Їхні основні запити пов'язані з якістю послуг, підтримкою, ціноутворенням та іншими факторами. Коли ви вибираєте мережного оператора, вам також доводиться робити вибір між мережею GSM або WCDMA.

Ймовірно, ви стикалися з цими термінами раніше, коли вибирали новий мобільний телефон, вперше підключалися до провайдерів або змінювали їх. Але ви знаєте, що вони означають і в чому різниця між ними? Щоб зробити правильний вибір, слід детальніше розглянути, ніж відрізняється GSM від WCDMA і що краще.

Що таке GSM?

GSM виступає у ролі Глобальної системи мобільного зв'язкуі в даний час вважається стандартом зв'язку в глобальному масштабі, особливо в Азії та Європі, з доступністю більш ніж у 210 країнах світу. Він функціонує на чотирьох різних частотних діапазонах: 900 МГц та 1800 МГц – у Європі та Азії, а 850 МГц та 1900 МГц – у Північній та Південній Америці. Асоціація GSM є міжнародною організацією, заснованою у 1987 році, яка призначена для розробки та контролю розширення використання бездротового зв'язку цього стандарту.

GSM використовує варіант TDMA (множинний доступ із тимчасовим поділом), який ділить смуги частот на кілька каналів. У цій технології голос перетворюється на цифрові дані, які передаються через канал та часовий інтервал. На іншому кінці приймач прослуховує лише призначений часовий інтервал, а виклик поєднує обидва сигнали. Очевидно, що це відбувається за дуже короткий час і одержувач не помічає «розрив» або тимчасовий поділ.

Що таке WCDMA?

CDMA, або множинний доступ з кодовим поділом, став стандартом, розробленим і запатентованим компанією Qualcomm, і згодом використовувався як основа стандартів CDMA2000 і WCDMA для 3G. Однак через свій пропрієтарний характер технологія WCDMA не отримала такого глобального впровадження, яке має GSM. В даний час її використовують менш ніж 18% мереж по всьому світу, в основному в США, а також Південній Кореїта Росії. Чим відрізняється GSM від WCDMA з технічного погляду?

У мережах WCDMA цифрові виклики накладаються друг на друга, присвоюючи унікальні коди їхньої диференціації. Кожен сигнал виклику кодується іншим ключем, потім вони передаються одночасно. Кожен приймач має унікальний ключ, здатний розділити об'єднаний сигнал на окремі виклики.

Обидва стандарти мають множинний доступ, що означає, що кілька дзвінків можуть проходити через одну вежу. Але, як можна побачити, основна різниця між ними пов'язана з тим, як дані перетворюються на радіохвилі, які ваш телефон транслює та отримує.

Основна причина, через яку у телекомунікаційних компаній виникали проблеми з швидким розгортаннямнового формату - це різниця в частотних діапазонах, які вони використовують. Через це телефони, випущені за допомогою лише GSM, не могли зв'язуватися з мережами WCDMA, і навпаки. Щоб обійти це, більшість виробників пристроїв доводилося застосовувати безліч частотних діапазонів для мереж 2G і 3G. Це гарантувало, що мобільні телефони могли використовуватися практично у будь-якій мережі та у будь-якому місці у світі.

WCDMA чи GSM: у чому різниця?

До появи технології 4G LTE очевидна різниця між пристроями GSM та WCDMA була пов'язана із SIM-карткою. GSM-телефони поставлялися з роз'ємом для сімки, а пристрої CDMA - ні.

Іншими словами, WCDMA - на основі телефону з номером абонента, пов'язаним із конкретним пристроєм, що підтримує 3G. Якщо ви хочете перейти на інший телефон, вам потрібно буде зв'язатися з провайдером, деактивувати старий пристрій та активувати новий. З іншого боку, у GSM-пристроях номер пов'язаний із SIM-картою, тому при перемиканні на інший девайс все, що вам потрібно зробити, - це помістити СІМ-карту в новий телефон.

Охоплення мережі

Охоплення мережі залежить від того, є вона GSM чи WCDMA. У чому різниця у такому разі? Ця характеристика залежить від інфраструктури, яку має оператор. Мережі GSM набагато популярніші у всьому світі, за винятком США, де Verizon Wireless, мережа (W)CDMA, може похвалитися найбільшим числом абонентів у країні.

Міжнародний роумінг

При підключенні всередині країни немає значення, яку саме мережу ви використовуєте, якщо її охоплення достатньо. Так, у Росії ви можете безперешкодно використовувати WCDMA чи GSM. У чому різниця за межами країни?

Коли справа доходить до міжнародного роумінгу, GSM має безліч переваг: існує набагато більше цих мереж по всьому світу, а також безліч роумінгових тарифів між цими провайдерами. З телефоном GSM у вас також є перевага в тому, що ви можете придбати місцеву SIM-карту, де б ви не знаходилися (за умови, що ви використовуєте розблокований пристрій). У свою чергу, ви не зможете отримати повний доступдо підключення до даних WCDMA, залежно від пристрою та сумісності.

4G, WCDMA чи GSM: у чому різниця у найближчому майбутньому?

З появою 4G і прийняттям LTE і LTE-Advanced як стандарт більшістю мережевих операторів у всьому світі дебати щодо GSM і WCDMA займають менше часу. Сьогодні ви можете помітити, що новітні смартфони, призначені для мереж WCDMA, також постачаються з роз'ємами для SIM-карток, щоб скористатися можливостями 4G LTE у мережі.

Різниця GSM або WCDMA-пристроїв призводить до того, що вони не можуть бути взаємозамінними навіть зараз і ніколи не будуть крос-сумісними, але в найближчому майбутньому це не матиме жодного значення. Пов'язано це з тим, що сучасні розробникипродовжують просуватися повного переходу на 4G LTE. Ця технологія має очевидні переваги.

Так, при міжнародному роумінгуголовний фактор - це якість голосового викликуі задоволення потреб користувача в даних 3G. Ці параметри можуть бути однаково хороші в мережах GSM чи WCDMA. В чому різниця? Модеми 3G, вбудовані в пристрої, можуть показувати високу функціональність. Але щодо таких факторів, як доступність, охоплення та ціна на послуги, 4G пропонує найкращі умови.

WCDMA та GSM - стандарти зв'язку мобільної мережі. Сьогодні в Росії найпопулярнішим є GSM, серед якого працює більшість російських операторів. І дуже рідко користувачі можуть чути про WCDMA, наприклад коли випадково помітили тарифи операторів WCDMA або хотіли купити телефон, який підтримує тільки даний стандартзв'язку. Поки що GSM не збирається рухатися на російському ринкуАле деякі переваги мережі WCDMA змушують користувачів задуматися про те, що краще - WCMDA або GSM. У чому різниця між цими стандартами зв'язку та який із них краще вибрати? Спробуємо розібратися.

Що таке WCDMA та GSM у телефоні?

Не можна пояснити різницю, не розповівши про саму суть цих стандартів. Тому перш ніж розібратися, у чому різниця, WCDMA- чи GSM-стандарти будуть нами розглянуті докладніше.

Почнемо із GSM. Ця абревіатура розшифровується як Global System for Mobile Communications. І це перший глобальний стандарт цифрового стільникового зв'язку, який є певною мірою зразком.

Він був розроблений інститутом ETSI (Європа) у 90-х роках, і в його основу було закладено принципи поділу каналів TDMA, забезпечення безпеки, шифрування та передачі даних. GMS дозволяє передавати:

1. Мова.
2. Текстові повідомлення.
3. Факс.
4. Пакети даних (GPRS).

Також, завдяки цьому стандарту вперше з'явилася можливість визначення номера мобільного телефону, з якого приймається дзвінок, переадресація на інший номер. Не можна забувати про можливість створення конференц-зв'язку, в який можна об'єднати одночасно кілька стільникових телефонів, та утримання дзвінка в режимі очікування. Свого часу GSM створила революцію в галузі стільникового зв'язку.

Що являє собою WCMDA?

Говорячи про WCDMA або GSM і в чому різниця між ними, завжди доречно згадати, що WCMDA - це до певної міри надбудова, яка покращує стандарт GSM. Точніше, так усе замислювалося спочатку, проте сьогодні WCDMA - це стандарт зв'язку третього покоління, в основі якого лежать сім міжнародних проектів. А ось GSM так і залишився стандартом зв'язку другого покоління (читай 2G).

Базується WCDMA на технології DS-CDMA, яка, в порівнянні з TDMA, є більш стійкою до перешкод та відрізняється більшою пропускною здатністю. Телефони, які працюють у середовищі WCMDA, можуть виконувати ті ж функції, що й у GSM-стандарті (передача голосової або цифрової інформації), однак якість і швидкість будуть набагато вищими. Тому оператори, що підтримують WCMDA, надають послуги доступу до Інтернету на вищій швидкості.

WCDMA чи GSM - у чому різниця?

Найголовніша і ключова відмінність - у технологіях, що використовуються (TDMA і DS-CDMA), тобто способах поділу каналів. У GSM розділення каналів тимчасове, і через це абоненту виділяється невелика частотна смуга на певний час.

У WCMDA все інакше: тут застосовується кодовий поділ потоку, завдяки чому інформація між пристроями передається широкочастотною смугою. Внаслідок цього швидкість передачі даних сильно зростає. Звідси назва Wideband Code Division Multiple Access.

Це і є основною відмінністю між стандартами GSM, WCDMA LTE. У чому різниця користувача? У нього буде більш висока швидкість інтернету, а при розмові набагато менше перешкод. Незважаючи на всі ці переваги, найпопулярнішим стандартом стільникового зв'язку все одно залишається GSM. Але зауважимо, що з кожним роком абонентів WCDMA стає більше, і багато операторів зв'язку поступово переходять на цей стандарт з метою забезпечення вищої швидкості передачі даних. Сьогодні незаселені райони та села не покриті мережею WCMDA, тож жителі таких районів поки що не мають альтернативи GSM.

Який вибрати?

Все стає очевидним тепер, коли ви знаєте, в чому різниця. І WCDMA-, і GSM-модеми надаватимуть доступ в інтернет, але на різної швидкості. Живучи в великому містілогічніше віддати перевагу стандарту зв'язку WCDMA через більш високу швидкість передачі даних. При цьому варто розуміти, що при роз'їздах телефон не ловитиме мережу в багатьох регіонах країни, оскільки покриття WCMDA на сьогодні мізерне.

Робити вибір між цими стандартами необхідно залежно від потреб. Якщо говорити умовно, то GSM - зв'язок типу "дешево та сердито". Вона буде гарантовано скрізь, навіть у віддалених регіонах. Як бонус можна виділити можливість серфінгу в інтернеті. В тому випадку якщо швидкий інтернетнеобхідний завжди під рукою і тривалі подорожі не плануються, то сміливо можна віддати перевагу стандарту WCMDA. Щоправда, попередньо варто уточнити, чи підтримує його ваш телефон та оператор стільникового зв'язку.

Стандарти стільникового зв'язку другого покоління знайшли стала вельми поширеною як біля Росії, а й у інших країнах. Найвідомішим стандартом 2G є GSM (Global System for Mobile Communications - Глобальна системамобільного зв'язку). Близько 80% мереж стільникового зв'язку по всьому світу побудовано за цим стандартом. Мережі GSM використовуються 3 мільярдами людей більш ніж у 212 країнах світу. Таке поширення дозволяє використовувати міжнародний між операторами стільникового зв'язку, що дозволяє використовувати абоненту свій телефон практично у будь-якому куточку Землі. Причому саме можливість (у тому числі й міжнародного) є головною відмінною рисоюстандарту GSM від .

Розробка стандарту GSM розпочалася ще 1982 року організацією зі стандартизації. У 1991 році у Фінляндії була введена в експлуатацію перша у світі мережа GSM. Вже до кінця 1993 число абонентів, які використовують цей стандарт, перевалило за мільйон. До цього часу мережі GSMбули розгорнуті у 73 країнах світу.

Мережі стандарту GSM дозволяють надавати широкий перелік послуг:

Голосові з'єднання

Послуги (до 384 кбіт/сек завдяки технології)

Передача коротких текстових повідомлень ()

Передача факсів

та багато інших. ін.

Завдяки цьому GSM завоював міцні позиції на ринку стільникового зв'язку. Причому можна з упевненістю сказати, що на найближчі кілька років цей стандарт буде лідируючим.

Отже, розглянемо основні елементи, що входять до складу системи GSM:

Мережа GSM ділиться на дві системи. Кожна з цих систем включає ряд функціональних пристроїв, які, у свою чергу, є компонентами мережі мобільного радіозв'язку.

Даними системами є:

Система комутації - Network Switching System ()

Система базових станцій - Base Station System ()

Візитний регістр розташування ()

Центр аутентифікації ()

Реєстр ідентифікації абонентського обладнання ()

– це база даних, що містить інформацію про ідентифікаційні номери мобільних телефонів GSM. Ця інформація необхідна для блокування крадених трубок. не є обов'язковим елементоммережі. У світі існує лише кілька операторів, які запровадили його у своїй мережі.

Ця стаття перша з циклу статей про стільниковий зв'язок. У цьому циклі я хотів би докладно описати принципи роботи мереж стільникового зв'язку другого, третього та четвертого поколінь. Стандарт GSM відноситься до другого покоління (2G).

Стільниковий зв'язок першого покоління був аналоговим і зараз не використовується, тому розглядати ми його не будемо. Друге покоління є цифровим та ця особливість дозволила повністю витіснити мережі 1G. Цифровий сигнал у порівнянні з аналоговим більш завадостійкий, що є великою перевагою в рухомому радіозв'язку. Крім того, цифровий сигналКрім промови дозволяє передавати дані (SMS, GPRS). Варто відзначити, що дана тенденція переходу з аналогового сигналу на цифровий є характерною не тільки для стільникового зв'язку.

GSM (Global System Mobile) — глобальний стандарт цифрового мобільного зв'язку з розділенням каналів за часом TDMA і частотою FDMA. Розроблено під егідою Європейського інституту стандартизації електрозв'язку (ETSI) наприкінці 1980-х років.

GSM забезпечує підтримку послуг:

• Передача даних GPRS
• Передача мови
• Передача коротких повідомлень SMS
• Передача факсу

Крім того, існують додаткові послуги:

• Визначення номера
• Переадресація виклику
• Очікування та утримання виклику
• Конференц зв'язок
• Голосова пошта

Архітектура мережі GSM

Розглянемо докладніше з яких елементів будується мережу GSM і як вони взаємодіють між собою.

Мережа GSM ділиться на дві системи: SS (Switching System) – комутаційна підсистема, BSS (Base Station System) – система базових станцій. SS виконує функції обслуговування дзвінків та з'єднання, а також відповідає за реалізацію всіх призначених абоненту послуг. BSS відповідає за функції, що стосуються радіоінтерфейсу.

SS включає:

• MSC (Mobile Switching Center) - вузол комутації мережі GSM
• GMSC (Gate MSC) – комутатор, який обробляє виклики від зовнішніх мереж
• HLR (Home Location Register) — база даних домашніх абонентів
• VLR (Visitor Location Register) – база даних гостьових абонентів
• AUC (Authentication Cetner) – центр аутентифікації (перевірки автентичності абонента)

BSS включає:

• BSC (Base Station Controller) - контролер базових станцій
• BTS (Base Transeiver Station) - приймально-передавальна станція
• MS (Mobile Station) - мобільна станція

Склад комутаційної підсистеми SS

MSC виконує функції комутації мобільного зв'язку. Цей центрконтролює всі вхідні та вихідні дзвінки, що надходять з інших телефонних мереж та мереж передачі даних. До даних мереж можна віднести PSTN, ISDN, мережі передачі загального користування, корпоративні мережі, і навіть мережі мобільного зв'язку інших операторів. Функції автентифікації абонентів також виконуються в MSC. MSC забезпечує маршрутизацію дзвінків та функції керування дзвінками. На MSC покладаються функції комутації. MSC формує дані, необхідні для тарифікації наданих мережею послуг зв'язку, накопичує дані по розмовах, що відбулися, і передає їх у центр розрахунків (білінг-центр). MSC становить також статистичні дані, необхідні контролю роботи та оптимізації мережі. MSC не тільки бере участь в керуванні викликами, але й керує процедурами реєстрації розташування та передачі управління.

У системі GSM кожен оператор має базу даних, що містить інформацію про всіх абонентів, що належать своїй PLMN. У мережі одного оператора логічно HLR – один, а фізично багато, т.к. це
розподілена база даних Інформація про абонента заноситься в HLR у момент реєстрації абонента (укладання абонентом контракту обслуговування) і зберігається до того часу, поки абонент не розірве контракт і буде видалено з регістру HLR.
Інформація, що зберігається в HLR включає в себе:

• Ідентифікатори (номери) абонента.
• Додаткові послуги, закріплені за абонентом
• Інформація про місцезнаходження абонента, з точністю до номера MSC/VLR
• Аутентифікаційну інформацію абонента (триплети)

HLR може бути виконаний як вбудована функція MSC/VLR, так і окремо. Якщо ємність HLR вичерпана, може бути доданий додатковий HLR. І в разі організації кількох HLR база даних залишається єдиною – розподіленою. Запис даних про абонента завжди залишається єдиним. До даних, що зберігаються в HLR, можуть отримати доступ MSC і VLR, що належать до інших мереж, в рамках забезпечення роумінгу міжмережевих абонентів.

База даних VLR містить інформацію про всіх абонентів мобільного зв'язку, розміщених на даний момент у зоні обслуговування MSC. Таким чином, для кожного MSC мережі існує свій VLR. У VLR тимчасово зберігається інформація про послуги, завдяки чому пов'язаний з ним MSC може обслуговувати всіх абонентів, що знаходяться в зоні обслуговування даного MSC. У HLR та VLR зберігається дуже схожа інформація про абонента, але є деякі відмінності, які будуть розглянуті у наступних розділах. Коли абонент переміщається в зону обслуговування нового MSC, VLR, підключений до MSC, запитує інформацію про абонента з того HLR, в якому зберігаються дані цього абонента. HLR посилає копію інформації в VLR і оновлює інформацію про місцезнаходження абонента. Після того, як інформація оновиться, MS може здійснювати вихідні/вхідні з'єднання.

Для виключення несанкціонованого використання ресурсів системи зв'язку запроваджуються механізми автентифікації – посвідчення автентичності абонента. AUC — центр автентифікації абонента, складається з декількох блоків і формує ключі аутентифікації та шифрації (здійснюється генерація паролів). З його допомогою MSC перевіряє справжність абонента, і при встановленні з'єднання на радіоінтерфейсі буде включена шифрація інформації, що передається.

Склад підсистеми базових станцій

BSC керує всіма функціями, які стосуються роботи радіоканалів у мережі GSМ. Це комутатор, який забезпечує такі функції, як хендовер MS, призначення радіоканалів та збір даних про конфігурацію сот. Кожен MSC може керувати кількома BSC.

BTS управляє радіоінтерфейсом із MS. BTS включає таке радіообладнання, як приймач-передавачі та антени, які необхідні для обслуговування кожної стільники в мережі. Контролер BSC управляє кількома BTS.

Географічна побудова мереж GSM

Кожна телефонна мережапотребує певної структури для маршрутизації викликів до необхідної станції та далі до абонента. У мережі мобільного зв'язку ця структура особливо важлива, оскільки абоненти переміщаються по мережі, тобто змінюють своє місце розташування і це місце має постійно відстежуватися.

Незважаючи на те, що стільника є базовою одиницею системи зв'язку GSM, дати чітке визначення дуже складно. Прив'язати цей термін до антени чи базової станції неможливо, т.к. існують різні стільники. Тим не менш, стільника - це деяка географічна область, яка обслуговується однією або декількома. базовими станціямита в якій діє одна група контрольних логічних каналів GSM (самі канали будуть розглянуті у наступних розділах). Кожній соті призначається свій унікальний номер, який називається Глобальним ідентифікатором стільника (CGI). У мережі, що охоплює, наприклад, цілу країну, кількість сот може бути дуже великою.

Зона розташування (LA) визначається як група сот, у якій буде здійснюватися виклик мобільної станції. Розташування абонента в межах мережі пов'язане з тією LA, в якій зараз знаходиться абонент. Ідентифікатор цієї зони (LAI) зберігається у VLR. Коли MS перетинає кордон між двома стільниками, що належать різним LA, вона передає в мережу інформацію про нову LA. Це відбувається лише в тому випадку, якщо MS знаходиться у режимі Idle. Інформація про нове місцезнаходження не передається протягом встановленого з'єднання, цей процес відбуватиметься після закінчення з'єднання. Якщо MS перетинає кордон між стільниками в межах однієї LA, вона не повідомляє мережі про своє нове розташування. При надходженні вхідного дзвінка до MS пейджингове повідомлення поширюється в межах усіх сот, що належать до однієї LA.

Зона обслуговування MSC складається з деякого числа LA і відображає географічну частину мережі під управлінням одного MSC. Для того, щоб направити виклик до MS, інформація про зону обслуговування MSC також необхідна, тому зона обслуговування також відстежується і інформація про неї записується в базі даних (HLR).

Зона обслуговування PLMN являє собою сукупність сот, що обслуговуються одним оператором і визначається як зона, в якій оператор забезпечує абоненту радіопокриття та доступ до своєї мережі. У будь-якій країні може бути кілька PLMN, по одній на кожного оператора. Визначення роумінг використовують у разі переміщення MS з однієї області обслуговування PLMN до іншої. Так званий усередині мережевий роумінг є зміною MSC/VLR.

Зона обслуговування GSM є всю географічну область, в якій абонент може отримати доступ до мережі GSM. Зона обслуговування GSM збільшується в міру того, як нові оператори підписують контракти, що передбачають спільну роботуз обслуговування абонентів. В даний час зона обслуговування GSM охоплює з деякими проміжками багато країн від Ірландії до Австралії та Південної Африки до Америки.

Міжнародний роумінг – це термін, який застосовується у тому випадку, коли MS переміщається від однієї національної PLMN до іншої національної PLMN.

Частотний план GSM

GSM включає кілька діапазонів частот, найбільш поширені: 900, 1800, 1900 МГц. Спочатку під стандарт GSM було виділено діапазон 900 МГц. Нині цей діапазон залишається всесвітнім. У деяких країнах використовуються розширені діапазони частот, які забезпечують велику ємність мережі. Розширені діапазони частот називаються E-GSM і R-GSM, тоді як звичайний діапазон зветься P-GSM (primary).

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

У 1990 р. збільшення конкуренції між операторами, у Великій Британії почали розвивати нову версію GSM, яка адаптована до діапазону частот 1800. Відразу після затвердження даного діапазону кілька країн зробили заявку використання цього діапазону частот. Введення даного діапазону збільшило зростання кількості операторів, призводячи до збільшення конкуренції та, відповідно, покращення якості
обслуговування. Застосування даного діапазону дозволяє збільшувати ємність мережі рахунок збільшення смуги пропускання і, збільшення кількості несучих. Діапазон частот 1800 використовує такі діапазони частот: GSM 1710-1805/1785-1880 MHz. До 1997 року стандарт 1800 носив назва Digital Cellular System (DCS) 1800 MHz, нині зветься GSM 1800.

У 1995 році у США була специфікована концепція PCS (Personal Cellular System). Основною ідеєю цієї концепції є можливість надання персонального зв'язку, тобто зв'язок між двома абонентами, а чи не між двома мобільними станціями. PCS не вимагає, щоб ці послуги були реалізовані на основі стільникової технології, але в даний час ця технологія визнана найбільш ефективною для цієї концепції. Частоти доступні для реалізації PCS знаходяться в області 1900 МГц. Оскільки в Північній Америці стандарт GSM 900 не може бути використаний через те, що ця смуга частот зайнята іншим стандартом, стандарт GSM 1900 є можливістю заповнення цього пропуску. Основною відмінністю між американським стандартом GSM 1900 та GSM 900 є те, що GSM 1900 підтримує сигналізацію ANSI.

Традиційно смуга 800 МГц була зайнята поширеним у США стандартом TDMA (AMPS та D-AMPS). Як і у випадку зі стандартом GSM 1800, цей стандарт дає можливість отримання додаткових ліцензій, тобто розширює сферу роботи стандарту на національних мережах надаючи операторам додаткову ємність.

Мережі GSM. Погляд з середини.

Трохи історії

На зорі розвитку мобільного зв'язку (а було це не так давно - на початку вісімдесятих) Європа покривалася аналоговими мережами найрізноманітніших стандартів - Скандинавія розвивала свої системи, Великобританія свої ... Зараз вже складно сказати, хто був ініціатором революції, що відбулася дуже скоро - "верхи" в вигляді виробників обладнання, змушені розробляти для кожної мережі власні пристрої, або "низи" як користувачів, незадоволені обмеженою зоною дії свого телефону. Так чи інакше, у 1982 році Європейською Комісією з Телекомунікацій (CEPT) було створено спеціальна групадля розробки принципово нової загальноєвропейської системи мобільного зв'язку. Основними вимогами до нового стандарту були: ефективне використаннячастотного спектру, можливість автоматичного роумінгу, підвищена якість мови та захисту від несанкціонованого доступу порівняно з попередніми технологіями, а також, очевидно, сумісність з іншими існуючими системамизв'язку (у тому числі провідними) тощо.

Плодом наполегливої ​​праці багатьох людей з різних країн (чесно кажучи, мені навіть страшно уявити собі обсяг виконаної ними роботи!) стала представлена ​​в 1990 специфікація загальноєвропейської мережі мобільного зв'язку, названа Global System for Mobile Communicationsабо просто GSM. А далі все замиготіло, як у калейдоскопі - перший оператор GSM прийняв абонентів у 1991 році, до початку 1994 року мережі, засновані на аналізованому стандарті, мали вже 1.3 мільйона передплатників, а до кінця 1995 р. їх кількість збільшилася до 10 мільйонів! Воістину, "GSM крокує планетою" - в даний час телефони цього стандарту мають близько 200 мільйонів людей, а GSM-мережі можна знайти по всьому світу.

Спробуймо ж розібратися, як організовані і на яких принципах функціонують мережі GSM. Відразу скажу, що завдання має бути не з легких, проте, повірте - в результаті ми отримаємо справжню насолоду від краси технічних рішень, що використовуються в цій системі зв'язку.

За рамками розгляду залишаться два дуже важливих питання: по-перше, частотно-часовий поділ каналів (з цим можна ознайомитися) і, по-друге, системи шифрування і захисту мови (це настільки специфічна і велика тема, що, можливо, в майбутньому їй буде присвячений окремий матеріал).

Основні частини системи GSM, їх призначення та взаємодія один з одним.

Почнемо з найскладнішого і, мабуть, нудного – розгляду скелета (або, як заведено говорити на військовій кафедрі мого Alma Mater, блок-схеми) мережі. При описі я дотримуватимуся прийнятих у всьому світі англомовних скорочень, звичайно, даючи при цьому їхнє російське трактування.

Погляньте на рис. 1:

Рис.1 Спрощена архітектура мережі GSM.

Сама проста частинаструктурної схеми - переносний телефон, складається з двох частин: власне "трубки" - МЕ(Mobile Equipment - мобільний пристрій) та смарт-картки SIM (Subscriber Identity Module - модуль ідентифікації абонента), одержуваної під час укладання договору з оператором. Як будь-який автомобіль має унікальний номер кузова, так і стільниковий телефон має власний номер - IMEI(International Mobile Equipment Identity – міжнародний ідентифікатор мобільного пристрою), який може передаватися мережі за її запитом (докладніше про IMEIможна дізнатися ). SIM , у свою чергу, містить так званий IMSI(International Mobile Subscriber Identity – міжнародний ідентифікаційний номерпередплатника). Думаю, різниця між IMEIі IMSIясна - IMEIвідповідає конкретному телефону, а IMSI- Визначеному абоненту.

"Центральної нервової системи" мережі є NSS(Network and Switching Subsystem - підсистема мережі та комутації), а компонент, що виконує функції "мозку" називається MSC(Mobile services Switching Center – центр комутації). Саме останній даремно називають (іноді з придиханням) "комутатор", а також, при проблемах зі зв'язком, звинувачують у всіх смертних гріхах. MSCв мережі може бути і не один (у даному випадку дуже доречна аналогія з багатопроцесорними комп'ютерними системами) – наприклад, на момент написання статті московський оператор Білайн впроваджував другий комутатор (виробництва Alcatel). MSCзаймається маршрутизацією викликів, формуванням даних для білінгової системи, управляє багатьма процедурами - простіше сказати, що НЕ входить у обов'язки комутатора, ніж перераховувати його функції.

Наступними за важливістю компонентами мережі, що також входять до NSSя б назвав HLR(Home Location Register - реєстр власних абонентів) та VLR(Visitor Location Register – реєстр переміщень). Зверніть увагу на ці частини, надалі ми часто згадуватимемо їх. HLR, грубо кажучи, є базою даних про всіх абонентів, які уклали з мережею контракт. У ній зберігається інформація про номери користувачів (під номерами маються на увазі, по-перше, згадуваний вище IMSI, а по-друге, так званий MSISDN-Mobile Subscriber ISDN, тобто. телефонний номер у його звичайному розумінні), перелік доступних послуг та багато іншого - далі за текстом часто описуватимуться параметри, що знаходяться в HLR.

На відміну від HLR, який у системі один, VLR`ів може бути і кілька - кожен із них контролює свою частину мережі. У VLRмістяться дані про абонентів, які знаходяться на його (і лише його!) території (причому обслуговуються не лише свої передплатники, а й зареєстровані у мережі роумери). Як тільки користувач залишає зону дії якогось VLRінформація про нього копіюється в новий VLRа зі старого видаляється. Фактично, тим часом, що є про абонента в VLRі в HLR, дуже багато спільного - подивіться таблиці, де наведено перелік довгострокових (табл.1) та тимчасових (табл.2 і 3) даних про абонентів, що зберігаються у цих реєстрах. Ще раз звертаю увагу читача на принципова відмінність HLRвід VLR: у першому розміщена інформація про всіх передплатників мережі, незалежно від їхнього розташування, а в другому - дані тільки про тих, хто перебуває на підвідомчій цьому VLRтериторії. У HLRдля кожного абонента постійно є посилання на той VLR, який з ним (абонентом) зараз працює (при цьому сам VLRможе належати чужій мережі, розташованій, наприклад, іншому кінці Землі).

1.	Міжнародний ідентифікаційний номер передплатника ( IMSI)
2.	Телефонний номер абонента у звичайному розумінні ( MSISDN)
3.	Категорія рухомої станції
4.	Ключ ідентифікації абонента ( Ki)
5.	Види забезпечення додатковими послугами
6.	Індекс закритої групи користувачів
7.	Код блокування закритої групи користувачів
8.	Склад основних викликів, які можуть бути передані
9.	Оповіщення абонента
10.	Ідентифікація номера абонента
11.	Графік роботи
12.	Оповіщення абонента
13.	Контроль сигналізації при з'єднанні абонентів
14.	Характеристики закритої групи користувачів
15.	Пільги закритої групи користувачів
16.	Заборонені вихідні дзвінки у закритій групі користувачів
17.	Максимальна кількістьабонентів
18.	Використовувані паролі
19.	Клас пріоритетного доступу

Таблиця 1. Повний склад довгострокових даних, що зберігаються в HLRі VLR.

1.	Параметри ідентифікації та шифрування
2.	Тимчасовий номер мобільного абонента (TMSI)
3.	Адреса реєстру переміщення, в якому знаходиться абонент ( VLR)
4.	Зони переміщення рухомої станції
5.	Номер стільника при естафетній передачі
6.	Реєстраційний статус
7.	Таймер відсутності відповіді
8.	Склад паролів, що використовуються в даний момент
9.	Активність зв'язку

Таблиця 2. Повний склад тимчасових даних, що зберігаються в HLR.

Таблиця 3. Повний склад тимчасових даних, що зберігаються в VLR.

NSSмістить ще два компоненти - AuC(Authentication Center - центр авторизації) та EIR(Equipment Identity Register – реєстр ідентифікації обладнання). Перший блок використовується для процедур автентифікації абонента, а другий, як випливає з назви, відповідає за допуск до експлуатації в мережі тільки дозволених стільникових телефонів. Докладно роботу цих систем буде розглянуто в наступному розділі, присвяченому реєстрації абонента в мережі.

Виконавчою, якщо так можна сказати, частиною стільникової мережі, є BSS(Base Station Subsystem – підсистема базових станцій). Якщо продовжувати аналогію з організмом людини, то цю підсистему можна назвати кінцівками тіла. BSSскладається з кількох "рук" та "ніг" - BSC(Base Station Controller - контролер базових станцій), а також безлічі "пальців" - BTS(Base Transceiver Station – базова станція). Базові станції можна спостерігати всюди - у містах, полях (ледве не сказав "і річках") - фактично це просто приймально-передавальні пристрої, що містять від одного до шістнадцяти випромінювачів. Кожен BSCконтролює цілу групу BTSта відповідає за управління та розподіл каналів, рівень потужності базових станцій тощо. Зазвичай BSCв мережі не один, а безліч (базових станцій взагалі сотні).

Керується та координується робота мережі за допомогою OSS (Operating and Support Subsystem – підсистема управління та підтримки). OSS складається з різноманітних служб і систем, що контролюють роботу і трафік - щоб не перевантажувати читача інформацією, робота OSS нижче розглядатися не буде.

Реєстрація у мережі.

Після кожного увімкнення телефону після вибору мережі починається процедура реєстрації. Розглянемо найбільш загальний випадок - реєстрацію не в домашній, а в чужій, так званій гостьовій мережі (припускатимемо, що послуга роумінгу абоненту дозволена).

Нехай мережу знайдено. За запитом мережі телефон передає IMSIабонента. IMSIпочинається з коду країни "приписки" його власника, далі йдуть цифри, що визначають домашню мережу, а вже потім - унікальний номер конкретного передплатника. Наприклад, початок IMSI 25099… відповідає російському операторуБілайн. (250-Росія, 99 – Білайн). По номеру IMSI VLRгостьової мережі визначає домашню мережу та зв'язується з її HLR. Останній передає всю необхідну інформацію про абонента VLR, який зробив запит, а у себе розміщує посилання на цей VLR, щоб у разі потреби знати, "де шукати" абонента.

Дуже цікавим є процес визначення справжності абонента. При реєстрації AuC домашньої мережігенерує 128-бітове випадкове число - RAND, що пересилається телефону. Усередині SIMза допомогою ключа Ki(ключ ідентифікації - так само як і IMSI, він міститься в SIM) та алгоритму ідентифікації А3 обчислюється 32-бітова відповідь - SRES(Signed RESult) за формулою SRES = Ki*RAND. Точно такі ж обчислення виробляються одночасно і в AuC(за обраним з HLR Kiкористувача). Якщо SRES, обчислений у телефоні, збігається з SRES, розрахованим AuC, то процес авторизації вважається успішним і абоненту надається TMSI(Temporary Mobile Subscriber Identity – тимчасовий номер мобільного абонента). TMSIслужить виключно для підвищення безпеки взаємодії передплатника з мережею і може періодично змінюватись (у тому числі при зміні VLR).

Теоретично, при реєстрації повинен передаватись і номер IMEI, але я маю великі сумніви щодо того, що московські оператори відстежують IMEIтелефонів, що використовуються абонентами. Давайте розглядатимемо якусь "ідеальну" мережу, що функціонує так, як було задумано творцями GSM. Так ось, при отриманні IMEIмережею, він прямує в EIRде порівнюється з так званими "списками" номерів. Білий список містить номери санкціонованих до використання телефонів, чорний список складається з IMEI, вкрадених або з будь-якої іншої причини не допущених до експлуатації телефонів, і, нарешті, сірий список - "трубки" з проблемами, робота яких дозволяється системою, але за якими ведеться постійне спостереження.

Після процедури ідентифікації та взаємодії гостьового VLRз домашнім HLRзапускається лічильник часу, який задає момент перереєстрації у разі відсутності будь-яких сеансів зв'язку. Зазвичай період обов'язкової реєстраціїскладає кілька годин. Перереєстрація необхідна для того, щоб мережа отримала підтвердження, що телефон, як і раніше, перебуває в зоні її дії. Справа в тому, що в режимі очікування "трубка" тільки відстежує сигнали, що передаються мережею, але сама нічого не випромінює - процес передачі починається тільки у разі встановлення з'єднання, а також при значних переміщеннях щодо мережі (нижче це буде докладно розглянуто) - в таких У випадках таймер, який відраховує час до наступної перереєстрації, запускається заново. Тому при "випадінні" телефону з мережі (наприклад, був від'єднаний акумулятор, або власник апарату зайшов у метро, ​​не вимкнувши телефон) система про це не дізнається.

Усі користувачі випадково розбиваються на 10 рівноправних класів доступу (з номерами від 0 до 9). Крім того, існує кілька спеціальних класів з номерами з 11 по 15 (різного роду аварійні та екстрені служби, службовий персонал мережі). Інформація про клас доступу зберігається в SIM. Особливий, 10 клас доступу, дозволяє здійснювати екстрені дзвінки (за номером 112), якщо користувач не належить до будь-якого дозволеного класу, або взагалі не має IMSI (SIM). У разі надзвичайних ситуацій або перевантаження мережі деяким класам може бути на якийсь час закритий доступ до мережі.

Територіальний поділ мережі та handover.

Як було сказано, мережа складається з безлічі BTS- базових станцій (одна BTS- Одна "сота", осередок). Для спрощення функціонування системи та зниження службового трафіку, BTSоб'єднують у групи - домени, які отримали назву LA(Location Area – області розташування). Кожен LAвідповідає свій код LAI(Location Area Identity). Один VLRможе контролювати декілька LA. І саме LAIміститься в VLRдля завдання розташування мобільного абонента. У разі потреби саме у відповідній LA(а не в окремій соті, зауважте) буде здійснено пошук абонента. При переміщенні абонента з однієї стільники в іншу в межах однієї LAперереєстрація та зміна записів у VLR/HLRне виробляється, але варто йому (абоненту) потрапити на територію іншої LA, як розпочнеться взаємодія телефону з мережею. Кожному користувачеві, напевно, не раз доводилося чути періодичні перешкоди (типу хрюк-хрюк---хрюк-хрюк---хрюк-хрюк:-)) в музичній системі свого автомобіля від телефону, що знаходиться в режимі очікування - найчастіше це є наслідком проведеної перереєстрації при перетині кордонів LA. При зміні LAкод старої області стирається з VLRі замінюється новим LAIякщо ж наступний LAконтролюється іншим VLR, то відбудеться зміна VLRта оновлення запису в HLR.

Взагалі кажучи, розбиття мережі на LAдосить непросте інженерне завдання, яке вирішується при побудові кожної мережі індивідуально. Занадто дрібні LAпризведуть до частих перереєстрацій телефонів і, як наслідок, до зростання трафіку різного роду сервісних сигналів і більше швидкої розрядкибатарей мобільних телефонів. Якщо ж зробити LAвеликими, то, у разі потреби з'єднання з абонентом, сигнал виклику доведеться подавати всім сотам, що входять у LA, що також веде до невиправданого зростання передачі службової інформації та перевантаження внутрішніх каналів мережі.

Тепер розглянемо дуже гарний алгоритм так званого handover`ра (таку назву отримала зміна каналу, що використовується в процесі з'єднання). Під час розмови по мобільному телефону через ряд причин (видалення "трубки" від базової станції, багатопроменева інтерференція, переміщення абонента в зону так званої тіні тощо) потужність (і якість) сигналу може погіршитися. В цьому випадку відбудеться перемикання на канал (можливо, інший BTS) з найкращою якістюсигналу без переривання поточного з'єднання (додам - ​​ні сам абонент, ні його співрозмовник, як правило, не помічають того, що сталося handoverа). Handover`и прийнято розділяти на чотири типи:

• зміна каналів у межах однієї базової станції
• зміна каналу однієї базової станції на канал іншої станції, але яка знаходиться під патронажем того ж BSC.
• перемикання каналів між базовими станціями, контрольованими різними BSC, але одним MSC
• перемикання каналів між базовими станціями, за які відповідають не лише різні BSC, але і MSC.

У загальному випадку, проведення handover'а - завдання MSC. Але у двох перших випадках, званих внутрішніми handover`ами, щоб знизити навантаження на комутатор та службові лінії зв'язку, процес зміни каналів управляється BSC, а MSCлише інформується про подію.

Під час розмови мобільний телефон постійно контролює рівень сигналу від сусідніх. BTS(Список каналів (до 16), за якими необхідно вести спостереження, задається базовою станцією). На підставі цих вимірів вибираються шість найкращих кандидатів, дані про яких постійно (не рідше ніж раз на секунду) передаються BSCі MSCдля організації можливого перемикання. Існують дві основні схеми handover`а:

• "Режим найменших перемикань" (Minimum aceptable performance). У цьому випадку, при погіршенні якості зв'язку мобільний телефон підвищує потужність передавача до тих пір, поки це можливо. Якщо ж, незважаючи на підвищення рівня сигналу, зв'язок не покращується (або потужність досягла максимуму), то відбувається handover.
• "Енергозберігаючий режим(Power budget). При цьому потужність передавача мобільного телефону залишається незмінною, а у разі погіршення якості змінюється канал зв'язку ( handover).

Цікаво, що ініціювати зміну каналів може не лише мобільний телефон, а й MSCнаприклад, для кращого розподілу трафіку.

Маршрутизація дзвінків.

Поговоримо тепер, як відбувається маршрутизація вхідних викликів мобільного телефону. Як і раніше, розглядатимемо найбільш загальний випадок, коли абонент знаходиться в зоні дії гостьової мережі, реєстрація пройшла успішно, а телефон перебуває в режимі очікування.

При надходженні запиту (рис.2) на з'єднання від проводової телефонної (або іншої стільникової) системи MSCдомашньої мережі (дзвінок "знаходить" потрібний комутаторза набраним номером мобільного абонента MSISDN, який містить код країни та мережі).

Рис.2 Взаємодія основних блоків мережі при надходженні вхідного дзвінка.

MSCпересилає в HLRномер ( MSISDN) абонента. HLR, у свою чергу, звертається із запитом до VLRгостьової мережі, де знаходиться абонент. VLRвиділяє один із наявних у її розпорядженні MSRN(Mobile Station Roaming Number - номер "блукає" мобільної станції). Ідеологія призначення MSRNдуже нагадує динамічне присвоєння IP-адрес при комутованому доступі в Інтернет через модем. HLRдомашньої мережі отримує від VLRприсвоєний абоненту MSRNі, супроводивши його IMSIкористувача, що передає комутатору домашньої мережі. Заключною стадією встановлення з'єднання є напрям виклику, що супроводжується IMSIі MSRN, комутатору гостьової мережі, який формує спеціальний сигнал, що передається по PAGCH(PAGer CHannel - канал виклику) по всій LAде знаходиться абонент.

Маршрутизація вихідних викликів не представляє з ідеологічного погляду нічого нового та цікавого. Наведу лише деякі з діагностичних сигналів (таблиця 4), які свідчать про неможливість встановити з'єднання і які може отримати у відповідь на спробу встановлення з'єднання.

Таблиця 4. Основні діагностичні сигнали про помилку під час встановлення з'єднання.

Висновок

Звісно, ​​у світі немає нічого ідеального. Розглянуті вище стільникові системи GSM не є винятком. Обмежене числоканалів створює проблеми у ділових центрах мегаполісів (а в Останнім часом, ознаменоване бурхливим зростанням абонентської бази, і їх околицях) - щоб подзвонити, часто доводиться чекати зменшення навантаження системи. Мінімальна, за сучасними мірками, швидкість передачі даних (9600 біт/с) не дозволяє пересилати об'ємні файли, не кажучи про відеоматеріали. Та й роумінгові можливості не такі вже безмежні - Америка та Японія розвивають свої, несумісні з GSM, цифрові системибездротового зв'язку.

Звичайно, рано говорити, що дні GSM пораховані, але не можна і не помічати появи на горизонті так званих 3G-систем, що уособлюють початок нової ери у розвитку стільникової телефонії та позбавлених перерахованих недоліків Як хочеться зазирнути на кілька років уперед і подивитися, які можливості ми отримаємо від нових технологій! Втім, чекати залишилося не так довго - початок комерційної експлуатації першої мережі третього покоління намічається на початок 2001 року.