GSM

GSM (ад назвы групы Groupe Spécial Mobile, пазней пераназваны ў Global System for Mobile Communications; беларуск. СПС-900) — глабальны лічбавы стандарт для мабільнай сотавай сувязі, з падзелам канала па прынцыпе TDMA і высокай ступенню бяспекі дзякуючы шыфраванню з адчыненым ключом. Распрацаваны пад эгідай Еўрапейскага інстытута стандартызацыі электрасувязі (ETSI) у канцы 1980-х гадоў.

Агульныя звесткі

GSM адносіцца да сетак другога пакалення, хоць на 2006 год умоўна знаходзіцца ў фазе 2,5G (1G — аналагавая сотавая сувязь, 2G — лічбавая сотавая сувязь, 3G — шырокапалосная лічбавая сотавая сувязь, камутаваная шматмэтавымі камп’ютарнымі сеткамі, у тым ліку Інтэрнэт).

Мабільныя тэлефоны выпускаюцца для 4 дыяпазонаў частот: 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 1900 МГц. Існуюць таксама, і даволі распаўсюджаныя, мультыдыяпазонныя (Dual-Band, Multi-Band) тэлефоны, здольныя працаваць у дыяпазонах 900/1800 МГц, 850/1900 МГц, 900/1800/1900 МГц.

У стандарце GSM ужываецца GMSK мадуляцыя з велічынёй нармаванай паласы ВТ — 0,3, дзе В — шырыня паласы фільтра па ўзроўні мінус 3 дБ, Т — працягласць аднаго біта лічбавага паведамлення.

GSM на сённяшні дзень з’яўляецца найболей распаўсюджаным стандартам сувязі. Па дадзеных асацыяцыі GSMA на дадзены стандарт прыходзіцца 82 % сусветнага рынка мабільнай сувязі, 29 % насельніцтвы зямнога шара выкарыстае глабальныя тэхналогіі GSM. У GSMA у цяперашні час уваходзяць аператары больш за 210 краін і тэрыторый.

Этапы развіцця

GSM Phase 1

1982 (Groupe Speciale Mobile) — 1990 г. Global System for Mobile Communications. Першая камерцыйная сетка ў студзені 1992 г. Лічбавы стандарт, падтрымлівае хуткасць перадачы дадзеных да 9.6 кбіт/с. Цалкам састарэлы, вытворчасць абсталявання пад яго спынена.

У 1991 годзе былі ўведзеныя паслугі стандарту GSM «ФАЗА 1».

У іх уваходзяць:

• Пераадрасаванне выкліку (Call forwarding).
• Магчымасць перавода ўваходных званкоў на іншы тэлефонны нумар у тых выпадках, калі нумар заняты або абанент не адказвае; калі тэлефон выключаны або знаходзіцца па-за зонай дзеяння сеткі і т. п. Акрамя таго, магчымая пераадрасаванне факсаў і дадзеных.
• Забарона выкліка (Call barring). Забарона на ўсе ўваходныя/выходныя званкі; забарона на выходныя міжнародныя званкі; забарона на ўваходныя званкі, за выключэннем унутрысеткавых.
• Чаканне выкліка (Call waiting). Гэтая паслуга дазваляе прыняць уваходны выклік падчас гутаркі, якая ўжо працягваецца. Пры гэтым першы абанент або па-ранейшаму будзе знаходзіцца на сувязі, або гутарка з ім можа быць завершана.
• Утрыманне выкліка (Call Holding). Гэтая паслуга дазваляе, не раздзіраючы сувязь з адным абанентам, патэлефанаваць (або адказаць на ўваходны званок) іншаму абанента.
• Глабальны роўмінг (Global roaming). Пры наведванні любой з краін, з якой ваш аператар падпісаў адпаведную дамову, вы можаце карыстацца сваім мабільным тэлефонам GSM без змены нумара.

GSM Phase 2

1993 г. Уключае дыяпазон 1900 МГц у 1995. Лічбавы стандарт, падтрымлівае хуткасць перадачы дадзеных да 9.6 кбіт/с. Састарэлы. Другі этап развіцця GSM «ФАЗА 2», які завяршыўся ў 1997 г., прадугледжвае такія паслугі:

• Азначэнне нумара выкліканай лініі (Calling Line Identification Presentation). Пры ўваходным званку на экране высвятляецца нумар выкліканага абанента.
• Антывызначальнік нумара (Calling Line Identification Restriction). З дапамогай гэтай паслугі можна забараніць азначэнне ўласнага нумара пры злучэнні з іншым абанентам.
• Групавы выклік (Multi party).
• Рэжым тэлеканферэнцыі або канферэнц-сувязі дазваляе аб’яднаць да пяці абанентаў у групу і весці перамовы паміж усімі чальцамі групы адначасова.
• Стварэнне зачыненай групы да дзесяці абанентаў (Closed User Group). Дазваляе ствараць групу карыстачоў, чальцы якой могуць звязвацца толькі паміж сабой. Часцей за ўсё да гэтай паслугі звяртаюцца кампаніі, якія прадстаўляюць тэрміналы сваім службоўцам для працы.
• Інфармацыя аб кошце гутаркі. Сюды ўваходзяць таймер, які лічыць час на лініі, і лічыльнік званкоў. Таксама дзякуючы гэтай паслузе можна правяраць пакінуты на рахунку крэдыт. Магчымая і іншая паслуга «Парада па аплаце» (Advice of Charge). Па патрабаванні карыстача адбываецца праверка кошту і працягласці гутаркі ў той час, калі апарат знаходзіцца на сувязі.
• Абслугоўванне дадатковай лініі (Alternative Line Service). Карыстач можа набыць два нумара, якія будуць прыпісаныя да аднаго модулю SIM. У гэтым выпадку сувязь выконваецца па двух лініям, з падаваннем двух рахункаў, двух галасавых скрынь і т. п.
• Кароткія тэкставыя паведамленні (Short Message Service). Магчымасць прыёма і перадачы кароткіх тэкставых паведамленняў (да 160 знакаў).
• Сістэма галасавых паведамленняў (Voice mail). Паслуга дазваляе аўтаматычна перакладаць уваходныя званкі на персанальны аўтаадказнік (галасавая пошта). Карыстацца гэтым можна толькі ў тым выпадку, калі ў абанента актывізаваная паслуга «пераадрасаванне выклікаў».

GSM Phase 2+

Наступны этап развіцця сетак стандарту GSM «ФАЗА 2+» не звязаны з пэўным годам укаранення. Новыя паслугі і функцыі стандартуюцца і ўкараняюцца пасля падрыхтоўкі і сцвярджэнні іх тэхнічных апісанняў. Усе працы па этапе «Фаза 2+» праводзіліся Еўрапейскім інстытутам стандартызацыі электрасувязі (ETSI). Колькасць ужо ўкаранёных і змешчаных у стадыі сцвярджэння паслуг перавышае 50. Сярод іх можна вылучыць наступныя:

• палепшанае праграмнае забеспячэнне SIM-карты;
• палепшанае досыць хуткаснае кадаванне прамовы EFR (Enhanced Full Rate);
• магчымасць узаемадзеяння паміж сістэмамі GSM і DECT;
• падвышэнне хуткасці перадачы дадзеных дзякуючы пакетнай перадачы дадзеных GPRS (General Packet RadioService) або за кошт сістэмы перадачы дадзеных па камутаваных каналах HSCSD (High Speed Circuit Switched Data).

Паслугі

GSM забяспечвае падтрымку наступных паслуг:

• Паслугі перадачы дадзеных (сінхронны і асінхронны абмен дадзенымі, у тым ліку пакетная перадача дадзеных — GPRS). Дадзеныя паслугі не гарантуюць сумяшчальнасць тэрмінальных прыладаў і забяспечваюць толькі перадачу інфармацыі да іх і ад іх.
• Перадача моўнай інфармацыі.
• Перадача кароткіх паведамленняў (SMS).
• Перадача факсімільных паведамленняў.

Дадатковыя (неабавязковыя да падавання) паслугі:

• Азначэнне выкліканага нумара і абмежаванне такога азначэння.
• Безумоўнае і ўмоўнае пераадрасаванне выкліку на іншы нумар.
• Чаканне і ўтрыманне выкліку.
• Канферэнц-сувязь (адначасовая маўленчая сувязь паміж трыма і больш рухомымі станцыямі).
• Забарона на вызначаныя карыстачом паслугі (міжнародныя званкі, роўмінгавыя званкі і інш.)
• Галасавая пошта.

і шматлікія іншыя паслугі.

Перавагі і недахопы

Перавагі стандарту GSM:

• Меншыя ў параўнанні з аналагавымі стандартамі (NMT-450, AMPS-800) памеры і вага тэлефонных апаратаў пры большым часе працы без падзарадкі акумулятара. Гэта дасягаецца ў асноўным за кошт апаратуры базавай станцыі, якая стала аналізуе ўзровень сігнала, прыманага ад апарата абанента. У тых выпадках, калі ён вышэй патрабаванага, на мабільны тэлефон аўтаматычна падаецца каманда знізіць выпраменьваную магутнасць.
• Добрая якасць сувязі пры дастатковай шчыльнасці размяшчэння базавых станцый.
• Вялікая ёмістасць сеткі, магчымасць вялікага ліку адначасовых злучэнняў.
• Нізкі ўзровень індустрыяльных перашкод у дадзеных частасных дыяпазонах.
• Максімальная абарона ад падслухоўвання і нелегальнага выкарыстання, што дасягаецца шляхам ужывання алгарытмаў шыфравання з адчыненым ключом. EFR-тэхналогія ўяўляе сабой удасканаленую сістэму кадавання прамовы. Гэтая сістэма была распрацаваная фірмай Nokia і пасля стала прамысловым стандартам кадавання/дэкадавання для тэхналогіі GSM.
• Шырокае распаўсюджванне, асабліва ў Еўропе, вялікі выбар абсталявання. На сённяшні дзень стандарт GSM падтрымліваюць 228 аператараў, афіцыйна зарэгістраваных у Асацыяцыі аператараў GSM з 110 краін.
• Магчымасць роўмінга. Гэта азначае, што абанент адной з сетак GSM можа карыстацца мабільным тэлефонным нумарам не толькі ў сябе «дома», але і перамяшчацца па ўсім свеце пераходзячы з адной сеткі ў іншую не губляючы свой абаненцкі нумар. Працэс пераходу з сеткі ў сетку адбываецца аўтаматычна, і карыстачу тэлефона GSM няма неабходнасці загадзя апавяшчаць аператара.

Недахопы стандарту GSM:

• Скажэнне прамовы пры лічбавай апрацоўцы і перадачы.
• Сувязь на адлегласці не больш 120 км^[1] ад найблізкай базавай станцыі нават пры выкарыстанні ўзмацняльнікаў і накіраваных антэн. Таму для пакрыцця вызначанай плошчы неабходна большая колькасць перадатчыкаў, чым у NMT-450 і AMPS.
• Сур’ёзная магутнасць выпраменьвання насімымі трубкамі — патэнцыйная шкода здароўю. У цяперашні час не пацверджана, нават пасля правядзення мноства эксперыментаў.

Вытворцы абсталявання GSM паступова падвышаюць адчувальнасць прыладаў, што вядзе да паніжэння патрабаванай магутнасці выпраменьвання тэлефонаў, але прынцыпова сітуацыя не змяняецца. Досыць простыя праекты (напрыклад, http://www.inno.ru/project/29960/ Архівавана 11 кастрычніка 2014.) па паніжэнні магутнасці выпраменьвання мабільных тэлефонаў у дзясяткі-сотні разоў, у тым ліку для ўжо існых мабільных тэлефонаў у разгорнутых сетках GSM, пакуль не рэалізаваныя.

Стандарты і радыёінтэрфейс

У стандарце GSM вызначаны 4 дыяпазоны працы (яшчэ ёсць пяты):

900/1800 МГц

Выкарыстоўваецца ў Еўропе, Азіі.

GSM-900

Лічбавы стандарт мабільнай сувязі ў дыяпазоне частот ад 890 да 915 МГц (ад тэлефона да базавай станцыі) і ад 935 да 960 МГц (ад базавай станцыі да тэлефона).

У некаторых краінах дыяпазон частот GSM-900 быў пашыраны да 880—915 МГц (MS -> BTS) і 925—960 МГц (MS <- BTS), дзякуючы чаму максімальная колькасць каналаў сувязі павялічылася на 50. Такая мадыфікацыя была названая E-GSM (extended GSM).

GSM-1800

Мадыфікацыя стандарта GSM-900, лічбавы стандарт мабільнай сувязі ў дыяпазоне частот ад 1710 да 1880 МГц.

Асаблівасці:

• Максімальная выпраменьваная магутнасць мабільных тэлефонаў стандарта GSM-1800 — 1Вт, для параўнання ў GSM-900 — 2Вт. Большы час бесперапыннай працы без падзарадкі акумулятара і паніжэнне ўзроўню радыёвыпраменьвання, аднак уздзеянне выпраменьвання больш высокай частаты меней прадказальна і больш небяспечна для чалавека.
• Высокая ёмістасць сеткі, што важна для буйных гарадоў.
• Магчымасць выкарыстання тэлефонных апаратаў, якія працуюць у стандартах GSM-900 і GSM-1800 адначасова. Такі апарат функцыянуе ў сетцы GSM-900, але, пападаючы ў зону GSM-1800, перамыкаецца — уручную або аўтаматычна. Гэта дазваляе аператару рацыянальней выкарыстаць частасны рэсурс, а кліентам — эканоміць грошы за кошт нізкіх тарыфаў. У абедзвюх сетках абанент карыстаецца адным нумарам. Але выкарыстанне апарата ў двух сетках магчыма толькі ў тых выпадках, калі гэтыя сеткі прыналежаць адной кампаніі, або паміж кампаніямі, якія працуюць у розных дыяпазонах, складзена дамова аб роўмінгу.

Праблема складаецца ў тым, што зона ахопу для кожнай базавай станцыі значна менш, чым у стандартах GSM-900, AMPS/DAMPS-800, NMT-450. Неабходны большы лік базавых станцыяй. Чым вышэй частата выпраменьвання, тым больш пранікальная здольнасць (характарызуецца г. зв. глыбінёй скін-пласта) радыёхваль і тым менш здольнасць адлюстроўвацца і абгінаць перашкоды.

850/1900 МГц

Выкарыстоўваецца ў ЗША, Канадзе, асобных краінах Лацінскай Амерыкі і Афрыкі.

Структура GSM

Сістэма GSM складаецца з трох асноўных падсістэм:

• падсістэма базавых станцый (BSS — Base Station Subsystem),
• падсістэма камутацыі (NSS — Network Switching Subsystem),
• цэнтр тэхнічнага абслугоўвання (OMC — Operation and Maintenance Centre).

У асобны клас абсталявання GSM вылучаны тэрмінальныя прылады — рухомыя станцыі (MS — Mobile Station), таксама вядомыя, як мабільныя (сотавыя) тэлефоны.

Падсістэма базавых станцыяй

BSS складаецца з уласна базавых станцыяй (BTS — Base Transceiver Station) і кантролераў базавых станцыяй (BSC — Base Station Controller). Вобласць, якая накрываецца сеткай GSM, пабітая на соты шасцікутнай формы. Дыяметр кожнага шасцікутнага вочка можа быць розным — ад 400 м да 50 км. Максімальны тэарэтычны радыус вочка складае 120 км^[1], што абумоўленае абмежаванай магчымасцю сістэмы сінхранізацыі да кампенсавання часу затрымкі сігнала. Кожнае вочка пакрываецца адной BTS, пры гэтым вочкі часткова перакрываюць адзін аднаго, тым самым захоўваецца магчымасць перадачы абслугоўвання MS пры перасоўванні яе з адной соты ў іншую без парыву злучэння. (Аперацыя перадачы абслугоўвання мабільнага тэлефона (MS) ад адной базавай станцыі (BTS) да іншай у момант пераходу мабільнага тэлефона мяжы дасяжнасці бягучай базавай станцыі завецца тэхнічным тэрмінам «Handover»). На самай справе сігнал ад кожнай станцыі распаўсюджваецца, пакрываючы пляц у выглядзе круга, але пры скрыжаванні — як атрымліваюцца правільныя шасцікутнікі. Кожная база мае шэсць суседніх у сувязі з тым, што ў задачы планавання размяшчэння станцый уваходзіла такая, як мінімізацыя зон перакрывання сігнала ад кожнай станцыі. Большы лік суседніх станцый, чым 6 — адмысловых выгод не нясе. Разглядаючы межы пакрыцця сігнала ад кожнай станцыі ўжо ў зоне перакрыцця, як раз атрымліваем — шасцікутнікі.

Базавая станцыя (BTS) забяспечвае прыём/перадачу сігнала паміж MS і кантролерам базавых станцый. BTS з’яўляецца аўтаномнай і будуецца па модульным прынцыпе. Накіраваныя антэны базавых станцый могуць размяшчацца на вышках, дахах будынкаў і г. д.

Кантролер базавых станцый (BSC) кантралюе злучэнні паміж BTS і падсістэмай камутацыі. У яго паўнамоцтва таксама ўваходзіць кіраванне чарговасцю злучэнняў, хуткасцю перадачы дадзеных і размеркаванне радыёканалаў.

Падсістэма камутацыі

NSS пабудаваная з наступных кампанентаў:

Цэнтр камутацыі

Цэнтр камутацыі (MSC — Mobile Switching Centre) кантралюе вызначаную геаграфічную зону з размешчанымі на ёй BTS і BSC. Ажыццяўляе ўсталёўку злучэння да абанента і ад яго ўсярэдзіне сетак GSM, забяспечвае інтэрфейс паміж GSM і ТФОП, іншымі сеткамі радыёсувязі, сеткамі перадачы дадзеных. Таксама выконвае функцыі маршрутызацыі выклікаў, кіраванне выклікамі, эстафетнай перадачы абслугоўвання пры перасоўванні MS з аднаго вочка ў іншую. Пасля завяршэння выкліку MSC апрацоўвае дадзеныя па ім і перадае іх у цэнтр разлікаў для фармавання рахунку за прадстаўленыя паслугі, збірае статыстычныя дадзеныя. MSC таксама стала сочыць за становішчам MS, выкарыстоўваючы дадзеныя з HLR і VLR, што неабходна для хуткага знаходжання і ўсталявання злучэння з MS у выпадку яе выкліку.

Хатні рэестр месцазнаходжання

Хатні рэестр месцазнаходжання (HLR — Home Location Registry) утрымоўвае базу дадзеных абанентаў, прыпісаных да яго. Тут утрымоўваецца інфармацыя аб паслугах, якія прадстаўляюцца дадзенаму абаненту, інфармацыя аб стане кожнага абанента, неабходная ў выпадку яго выкліку, а таксама Міжнародны Ідэнтыфікатар Мабільнага Абанента (IMSI — International Mobile Subscriber Identity), які выкарыстоўваецца для аўтэнтыфікацыі абанента (пры дапамозе AUC). Кожны абанент прыпісаны да аднаго HLR. Да дадзеных HLR маюць доступ усё MSC і VLR у дадзенай GSM-сеткі, а ў выпадку міжсеткавага роўмінгу — і MSC іншых сетак.

Гасцявы рэестр месцазнаходжання

Гасцявы рэестр месцазнаходжання (VLR — Visitor Location Registry) забяспечвае маніторынг руху MS з адной зоны ў іншую і ўтрымоўвае базу дадзеных аб абанентах, якія перамяшчаюцца, змешчаных у дадзены момант у гэтай зоне, у тым ліку абанентах іншых сістэм GSM — так званых роўмерах. Дадзеныя аб абаненце выдаляюцца з VLR у тым выпадку, калі абанент перамясціўся ў іншую зону. Такая схема дазваляе скараціць колькасць запытаў на HLR дадзенага абанента і, такім чынам, час абслугоўвання выкліку.

Рэестр ідэнтыфікацыі абсталявання

Рэестр ідэнтыфікацыі абсталявання (EIR — Equipment Identification Registry) утрымоўвае базу звестак, неабходную для ўсталявання сапраўднасці MS па IMEI (International Mobile Equipment Identity). Фармуе тры спісы: белы (дапушчаны да выкарыстання), шэры (некаторыя праблемы з ідэнтыфікацыяй MS) і чорны (MS, забароненыя да ўжывання). У беларускіх аператараў (і большай часткі аператараў краін СНД) выкарыстоўваюцца толькі белыя спісы, што не дазваляе раз і назаўжды вырашыць праблему крадзяжу мабільных тэлефонаў.

Зацемка. Беларускія сотавыя аператары не выкарыстаюць абсталяванне EIR, адпаведна казаць аб выкарыстанні толькі белых спісаў можна з вялікай нацяжкай. Уладальнік не можа занесці самастойна свой тэлефон ні ў які спіс — ні чорны, ні белы, ні шэры, гэта сфера дзейнасці аператара. Пры занясенні тэлефона ў чорны спіс якім-небудзь аператарам тэлефон зможа нармальна працаваць у іншай сетцы, бо адзінай базы звестак не існуе.

Цэнтр аўтэнтыфікацыі

У цэнтры аўтэнтыфікацыі (AUC — Authentification Centre) адбываецца аўтэнтыфікацыя абанента, а дакладней — SIM (Subscriber Identity Module). Доступ да сеткі дазваляецца толькі пасля мінання SIM працэдуры праверкі сапраўднасці, падчас якой з AUC на MS прыходзіць выпадковы лік RAND, пасля чаго на AUC і MS раўналежна адбываецца шыфраванне ліку RAND ключом Ki для дадзенай SIM пры дапамозе адмысловага алгарытма. Затым з MS і AUC на MSC вяртаюцца «падпісаныя водгукі» — SRES (Signed Response), якія з’яўляюцца вынікам дадзенага шыфравання. На MSC водгукі параўноўваюцца, і ў выпадку іх супадзення аўтэнтыфікацыя лічыцца паспяховай.

Падсістэма OMC

Падсістэма OMC (Operations and Maintenance Center) злучана з астатнімі кампанентамі сеткі і забяспечвае кантроль якасці працы і кіраванне ўсёй сеткай. Апрацоўвае аварыйныя сігналы, пры якіх патрабуецца ўмяшанне персанала. Забяспечвае праверку стану сеткі, магчымасць мінання выкліку. Вырабляе абнаўленне праграмнага забеспячэння на ўсіх элементах сеткі і шэраг іншых функцый.

Гл. таксама

• Мабільны тэлефон

Зноскі

Спасылкі

• На Вікісховішчы ёсць медыяфайлы па тэме GSM
• The GSM Association (англ.)
• The Mobile Broadband Standard (англ.)
• Еўрапейскі інстытут стандартызацыі электрасувязі (ETSI) (англ.)
• «Построение диалога о рисках от электромагнитных полей» (руск.)
• «Предложения ВОЗ по Проекту Изучения Влияния Электромагнитных Полей; Влияние Радиополей Мобильных Телекоммуникаций на Здоровье; Рекомендации Органам Государственной Власти» (руск.)