Передача данных в сотовых сетях. Поколения сотовой связи. Сетка частот UMTS России

Жизнь современного человека нельзя представить без мобильной связи. Первыми «переносными трубками» стали радиотелефоны, к ним относится самое первое поколение сотовой связи 1G , а именно - стандарт NMT (Nordic Mobile Telephone), который появился на мировом рынке в 1981 году .

Технология LTE (Long-Term Evolution) - это основное направление эволюции сетей сотовой связи третьего поколения (3G). В январе 2008 года международное объединение Third Generation Partnership Project (3GPP), разрабатывающее перспективные стандарты мобильной связи, утвердило LTE в качестве следующего после UMTS стандарта широкополосной сети мобильной связи.

Сети 4G на основе стандарта LTE способны работать практически по всей ширине спектра частот от 700 МГц до 2,7 ГГц.

LTE обеспечивает теоретическую пиковую скорость передачи данных до 326,4 Мбит/с от базовой станции к пользователю и до 172,8 Мбит/с в обратном направлении.

Технология Long Term Evolution, как ожидается, приведет к появлению качественно новых мобильных сервисов : пользователи смогут в режиме реального времени получать видео высокого качества, работать с интерактивными службами и пр.

В апреле 2009 года сеть LTE показала Motorola на выставке CTIA Wireless. В мае шведский оператор Telia продемонстрировал первый в мире участок сети сотовой связи, построенный по технологии LTE . Над созданием таких сетей работают Verizon, Bell и Telus.

Этот стандарт был разработан корпорацией Intel, крупнейшим мировым производителем микрочипов. Соответственно, WiMAX-чипами будут в первую очередь комплектовать ноутбуки. Скорей всего, со временем WiMAX вытеснит Wi-Fi, так как Wi-Fi действует в радиусе нескольких метров от точки доступа, у мобильного WiMAX покрытие существенно больше. И кроме того, он позволяет абоненту, если тот перемещается со скоростью до 120 км/ч, переключаться между станциями .

Летом 2009 года в России в коммерческую эксплуатацию была запущена первая в России сеть беспроводного быстрого интернета по технологии Mobile WiMAX (4G). Поставщиком услуг на базе этой сети стала компания «Скартел», известная под брендом Yota. Сеть обеспечивает высокую скорость доступа в интернет - до 10 Мбит/с, в любое время, в любом месте зоны покрытия и поддерживает соединение даже в движении, на скорости до 120 км/ч. Доступ к Yota уже получили жители Москвы, Санкт-Петербурга, Уфы, Краснодара и Сочи.

Материал подготовлен на основе информации открытых источников

Создание мобильных сетей поколения 2G, в основу которых легли цифровые стандарты, было обусловлено в первую очередь теми недостатками сетей первого поколения, которые не обеспечивали нормальную пропускную способность сети и высокий уровень защиты конфиденциальности разговоров. В связи с тем, что завоевывала все большую популярность, работа разработчиков приобрела направленность на усовершенствование пропускной емкости стандартов, а также на стандартизацию сети по всему миру, что позволило бы клиентам путешествовать по странам и за счет автоматического роуминга всегда оставаться на связи. Разработчики из стран Европы и Америки, которые трудились над созданием цифрового стандарта связи общемирового уровня, еще в начале 90-х годов пришли к выводу, что реализовать задуманное возможно только с помощью цифровых способов передачи аудиальной информации и управления связью.

В то время сети D-AMPS и CDMA из США, стандарт JDC из Японии и стандарт GSM глобального общеевропейского уровня – это четыре вида сетей поколения 2G, которые могли организовать сот радиусом до 30 км. Сейчас D-AMPS приходится туго и чтобы выдержать хоть как-то конкуренцию они вынуждены не только снижать тарифы, но и показывать те услуги, которые изначально не предполагались (например, голосовая почта, автодозвон и конференцсвязь, автоматическое определение номера, а также передача информации и выход в интернет).

CDMA пошел путем усовершенствования защиты конфиденциальности разговоров путем (происходило сжатие информации в цифровой системе кодирования речи), а также путем устранения проблемы двойников за счет присвоения идентификационного номера каждому телефону. Смена аппарата проходит при обязательном участии сотового оператора, поскольку информацию необходимо перезаписать, ведь список контактов и органайзер абонента хранится в памяти телефона. При сохранении прежних размеров сот количество звонящих одновременно абонентов увеличилось в соте до 1000. Телефоны с прежней инфраструктурой имеют небольшие размеры, хорошее качество звука, быстро передают информации (до 14,4 кбит/с) и мало расходуют энергию. В настоящее время распространены в Северной Америке и Корее. Есть в наличии и в России, но используются не широко и имеют ограниченный роуминг.

Стандарт связи 2G GSM

Наиболее популярной сегодня является мобильная связь стандарта GSM (Global System for Mobile Communications), созданная в 1991 году в Европе и получившая широкое распространение по всему миру. В целях массового применения и возможности модифицировать сеть без изменения базовых функций был учтен наработанный многими годами опыт в эксплуатации мобильных телефонов. Технические характеристики GSM соответствовали до 35 км по радиусу соты сети и до 1000 звонков одновременно, максимальная мощность телефонов в пределах 1В и до 20В в стационарной и автомобильной модификации. Мобильные терминалы характеризовались своей миниатюрностью и возможностью долго работать без подзарядки.

Особенностью стандартов связи 2G стало чистое звучание без помех, лишь незначительно искажающее тембр и интонацию, и небольшие проглатывания фрагментов слов при неустойчивости и помехах связи, а также при слабом сигнале. В то время это было большим достижением. В процессе разговора, когда абонент не говорил, а слушал собеседника, передатчик отключался цифровыми системами для экономии заряда аккумулятора и в целях не засорения эфира, в это время говорящий слышал искусственный шум, который не вызывал дискомфорта и был направлен на то, чтобы не создавать видимость отсутствия связи когда передатчик отключен. В целях защиты конфиденциальности разговоров алгоритмы шифрования имели сложный и закрытый характер, часто обновлялись и имели различные ключи при каждом соединении.

В введенном стандарте GSM 1800, в котором диапазон частот расширился и соты стали более мелкими, пропускная способность существенно увеличилась. На основе опыта его эксплуатации в больших городах стало видно, что, несмотря на тотальное использование мобильной связи, избегать перегрузки сети остается возможным. Используемые GSM во всем мире частоты соответствуют 900 и 1800 МГц, в США предоставленный операторам диапазон небольшой и составляет 1900 МГц (поэтому американский стандарт называется GSM 1900). Операторы CDMA и D-AMPS работают в таком же диапазоне. Выпускаемые сейчас телефоны работают во всех трех диапазонах GSM.

Потребность пользователей в быстрой передачи информации и удобной работе в интернете все больше подталкивали к необходимости создания нового стандарта связи, что подтолкнуло к разработке и созданию технологии GPRS, ставшей надстройкой над стандартом GSM. Она позволяла достигать скорости 40,2 кбит/с на прием.

Важным достижением телефонов стандарта GSM стала привязка номера и телефонной книжки не к самому аппарату, а к SIM-карте (Subscribe Identity Module), которую можно переставлять из одного телефона в другой, при этом собственный номер и контакты переносятся автоматически. Карта позволяет оператору идентифицировать абонента и хранить в памяти до 255 контактных номеров.

Предоставляемые услуги операторами сетей GSM имеют широкий спектр и позволяют пользоваться конференцсвязью, переадресацией звонков, включать и прослушивать голосовые соединения, отправлять и получать SMS, непосредственно с телефона выходить в интернет через WAP-браузер, пользоваться информационными услугами (такими, как получение информации о погоде, ценах, необходимых адресах и телефонах), а также передавать информацию и факсы, и др.

Строение структуры сетей GSM включает в себя системы коммутации и базовых станции и телефоны абонентов (MS).

Система коммутации Network Switching System (NSS) направлена на предоставление услуг клиентам, обслуживание вызовов и коммутацию соединений. Она состоит из:

Центра коммутации сотовой связи (MSC), работа которого направлена на установку соединений между пользователями сети, мобильными и стационарными сетями; MSC – главный элемент сети GSM, поскольку предназначен контролировать работу BTS и BSC в пределах территории обслуживания;
- домашнего регистра местоположения (HLR), который обеспечивает хранение информации об абонентах (местоположение, перечень подключенных услуг и др.), относящихся к данному MSC;
- визитного регистра местоположения (VLR), содержащего информацию об активных абонентах зоны обслуживания конкретного MSC (данные о домашних и гостевых абонентах данного MSC) и получающего информацию от HLR;
- центра аутентификации (AUC), служащего источником идентификации абонентов и направленного на предотвращение официально неразрешенного доступа в сеть, который на основе имеющейся информации от AUC и MS начинает процедуру аутентификации каждый раз при пользовании телефоном, осуществлении звонка или отправке SMS;
- регистра идентификации абонентского оборудования (EIR), который является необязательным элементом, и поэтому присутствует не во всех сетях. Тем не менее, он является базой данных, в которой хранится и находится под защитой информация мобильных терминалов об идентификационных номерах, которая используется для того, чтобы заблокировать украденные или потерянные телефоны.

Система базовых станций Base Station System (BSS) осуществляет функции радиоинтерфейса и включает в себя два блока:

Контроллер базовых станций (BSC), являющийся коммутатором большой емкости, осуществляет управление за такими функциями радиоканалов GSM, как назначение радиоканала, нахождение информации об особенностях конфигурации сот и процессе передачи между базовыми станциями сессии пользователя;
- базовую станцию (BTS), управляющую радиосвязью с телефоном абонента и состоящую из необходимых для обслуживания каждой соты приемо-передатчиков и антенн.

В технологии GPRS стандарта GSM дополнительно включаются:

Узел обслуживания абонентов GPRS (SGSN) - является маршрутизатором, устанавливающим сессии передачи информации пакетным способом и осуществляет контроль над движением пакетов и начислением за уже предоставленные услуги платы; пакетные данные направляются в сторону SGSN от базовых станций;
- шлюзовой узел GPRS (GGSN), который наиболее часто объединяется в устройстве вместе с SGSN, является шлюзом сети, направляющим данные за пределы сети оператора.

Преимуществами сетей поколения 2G стало цифровое шифрование разговоров, большая эффективность самой системы по сравнению с предыдущим поколением и появление возможности отправлять текстовые и мультимедийные сообщения, а также сообщения с изображениями. Благодаря цифровому шифрованию технология 2G стала безопасней как для отправителя, так и для получателя.

Поэтапное развитие сотовой связи в мире называют Поколениями, – существует 4 поколения сотовой связи. На данный момент в мире существуют 4 поколения (англ.Generation): 1G, 2G, 3G, 4G.

Каждое поколение включает в себя стандарты связи, которыми пользуется Покупатель. В России были запушены в коммерческую эксплуатацию все поколения связи, а самое широкое распространение получили стандарты связи второго поколения GSM (ДЖИ-ЭС-ЭМ), и третьего поколения UMTS (Ю-ЭМ-ТЭ-ЭС). Наверняка Ты уже догадался, что популяризация вызвана многочисленными достоинствами упомянутых стандартов.

1. Стандарты сотовой связи.

Стандарт сотовой связи – это свод правил, по которым оператор предлагает Покупателю услуги связи. Стандарт связи – правила, по которым работает сеть. Правила, которые позволяют отделять один вызов от другого и комфортно общаться. Во времена, когда телефонная связь только зарождалась, стандартом связи выступала телефонистка, переключающая штекеры по запросам клиента, наверняка Ты помнишь об этом из старых фильмов. Современные стандарты связи, наряду с возможностью осуществлять вызовы, позволяют отправлять текстовые и мультимедийные сообщения и даже пользоваться всемирной сетью!

1 поколение – это 1 G (1 ДЖИ) первая связь в мире. В сетях этого поколения были возможны только звонки. Не было таких услуг как SMS, Интернет, да и SIM-карт тоже не было. В стандартах первого поколения, для связи телефона с базовой станцией, применяется аналоговая система передачи сигнала. Как следствие, у такой системы плохая защита от помех и большие затраты энергии, поэтому связи уже не используется, из-за своих критических недостатков. Ведь самое главное – это качество связи, правда?

К поколению 2 G относится стандарт GSM (ДЖИ-ЭС-ЭМ), - он даёт возможность использовать сим-карты, отправлять сообщения и пользоваться Интернетом.

В стандартах второго поколения, для связи телефона с базовой станцией, применяется цифровая система передачи сигнала. По сравнению с аналоговыми системами (1G) они предоставляют абонентам больший набор услуг, защищены от действия шумов и помех, гораздо лучше защищены от прослушивания.К цифровым стандартам второго поколения (2G), получившим распространение на территории РФ, относится стандарт GSM (ДЖИ-ЭС-ЭМ), - от англ. Global System for Mobile Communication – «Глобальная Система Подвижной Связи».

В связи с различным рельефом местности и плотностью её заселения, возникла необходимость введения нескольких диапазонов частот GSM. На данный момент в мире используются четыре диапазона частот GSM: GSM 850, GSM 900, GSM 1800, GSM 1900.

GSM 900/1800 используются в России, Европе, Азии, Африке и Австралии.

GSM 850/1900 используются в странах Северной и Южной Америки.

Изменение частоты радиосвязи влияет на зону покрытия соты и максимальное количество абонентов в ней. При повышении частоты размер соты уменьшается, однако увеличивается проникающая способность сигнала, а это способствует улучшению уровня приёма сигнала (к примеру, в бетонно-металлических конструкциях), также увеличивается и количество каналов связи. В результате, увеличение частоты приводит к обслуживанию большего количества абонентов на меньшей площади покрытия, поэтому высокочастотные стандарты 1800 и 1900 используются в городах, а низкочастотные (900 и 850), в целях экономии, в сельской местности, так как у них намного больше площадь покрытия.

И все телефонные аппараты, которые у нас продаются в магазинах делятся на двухдиапазооные (900/1800), трехдиапазонные (900/1800/1900) и четырехдиапазонные (850/900/1800/1900).

Если клиент озвучивает потребность поездки в страны Южной и Северной Америки, важно убедиться, что телефонный аппарат, который Ты ему продаешь, поддерживает частоты 850/1900.

В стандарте GSM для защиты от несанкционированного подключения применяется специальный модуль подлинности абонента – Sim-карта. (СИМ-карта).

SIM (англ. Subscriber Identification Module) – индивидуальный модуль идентификации абонента. Эта карточка, во встроенной микросхеме которой хранится специальная информация о конкретном абоненте, выдаётся ему при подключении телефона и может быть использована с любой моделью мобильного аппарата стандарта GSM.

Таким образом, абонент получает возможность безболезненно менять аппараты, не переставляя карточку из одного в другой. Чтобы посторонний не смог воспользоваться SIM-картой, она содержит специальный идентификационный номер (РIN-код (ПИН-код)), запрашиваемый при каждом включении аппарата. Запрос PIN-кода можно отключить через меню аппарата. Если три раза подряд неправильно набрать РIN-код, SIM-карта временно заблокируется. Разблокировка осуществляется дополнительным разблокировочным кодом (PUK). Неправильное введение PUK-кода 10 раз подряд приводит к окончательной блокировке карты. Восстановить такую карту можно только при личном обращении в офис оператора. Sim - карта также позволяет сохранять в памяти номера абонентов (до 250 записей), а также sms - сообщения (до 30 штук).

Скорость доступа в Интернет в стандарте GSM зависит от услуг GPRS (ДЖИПИЭРЭС) или EDGE (ЭДЖ), а разница между ними только в скорости.

GPRS (ДЖИПИЭРЭС) – пакетная передача данных, позволит Покупателю производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с сетями Интернет. При этом Покупатель при использовании услуги оплачивает только полученную/переданную информацию. Максимальная теоретическая скорость V = 171,2 кбит/с.

Фактическая скорость передачи данных, значительно ниже теоретической. В условиях загруженности сетей GSM голосовым трафиком, средняя скорость, которую получает абонент GPRS, как правило, не превышает 20-30 кбит/с.

EDGE (ЭДЖ) – представляет собой «улучшенную» версию GPRS со схожими характеристиками. Большая скорость EDGE достигается внедрением усовершенствованной системы обработки предаваемых данных. Покупатель, при использовании услуги, оплачивает только полученную/переданную информацию. Максимальная теоретическая скорость V = 384 кбит/с.

Фактическая скорость передачи данных с помощью этой технологии, зависит от загруженности сети и её качества в точке местоположения абонента, составляя в среднем 100–130 Кбит/с.

Третье поколение 3 G (3 ДЖИ) представлено в России двумя стандартами связи – UMTS (У-ЭМ-ТЭ-ЭС) и IMT - MC 450 (АЙ-ЭМ-ТИ-ЭМ-СИ 450), которые позволяют операторам предоставлять широкий спектр услуг.

Разумеется, у стандартов связи третьего поколения есть уйма преимуществ перед стандартами второго поколения:

высокое качество звука и низкий уровень фоновых шумов;

повышенная ёмкость системы (количество абонентов) в 3-5 раз больше, чем в GSM;

обеспечивается полная защита от несанкционированного подключения;

уменьшение влияния на организм человека, а значит, телефон можно носить и в кармане, и на шее и класть под подушку перед сном.

Стандарты связи третьего поколения обеспечивают не только предоставление традиционных услуг мобильной связи, но и принципиально новых услуг на базе высокоскоростной передачи данных:

видеотелефония или видеовызов – позволяет увидеть собеседника во время разговора;

мобильное телевидение – позволяет просматривать телепередачи на экране мобильного телефона;

видеонаблюдение за удалёнными объектами с дисплея сотового телефона;

высокоскоростной беспроводной доступ к Интернету.

Для Покупателей стандарты UMTS и IMT - MC 450 – это отличная связь и высокоскоростной доступ в Интернет.

20 апреля 2007 МинИнформСвязи России официально вручил представителям "Большой тройки" – "Билайн", "МТС", "Мегафон" лицензии на развитие сетей третьего поколения – UMTS. С каждым днём растёт количество городов России, в которых развёрнуты сети 3G UMTS. Стандарт UMTS работает на частоте 2100 МГц, что значительно увеличивает качество связи.

Основной протокол передачи данных, которые используются в сетях 3G:

HSDPA (ЭЙЧ-ЭС-ДИ-ПИ-ЭЙ) - высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции к мобильному телефону, максимальная скорость передачи данных составляет – 14,4 Мбит/сек.

Особенность: радиус соты, для полноценного предоставления услуг составляет 1-1,5 км.

Сеть стандарта IMT-MC-450 была запущена 1 октября 2000 года в Южной Корее. C июня 2003 стандарт IMT-MC-450, в России использует один оператор - SkyLink. Стандарт IMT-MC 450 работает на частоте 450 МГц, что значительно увеличивает дальностьсвязи.

Технологии передачи данных, используемые в стандарте IMT-MC450:

EV-DO (Evolution Data Only, от англ. Развитие данных) – до 3,1 Мбит/с.

Преимущества стандарта:

ещё более высокое качество звука и низкий уровень фоновых шумов;

ёмкость сети выше, чем в стандарте UMTS, это даёт возможность дозвониться и поздравить всех в Новый год;

уменьшение влияния на организм человека, излучаемая мощность составляет около 10мВт (0,1 Вт);

Для того чтобы пользоваться сотовой связью IMT - MC 450 (Skylink ), клиенту необходимо купить сотовый телефон с поддержкой этого стандарта и RUIM (Removable User Identity Module) карту, внешне ничем не отличимую от SIM-карты.

Специфические особенности, указанные выше, обуславливают разницу в операторах, услугах и устройствах. Телефоны стандарта IMT-MC-450 в России на данный момент представляют компании, менее знакомые абонентам сети второго поколения – это Huundai-Curitel, Synertek, Pantech-Curitel, Ubiquam, Huawei, AnyData и прочие.

Стандарт UMTS в отличие от IMT - MC 450 даёт Покупателям возможность совершать видеозвонки и смотреть ТВ-программы. За счёт камеры, расположенной на передней панели, у телефонов стандарта UMTS реализована поддержка видеозвонков, которые позволяют не только слышать, но и видеть вашего собеседника. Ещё в 2007 г., в России совершён первый видеозвонок в сети сотовой связи третьего поколения. На данный момент услуга видеозвонок доступна уже в большинстве регионов, где развёрнуты сети 3G UMTS. А благодаря высокой скорости передачи данных, посредством протокола HSDPA, также телефоны UMTS можно использовать в качестве карманного телевизора, который всегда с собой.

Просмотр телепередач и видео (например, с YouTube ) возможен как через специализированные программы, которые мы можем установить Покупателю, так и через программу –браузер, встроенную в большинство телефонов.

4 поколение (4 G ) – это высокая скорость доступа в Интернет, больше чем в 3G, но нет возможности совершать звонки. Стандарты четвёртого поколения, так же как второго и третьего относятся к цифровым стандартам. С технической точки зрения, основное отличие сетей четвёртого поколения от предыдущего, третьего, заключается в том, что технология 4G полностью основана на протоколах пакетной передачи данных, в то время как 3G соединяет в себе передачу голосового трафика и «пакетов». Четвёртое поколение мобильной связи, характеризуется высокой скоростью передачи данных и повышенным качеством голосовой связи. К четвёртому поколению относятся технологии, позволяющие осуществлять передачу данных со скоростью, превышающей 100 Мбит/с., что сопоставимо со скоростью, достижимую оптоволоконными технологиями.

Важно знать, сети 4 G предоставляют только доступ в интернет. Звонить через 4 G нельзя (звонить можно только через Интернет-сервисы – Skype , Mail . ru Agent и т.д.). Также никаких SIM -карт в 4 G нет. Для того, чтобы пользоваться 4 G

достаточно купить специальное устройство – 4 G модем и подключить его к компьютеру.

Одним из стандартов передачи данных, реализованных в России, операторами 4G является WIMAX (ВАЙМАКС).

В 2008 году компанией «Скартел» запущена в эксплуатацию в Москве и Санкт-Петербурге сеть Mobile WiMAX (Мобайл ВайМакс) под брендом Yota (Йота). Yota - первая сеть 4G в России. Стандарт WiMAX работает на частоте 2500-2700 МГц, что значительно увеличивает качество связи.

WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) - телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств, от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов.

Mobile WiMAX - это следующее поколение беспроводной широкополосной связи (4G). В сети Mobile WiMAX пользователи могут работать в Интернете с комфортом сотовой связи и качеством выделенной линии. Подобно проводному широкополосному доступу, который является сейчас самым распространённым видом подключения, Mobile WiMAX даёт пользователю высокую скорость доступа в Интернет - до 10 Мбит/c, а максимальная теоретическая скорость до 100 Мбит/c! Это позволяет быстро скачивать большие файлы (например, фильмы), смотреть видеоролики или телепередачи, участвовать в онлайн-играх в мобильном режиме.

На рынке уже представлены следующие типы пользовательских устройств: USB-модемы, express-карты и многопользовательский мобильный WiMAX Wi-Fi (ВайМакс Вай-Фай) центр, который, помимо WiMAX, служит точкой доступа Wi-Fi, а также даёт возможность проводного подключения устройств к сети Интернет двух обычных телефонных или факс-аппаратов.

Преимущества:

стандарт 4G базируется на IP-протоколе (Internet Protocol), что позволит обеспечивать простой и очень быстрый доступ к Интернету;

высокая ёмкость, пропускная способность сети;

большой радиус действия базовой станции WiMAX до 10 км;

высокие скорости передачи данных, позволяющие принимать не только качественный звук, но и видео.

В России доступ к сети WiMax предоставляют две компании YotaиComstar.

Эта статья первая из цикла статей про сотовую связь. В данном цикле я хотел бы подробно описать принципы работы сетей сотовой связи второго, третьего и четвертого поколений. Стандарт GSM относится ко второму поколению (2G).

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

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

GSM обеспечивает поддержку услуг:

• Передачи данных GPRS
• Передача речи
• Передача коротких сообщений SMS
• Передача факса

Кроме того, существуют дополнительные услуги:

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

Архитектура сети GSM

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

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

SS включает в себя:

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

BSS включает в себя:

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

Состав коммутационной подсистемы SS

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

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

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

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

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

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

Состав подсистемы базовых станций BSS

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

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

Географическое построение сетей GSM

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

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

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

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

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

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

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

Частотный план GSM

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

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

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

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

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

Поддержите проект

Друзья, сайт Netcloud каждый день развивается благодаря вашей поддержке. Мы планируем запустить новые рубрики статей, а также некоторые полезные сервисы.

У вас есть возможность поддержать проект и внести любую сумму, которую посчитаете нужной.