IMEI. Сим карта идентифицируется, как IMSI. Все эти коды являются уникальными во всем мире. IMEI и IMSI независимы друг от друга, это обеспечивает личную мобильность. СИМ карта, как и телефон могут быть защищены паролем, чтобы ими никто не мог пользоваться кроме владельца.

Сигнал передается через вышки, которые устанавливают сотовые операторы, их довольно много, сигнал в среднем распространяется на 35 километров. Как только мобильный телефон находит такую вышку — происходит соединение и можно совершать звонки.

Выглядит работа в целом так:

1. GSM модуль, установленный в телефоне, связывается с ближайшей вышкой сотовой связи. Происходит обмен данными.

2. Вышка проверяет данные с сим карты, идентифицирует абонента и позволяет совершать звонки и другие действия. Все при этом шифруется.

Интересно! Кроме сим карты — ее идентификатора IMSI, станция также проверяет и IMEI самого смартфона и, если он будет в черном списке — может заблокировать любые вызовы.

Немного истории

История GSM берет свое начало в 1 982 году, когда Европейский институт стандартизации электросвязи создал Group Special Mobile, которую потом переименовали в Global System for Mobile Communications. Развиваться технология и активно распространятся начала лишь в 90-ых годах.

Целью создания было обеспечение мобильного роуминга между странами, которые состояли в общеевропейском сотрудничестве. Сотовую связь устанавливать предполагалось на частоте в 900МГц.

По состоянию на 2 003 год цифровые беспроводные услуги GSM предлагались в той или иной форме в 193 странах.

Особенности GSM

В заключение

Это были основные моменты, которые нужно знать об этом стандарте связи. Сейчас ему на смену пришли уже более новые и современные виды, обеспечивающие куда лучшее качество с быстрой передачей информации.

Источник

«Физиология» и «анатомия» цифровой связи стандарта GSM

Цифровые сотовые сети стали вторым поколением таких подвижных систем связи. Переход на технику второго поколения позволил использовать ряд новых решений, в том числе более эффективные модели повторного использования частот, временное разделение каналов между собой, разнесение во времени процессов передачи и приема при дуплексной связи, эффективные методы борьбы с замираниями и искажениями сигналов, эффективные низкоскоростные речевые кодеки с шифрованием передаваемых сообщений для ведения кодированной передачи, более эффективные методы модуляции и интеграцию услуг телефонной связи с передачей данных, и другими услугами подвижной связи.

Технология CDMA (www.qualcomm.com) обеспечивает высокое качество сигнала при снижении излучаемой мощности и уровня шумов. В результате можно добиться минимальной средней выходной мощности, значение которой в сотни раз меньшее значений выходной мощности других, используемых в настоящее время стандартов. Это позволяет уменьшить воздействие на организм человека и увеличить продолжительность бесперебойной работы без подзарядки аккумулятора. Так, излучаемая мобильными аппаратами средняя мощность в сотовых системах CDMA составляет менее 10 мВт, что на порядок ниже мощности, требуемой в системах с временным разделением каналов TDMA. Эффективное использование радиочастотного диапазона с возможностью многократного использования одних тех же частот в сети (высокая спектральная эффективность) увеличивает емкость CDMA в 10-20 раз по сравнению с аналоговыми системами и в 3-6 раз превышает плотность других цифровых систем. Это способствует применению механизма контроля мощности и речевой активности, что, в свою очередь, уменьшает взаимные помехи, влияющие на емкость системы и другие факторы, а также позволяет обойти проблему блокировки канала в связи с большой нагрузкой. Соответственно CDMA обеспечивает меньшую задержку в передаче голосового сообщения, чем другие системы подвижной связи, поэтому не требуется уделять повышенное внимание растягиванию задержки сигнала и усугублению эффекта Доплера. Кроме этого, проблема многолучевого распространения эффективно решается на уровне коррекции ошибок. Наконец, плавный переход между сотами (или секторами в пределах одной соты) позволяет осуществлять «мягкий» переход от одной соты к другой, в отличие от TDMA, где такой переход происходит скачкообразно, что приводит к «жесткому», но очень короткому временному разрыву соединения.

КОНЦЕПЦИИ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ

На основании этих данных формируется представление системы о мобильном пользователе (его местоположение, статус в сети и т. д.) и происходит соединение. Если мобильный пользователь во время разговора перемещается из зоны действия одного ретранслятора в зону действия другого, или даже между зонами действия разных контроллеров, связь не обрывается и не ухудшается, поскольку система автоматически выбирает ту базовую станцию, с которой связь лучше. В зависимости от загруженности каналов телефон выбирает между сетью 900 и 1800 МГц, причем переключение возможно даже во время разговора абсолютно незаметно для говорящего.

Звонок из обычной телефонной сети мобильному пользователю осуществляется в обратной последовательности: сначала определяются местоположение и статус абонента на основании постоянно обновляющихся данных в регистрах, а затем происходят соединение и поддержание связи.

Максимальная мощность излучения подвижного аппарата в зависимости от его назначения (автомобильный постоянный или переносный, носимый или карманный) может изменяться в пределах 0.8-20 Вт (соответственно 29-43 дБм). В качестве примера в таблице приводятся классы станций и абонентских устройств по применяемой мощности, принятые в системе GSM-900.

«ФИЗИОЛОГИЯ»

Важнейшими причинами повышенного затухания сигналов являются теневые зоны, создаваемые зданиями или естественными возвышенностями на местности. Исследования условий применения подвижной радиосвязи в городах показали, что даже на очень близких расстояниях теневые зоны дают затухание до 20дБ. Другой важной причиной затухания является листва деревьев. Например, на частоте 836МГц в летнее время, когда деревья покрыты листвой, уровень принимаемого сигнала оказывается приблизительно на 10дБ ниже, чем в том же месте зимой, при отсутствии листьев. Замирания сигналов от теневых зон иногда называют медленными с точки зрения условий их приема в движении при пересечении такой зоны.

Растягивание задержки сигнала получается из-за того, что сигнал, проходящий по нескольким независимым путям разной протяженности, принимается несколько раз. Поэтому повторяющийся импульс может выйти за пределы отведенного для него интервала времени и исказить следующий символ. Искажения, возникающие за счет растянутой задержки, называются межсимвольной интерференцией. При небольших расстояниях растянутая задержка не опасна, но если соту окружают горы, задержка может растянуться на многие микросекунды (иногда 50-100 мкс).

Релеевские замирания вызываются случайными фазами, с которыми поступают отраженные сигналы. Если, например, прямой и отраженный сигналы принимаются и противофазе (со сдвигом фазы на 180°), то суммарный сигнал может быть ослаблен почти до нуля. Релеевские замирания для данного передатчика и заданной частоты представляют собой нечто вроде амплитудных «провалов», имеющих разную глубину и распределенных случайным образом. В этом случае при стационарном приемнике избежать замираний можно просто переставив антенну. При движении же транспортного средства такие «провалы» проходятся ежесекундно тысячами, отчего происходящие при этом замирания называются быстрыми.

Эффект Доплера проявляется при движении приемника относительно передатчика и состоит в изменении частоты принимаемого колебания. Подобно тому, как тон шума движущегося поезда или автомобиля кажется неподвижному наблюдателю несколько выше при приближении транспортного средства и несколько ниже при его удалении, частота радиопередачи смещается при движении приемопередатчика. Более того, при многолучевом распространении сигнала отдельные лучи могут давать смещение частоты в ту или другую сторону одновременно. В результате, за счет эффекта Доплера получается случайная частотная модуляция передаваемого сигнала подобно тому, как за счет релеевских замираний происходит случайная амплитудная модуляция. Таким образом, в целом многолучевое распространение создает большие трудности в организации сотовой связи, в особенности для подвижных абонентов, что связано с медленными и быстрыми замираниями амплитуды сигнала в движущемся приемнике. Преодолеть эти трудности удалось с помощью цифровой техники, которая позволила создать новые методы кодирования, модуляции и выравнивания характеристик каналов.

«АНАТОМИЯ»

Передача данных осуществляется по радиоканалам. Сеть GSM работает в диапазонах частот 900 или 1800 МГц. Более конкретно, например, в случае рассмотрения диапазона 900МГц подвижной абонентский аппарат передает на одной из частот, лежащих в диапазоне 890-915 МГц, а принимает на частоте, лежащей в диапазоне 935-960 МГц. Для других частот принцип тот же, изменяются только численные характеристики.

В распоряжение каждой базовой станции может быть предоставлено от одной до 16 частот, причем число частот и мощность передачи определяются в зависимости от местных условий и нагрузки.

В каждом из частотных каналов, которому присвоен номер (N) и который занимает полосу 200кГц, организуются восемь каналов с временным разделением (временные каналы с номерами от 0 до 7), или восемь канальных интервалов.

Система с разделением частот (FDMA) позволяет получить 8 каналов по 25кГц, которые, в свою очередь, разделяются по принципу системы с разделением времени (TDMA) еще на 8 каналов. В GSM используется GMSK-модуляция, а несущая частота изменяется 217 раз в секунду для того, чтобы компенсировать возможное ухудшение качества.

Требования к характеристикам стандартного импульса описываются в виде нормативного шаблона изменения мощности излучения во времени. Процессы включения и выключения импульса, которые сопровождаются изменением мощности на 70дБ, должны укладываться в промежуток времени длительностью всего 28мкс, а рабочее время, в течение которого передаются 147 двоичных разрядов, составляет 542.8мкс. Значения мощности передачи, указанные в таблице ранее, относятся именно к мощности импульса. Средняя же мощность передатчика оказывается в восемь раз меньше, так как 7/8 времени передатчик не излучает.

Последовательность импульсов образует физический канал передачи, который характеризуется номером частоты и номером временного канального интервала. На основе этой последовательности импульсов организуется целая серия логических каналов, которые различаются своими функциями. Кроме каналов, передающих полезную информацию, существует еще ряд каналов, передающих сигналы управления. Реализация таких каналов и их работа требуют четкого управления, которое реализуется программными средствами.

GSM И КОМПЬЮТЕР

Поскольку эта тема выходит за рамки настоящей статьи, однако очень интересна и актуальна, то в нескольких словах на самом простейшем уровне, думается, стоит ее коснуться.

Слой соединения GSM непосредственно с обычной телефонной сетью поддерживает протоколы передачи данных в V.21, V.22, V.22bis, V.23, V.26ter, V.32 и протокол коррекции ошибок и сжатия данных MNP5. Поскольку данные по сети GSM передаются в цифровом виде, а модем на другом конце обычной коммутируемой линии работает только с аналоговыми сигналами, адаптер, рассматриваемый в первом примере, формирует такую последовательность данных, которая воспринимается модемом как обычные телефонные сигналы, в том числе несущая сигнала «занято» и т.д. Как правило, адаптер требует стандартных модемных установок: 8N1, скорость 2400, 4800 или 9600 bps. В случае же применения ИК-порта такие «преобразования» происходят уже внутри самой трубки.

Источник

GSM под увеличительным стеклом

Как часто в последние годы мы слышим слово «коммуникации». Современный мир напоминает муравейник, где базовыми элементами конструкции становятся не ёлочные иголки и органические волокна, а биты полезной и пустой информации. Человечество сделало шаг в сторону цифровых технологий, и шаг этот подобен прыжку в бездну. Мы слишком сильно зависим от современных электронных устройств. Жизнь буквально пропитана информацией, и мы привыкли получать и делиться ей в самые сжатые сроки. Коммуникации становятся краеугольным камнем цивилизации.

Но как мало и поверхностно знаем мы о тех вещах, которые используем ежедневно, и сотовая связь не стала исключением. На сегодняшний день мобильная сфера нашей жизни является одной из самых развивающихся. Цель нашего материала – приподнять занавес таинственности над сотовой телефонией. Мы поговорим с вами о самой популярной в мире и нашей стране GSM-связи. Этот обзор должен вывести мобильный аппарат с позиции чёрного ящика для связи до понятного устройства.

История GSM

История сотовой связи напоминает победное шествие Наполеона. Буквально за несколько лет мобильные аппараты превратились из киношной роскоши в повседневные устройства. Как же проходило становление GSM? История этой связи самая показательная. Сейчас GSM используют около 68 процентов от общего числа абонентов в мире. Аналитики предсказывают, что в ближайшие годы, несмотря на быстрое развитие 3G-сетей, эта цифра не изменится.

В самом начале 80-х годов сотовая связь начала входить в дома европейских и американских богачей. Операторы в среднем получали около 10–50 тысяч долларов с одного абонента в месяц. Связь строилась исключительно на базе аналоговой передачи данных, а о цифровых технологиях, в силу их дороговизны, даже не говорили. Только некоторые операторы могли похвастаться настоящей сотовой, а не простой радиосвязью. О роуминге, разумеется, даже говорить не приходилось. Операторы работали не только на разных частотах, которые предоставляло им местное правительство, но и по-разному модулировали сигнал. Зачастую мобильный телефон выпускался строго под опредёленную сеть.

Откуда возникла идея развивать цифровой стандарт, который стал бы единым для многих государств? Прежде всего, причина в том, что на заре сотовой связи ни одно государство не хотело в полной мере инвестировать миллионы в не совсем понятное начинание. Первые международные договоренности и исследования прошли под управлением Европейской конференции административных работников почты и телекоммуникаций СЕРТ (Conference des administrations Europcennes des Postes et Telecommunications). Реальное участие в проекте принимали немцы и французы. Учёные ограничились частотными исследованиями. Уже через пару лет, в 1982 году, к проекту примкнули 26 европейских стран. Нужно отдать должное, что союз немцев и французов смог переубедить всю Европу и стать родоначальником сотовой связи стандарта GSM. Эта победа не имеет аналогов в истории (например, создание европейской системы спутниковой навигации несёт для общества не меньше пользы, но не имеет должного продолжения). Страны, входящие в проект, поставили интересы создания единого стандарта связи выше своих национальных интересов.

В далёком 1982 году Европейской конференцией была инициирована «Специальная группа по разработке мобильной связи». Позднее Global System for Mobile communications стали сокращать до аббревиатуры GSM. Так началась история современной связи. Большинство постулатов GSM зародилось двадцать лет назад и практически не претерпело никаких изменений, как сама фундаментальная физика. Это говорит о том, что учёные, работавшие над проектом, не просто создали великолепный стандарт, но и заложили в него принципы масштабирования (например, передачи данных).

В 1984 году GSM была признана Францией, Италией и Германией, а через пару лет к договору присоединилась Великобритания. Эта четвёрка и стала родоначальником 900 МГц цифровой связи. Страны, входящие в договор, принялись степенно расчищать требуемый диапазон частот. Ключевым событием развития сети стало декабрьское выступление Франции на международной конференции 1986 года, где была провозглашена дата коммерческого запуска сети. Он намечался на 1991 год. Так общественность услышала о дате запуска первой массовой единой сотовой сети.

Франция проявила себя лидером международного проекта. Именно её инженеры провели исследования в области передачи данных. Они решили остановить свой выбор на методе многостанционного доступа с временным разделением каналов TDMA (Time Division Multiple Access). Иногда этот способ передачи данных радиосигналом называют с временным уплотнением (мультиплексирования). В GSM часто одни и те же вещи носят разные названия. Впрочем, радиофизика полна таких примеров. Нельзя не назвать институт, где зародилась радиосоставляющая GSM связи – CNET, впоследствии преобразованный во France Telecom.

Английские инженеры проснулись лишь в 1990 году, но буквально за год создали и расписали работу GSM в частотном диапазоне 1800 МГц. На первых порах было много противников отхода от GSM 900, но им удалось придать мировую значимость своей работе. В 1991 году в Женеве на выставке TELECOM 91 работа 1800 МГц GSM была представлена как необходимая составляющая сети. Другие подобные проекты по изменению частотного диапазона поддержки в то время не нашли.

Первый запуск сети состоялся в апреле 1992 года. Впрочем, днём рождения сети правильнее считать июнь 1992 года. Именно тогда было подписано первое соглашение по роумингу, а значит, были реализованы все планы по созданию международной сотовой связи. Первый миллион пользователей сеть разменяла к концу 1993 года.

Сегодня GSM-сети охватывают практически все густонаселённые районы земного шара. Стандарт успешно развивается, однако можно смело говорить о том, что эволюционный процесс в сети ещё не закончен. Разработчики заложили слишком много лазеек для роста GSM при его развитии. На данный момент сеть имеет определённый потенциал развития по абонентской базе, конкурентоспособности и предоставлению новых услуг.

История других популярных сейчас стандартов связи не так интересна, так как находится в стадии собственного бурного формирования. При должном желании вы можете сами отследить её. Мы же переходим к обсуждению аппаратной части GSM.

Пора под увеличительное стекло?

Современная сотовая связь внесла настоящий сумбур в умы пользователей. Абоненты путаются, теряются и просто проходят мимо таких понятий, как GPRS, eGSM, EDGE, CDMA и так далее. Удивительно, но полная безграмотность в области сотовой связи не мешает большинству абонентов с удовольствием пользоваться мобильными телефонами. Впрочем, мы с вами прекрасно знаем, что перед посвящёнными открываются куда большие возможности. Итак, давайте познакомимся с азами GSM-связи и покончим с неразберихой, которая мешает нам дышать полной грудью и использовать телефон согласно уму.

Прежде всего, надо определиться с базовыми составляющими современной сотовой связи стандарта GSM. Сеть обязательно должна включать в себя: мобильные телефоны, базовые станции, цифровые коммутаторы, центр управления и обслуживания, а также дополнительное оборудование и программное обеспечение.

Сеть GSM обеспечивает шифрование данных и закрытый от прослушивания радиоинтерфейс. Оборудование обязано однозначно идентифицировать абонента и предоставлять ему набор сервисов (например, передачу данных или роуминг в национальном и международном масштабах).

На время пользования системой абонент получает стандартный модуль подлинности абонента – SIM-карту. Это сравнительно простой чип, который имеет некоторый объём памяти, занятый служебной информацией, часть её отводится для нужд пользователя, сюда же можно записать телефоны или другую информацию. На SIM-карте находятся три важных параметра, которые напрямую связаны с работой сети: международный идентификационный номер подвижного абонента IMSI, свой индивидуальный ключ аутентификации Ki и алгоритм аутентификации A3. Центр управления постоянно отслеживает работающие сотовые телефоны. Информация о них хранится в регистрах положения (HLR) и перемещения (VLR). Если два сотовых оператора подписывают соглашение о роуминге, то это значит, что они ведут фактически общий реестр работающих в их зоне действия трубок. Информация из него необходима для билинга, который снимает с абонента плату за пользование услугами, и для центра коммуникации (последний занимается адресацией и маршрутизацией вызовов).

Сейчас разработчики SIM-карт ведут работы по расширению встроенной памяти. Ожидается, что в скором будущем объём SIM-карт увеличат до 2 Мбайт. Операторы уже готовятся к их закупкам, а абоненты при их использовании смогут разместить в них гораздо больше информации, чем сейчас. При покупке новой трубки пользователь сможет перекидывать объёмные записные книжки и контенты без третьего промежуточного устройства.

Какие проблемы могут подстерегать пользователя при работе с SIM-картой? Стоит иметь ввиду, что старые чипы имели питание около 5 Вольт, а новые работают при напряжении 2,7-3 Вольта (существуют SIM-карты с напряжением питания 1,8 Вольт). Соответственно, некоторые сотовые телефоны отказываются понимать старые SIM-карты. Обычно проблема решается обращением к оператору и заменой SIM-карты. Кроме этого, чип остаётся всего лишь электронным устройством, которое может дать сбой. При правильной аргументации абонента операторы бесплатно меняют такие SIM-карты.

Стоит отметить, что в сетях GSM имеются две важные базы данных. Прежде всего, Authentication Centre (AUC) – хранит IMSI абонентов, ключи идентификации подписчиков, алгоритмы кодирования. Очень важна другая база, Equipment Identify Register (EIR), которая содержит список типов допустимых мобильных аппаратов и список украденных аппаратов. Об этой опции мы поговорим в главе «Секретность переговоров».

GSM-1800, GSM-1900 и GSM-900, или кто крайний

Настал момент рассмотреть работу мобильного сотового телефона в сети. Для современных сотовых телефонов характерны аббревиатуры GSM-1800, GSM-1900 и GSM-900 (встречаются и другие диапазоны, но суть не меняется, вы поймете это позже). Что они обозначают? Как правильно купить сотовый телефон? Для начала предлагаю познакомиться с азами GSM-связи, которые снимут все часто задаваемые вопросы по связи между сотовым телефоном и базовой станцией (связь между базовыми станциями строится несколько иначе, но эта тема выходит за рамки нашего обзора).

Любой разговор о радиоустройствах начинается с упоминания частотного диапазона. С одной стороны, в GSM нет строгих аппаратных особенностей, которые обязали бы оператора использовать опережённый частотный диапазон. С другой стороны, тесные межгосударственные отношения, лицензии чиновников и договорённости с производителями трубок не позволяют отойти от вполне конкретных чисел в эфире. Замечу, что ряд экспериментов со стороны небольших операторов сотовой связи сместить частотный диапазон в другие возможные области провалился практически повсеместно. Без поддержки со стороны производителей сотовых телефонов и оборудования для сети существовать в этом бизнесе просто невозможно. Однако мы несколько отошли от темы. Итак, сейчас частотный диапазон принято разделять так:

Аналогично с GSM 900 работает сеть GSM 1800. Диапазон частот для последней составляет 1710–1880 МГц. Абсолютно аналогичная картина наблюдается в широко распространённых в Америке сетях GSM 1900. В целях экономии времени мы не будем разжёвывать работу GSM 1800 и GSM 1900, так как она практически полностью аналогична GSM 900.

Итак, в стандарте GSM используется передача данных пакетами в сложной структуре временных (ТDMA) кадров. Доступ абонентских сотовых телефонов к каналу связи без SIM-карт и полномочий, предоставляемых сетью, исключается. Полная гарантия безопасности связи обеспечивается в стандарте GSM шифрованием передаваемых сообщений по методу с «открытым ключом».

Идеальных радиоканалов не существует – помехи являются неотделимым спутником связи, даже цифровой. Для защиты от ошибок, возникающих в радиоканалах, применяются блочное и свёрточное кодирование с перемежением. Повышение эффективности последнего при малой скорости перемещения подвижных станций достигается медленным переключением рабочих частот в процессе сеанса связи (со скоростью 217 скачков в секунду). Интерфейс связи построен так, что если кодек не может правильно развернуть информацию с голосом абонента, то появляются пропадания звука (говорят о потере пакетов данных).

Ключевым параметром связи всегда оставалась её дальность. Ответим сразу: GSM 900 сотовый телефон может общаться с базовой станцией на расстоянии до 35 км. Это связано с работой технологии TDMA – каждой мобильной станции выделяется тайм-слот в 0.577 миллисекунд (точнее говоря, работает отношение 15/26), за это время мобильная станция должна успеть ответить. Так как скорость распространения радиоволн конечна (300 тысяч км/сек), то максимальное расстояние вычисляется очень просто и составляет эти самые 35 км. Впрочем, если теоретическое вычисленное значение выглядит очень красиво, то в реальности всё обстоит несколько хуже. Для GSM-900 существует 5 классов мощности сотовых аппаратов: 1-й – 20 Вт, 2-й – 8Вт, 3-й – 5 Вт, 4-й – 2 Вт и 5-й – 0.8 Вт. Реально мы не встречали ни одной носимой трубки с мощностью больше 2 Вт. Пробить расстояние в 35 км при таких характеристиках невозможно. Если увеличить мощность базовой станции достаточно просто – надо установить трансформатор побольше и договориться с органами надзора, то дать каждому пользователю генератор или кислотный пятидесятикилограммовый аккумулятор за спину не представляется возможным. Против абонента сотовой сети играет буквально всё: погода, рельеф, инфраструктура и многое другое. Так что реальное расстояние, на котором связь возможна в каждом конкретном случае, достигается простым экспериментом с сотовым телефоном. Наш очень субъективный опыт работы с мобильными телефонами говорит в пользу немецкого производителя Siemens. Инженеры этой компании делают очень хорошие передатчики. Подчеркиваю, что это лишь субъективное мнение. Чувствительность трубок зачастую сильно отличается даже в пределах одной партии.

Чем же отличаются GSM-1800, GSM-1900 и GSM-900? С точки зрения передачи данных, только рабочими частотами. Разумеется, есть нюансы. В диапазонах 1800 и 1900 частотное планирование выполняется более гибко. Для 1800 диапазона максимальная дальность связи (расстояние между сотовым телефоном и базовой станцией) может достигать только 10 км. Проникающая способность радиоволн более высокого частотного диапазона существенно отличается от GSM 900. Принято считать, что в городских джунглях GSM 1800 работает лучше. Единовременная ёмкость базовой станции более высокого диапазона выше. Впрочем, однозначного ответа на вопрос «Что лучше?» нет и быть не может. Частотный диапазон живёт своими абонентами и поддержкой производителей сотовых телефонов. Хорошо, что у операторов есть возможность лавировать между диапазонами. В некоторых регионах возможности по канальному развитию в GSM 900 просто нет. Приходится как-то решать свои проблемы – либо частоты перекупаются у конкурентов, либо их приходится получать от спецслужб (которые давно и серьёзно облюбовали эти частотные диапазоны), предоставляя им взамен что-то другое.

Передача данных

Сети стандарта GSM умеют передавать данные. Изначально эта возможность закладывалась в них разработчиками в далеких 80-х годах прошлого века. Тогда никто и подумать не мог о развитии коммуникаций в ближайшие десятки лет. Сейчас GSM может предоставить вполне конкурентоспособные сервисы, которые выведут абонентов во Всемирную Паутину и позволят переслать факсимильное или е-mail сообщение. Сеть GSM даёт пользователю возможность вывести свой компьютер в Интернет, используя сотовый телефон как устройство передачи данных. Кроме этого, современный мобильный телефон сам является web-браузером, ICQ-клиентом и даже файл-сервером. Однако обо всём по порядку.

Изначально сеть могла передавать данные на скорости 9,6 Кбит/c. Если подойти к вопросу исключительно формально и просчитать максимальную скорость канала, то она составит 33,8 Кбит/c. Почему же данные передавались на скорости только 9,6 Кбит/c? Ответ очевиден. Служебная информация, криптозащита и алгоритмы исключения ошибок съедали всё до потока в 13 Кбит/c. Однако и на этом не заканчивались беды пользователя. Данные посылали через речевой кодек. В результате и получались эти злосчастные 9,6 Кбит/c. Разумеется, в наши дни на такой скорости работать в Интернете практически невозможно. Операторы прибегали к всевозможным ухищрениям по увеличению прокачиваемого потока данных.

Как следствие инженерной мысли в области увеличения скорости пересылки данных на свет родилась технология HSCSD (High Speed Circuit Switched Data, высокоскоростная передача по коммутируемым каналам). Её появление диктовалось самой логикой. Предлагалось объединить несколько канальных интервалов. Решение о количестве таких интервалов принималось оператором в зависимости от загрузки сети. Какие скорости сулили пользователям? Теоретический предел составлял до 57,6 Кбит/с. Увеличить скорость до 76,8 Кбит/с (9,6х8) не представлялось возможным, так как сетевой канал между коммутатором и базовой станцией составлял 64 Кбит/с. Для включения технологии HSCSD требовалось приобрести сотовый аппарат с её поддержкой со стороны пользователя и программной поддержкой протокола (аппаратная часть не трогалась) со стороны оператора. HSCSD требует установить непрерывное соединение для обмена данными между вызывающей и вызываемой сторонами. Протокол напоминает обыкновенную голосовую связь и тарифицируется на поминутной основе. Оператор теряет голосовые каналы, а пользователь не получает возможность платить только за переданные данные. Одним словом, HSCSD стала своего рода заплаткой на старых штанах перед покупкой обновки. Впрочем, свою роль она сыграла лучшим образом, хотя пробыла на сцене сотовой связи не боле двух лет.

Рождение GPRS (General Packet Radio Service) стало новым витком в развитии GSM-сетей. Эта новая технология пакетной передачи данных несколько лет назад ворвалась на рынок и удерживает на нём серьёзные позиции. Вместо передачи непрерывного потока данных через постоянное соединение (например, HSCSD), при пакетной коммутации сеть используется только в случае наличия данных для передачи. Такой подход абсолютно обоснован и созвучен самой идее Интернета, где данные возникают в импульсном режиме. В GPRS максимально возможная скорость передачи данных составляет 171,2 Кбит/с (теоретически возможная скорость составляет 270,4 Кбит/с=33,8х8). Стоит отметить, что мобильный аппарат может одновременно устанавливать голосовое соединение и обмениваться данными. GPRS позволяет тарифицировать данные по их количеству, а не по времени нахождения в сети, что и реализовано в данный момент операторами сотовой связи. Чтобы запустить GPRS, инженеры должны дополнить существующую сеть оборудованием пакетной передачи данных.

Сегодняшний день принес нам технологию EDGE (Enhanced Data for Global Evolution). Базисом новинки стала идея изменения метода модуляции несущей и адаптивная схема кодирования. Для тех, кто не любит технических тонкостей, просто сообщим, что скорость поднялась до 384 Кбит/с. Если вы не привыкли скакать по верхушкам и интересуетесь сутью дела, то с удовольствием сообщаем подробности. В протоколах передачи информации GSM используется модуляция GMSK с одним битом на символ. В EDGE заработает модуляция 8PSK с тремя битами на символ, которая увеличивает скорость в три раза. Кроме этого, в EDGE реализованы два режима работы: первый – с коммутацией пакетов (EGPRS или Enhanced GPRS), второй – с коммутацией каналов (ECSD, Enhanced Circuit Switched Data), подобно технологии HSCSD. В режиме пакетной передачи данных может изменяться скорость работы в зависимости от состояния эфира. Иными словами, если количество ошибок возрастает, то следующий пакет отсылается на меньшей скорости. Это придает протоколу гибкость.

Сейчас можно безапелляционно заявить, что EDGE стал будущим для сотовой связи в России. Для его реализации необходимы вложения. Нужно аппаратно модифицировать сеть. Например, стоимость работ по апгрейту сети GSM для Санкт-Петербурга составляет 40 миллионов долларов. Разумеется, сумма эта зависит от существующей аппаратной и программной платформ. После введения EDGE в строй оператор может предлагать пользователю услуги качественно нового уровня, например, видеотрансляцию, действительно быстрый Интернет и т.д. Скорость 384 Кбит/с позволяет EDGE-сетям конкурировать с сетями третьего поколения, которые пока только ходят по Европе и стучатся в двери. Развёртывание последних стоит существенно дороже, чем обновление существующих до EDGE. Поэтому на ближайшие несколько лет мы делаем ставку только на EDGE.

Производители сотовых телефонов начали поставлять трубки с EDGE на мировой рынок только с этого года (несколько аппаратов прошлого года не в счёт). Наибольший интерес к технологии проявляет финская компания Nokia – практически все её новинки имеют поддержку EDGE. Ожидается, что к концу года доля трубок с EDGE составит не менее 30 процентов на рынке.

Источник