17 лет назад 28 марта 2005 в 18:09 950

Мы говорим “мобильная связь” — подразумеваем GSM, мы говорим GSM — и подразумеваем самый популярный стандарт сотовой связи. Что же позволило ему сначала произвести революцию в бытовой мобильной связи, а потом на протяжении более десятка лет удерживать за собой первое место по распространенности, функциональности и удобству?

НАЧАЛО
Первый в мире звонок с мобильного телефона был произведен более 30 лет назад в далеком 1973 году, но реальное внедрение и бытовое использование сотовой связи началось в конце 70-х — начале 80-х. Появлялись и успешно работали первые аналоговые сети в США (1978), Японии (1979), Европе (1981). Тем не менее уже в 1982 году на фоне всеобщего бума и эйфории от аналоговой сотовой телефонии Европейская конференция администраций почты и электросвязи (СЕРТ) (организация, объединяющая администрации связи 26 стран) задумалась о разработке совершенно новой цифровой технологии (второго поколения мобильной связи).

Неоднократно публиковались мнения о том, что СЕРТ, создавая свою Groupe Special Mobile для разработки стандарта, названного в будущем той же аббревиатурой (уже позднее в связи с широким распространением во всем мире GSM стали расшифровывать как Global System for Mobile Communications), осознавала проявившиеся позже недостатки аналоговых видов связи: недостаточная емкость, высокая стоимость, незащищенность информации (от прослушивания), возможность “клонирования” аппаратов… Однако следует отметить, что в самом начале 80-х годов этих проблем просто не было в связи с крайне ограниченным распространением самой мобильной связи.

Так что, скорее всего, причина разработки нового стандарта крылась в политике, а не в технике — на фоне формирования объединенной Европы нужен был единый стандарт мобильной связи, который, во-первых, не был бы привязан к конкретной компании или разработчику и, во-вторых, обеспечивал бы простые возможности роуминга (что, естественно, более актуально для мелкораздробленной Европы, чем, например, для США). По большому счету, технологические вопросы изначально даже не поднимались, и только в течение нескольких лет планирования (когда проходили согласования на государственном уровне о поддержке, лицензировании и выделении частотного диапазона для новой системы) сформировались требования к разрабатываемой сети:

— высокое качество передачи речевой информации;
— низкая стоимость оборудования и предоставляемых услуг;
— возможность поддержки портативного оборудования пользователя;
— поддержка ряда новых услуг и оборудования;
— спектральная эффективность;
— совместимость с ISDN (Integrated Services Digital Network) – широко использующийся в Европе стандарт цифровых сетей;
— поддержка международного роуминга, то есть возможность использования абонентом своего мобильного телефона при перемещении в другую сеть GSM.

В 1987-89 годах проходили первичные полевые испытания различных систем на соответствие этим требованиям. В ходе этих проверок удалось определиться с основополагающими характеристиками GSM: исключительно цифровая связь, временное разделение каналов (принцип TDMA), шифрование сообщений и защита данных абонента, использование блочного и сверточного кодирования, новый вид модуляции — GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) и т. д. В итоге в 1989 году незадолго до этого созданный ETSI (European Telecommunications Standards Institute), которому перешло дело создания и развития GSM, оформил его в качестве международного стандарта, что позволило уже в следующем году окончательно закрепить спецификацию GSM Phase 1 (GSM-900) и начать производство соответствующего ей оборудования.

Первое время наибольшая проблема состояла в недостатке самих пользовательских терминалов для работы во вновь создаваемых сетях, но, несмотря на это, в 1992 году в Финляндии ввели в эксплуатацию первую коммерческую сеть. Уже к концу 1992 года в Европе их было 14, а в 1993 – 36. В том же 1993 году приняли стандарт GSM Phase 2, распространивший GSM и на диапазон 1800 МГц (DCS-1800 — Digital Cellular System 1800 MHz).

С этого момента началось победное шествие GSM по миру. В нашей стране первопроходцем стандарта стала компания МТС, вышедшая с ним на рынок в 1994 году. Сейчас реалии того времени воспринимаются как шутка — в лицензии Минсвязи указывалось, что МТС требуется к 2003 г. создать сеть базовых станций, способную обеспечить мобильной связью 90 тыс. абонентов. При этом в 1994 г. сеть МТС насчитывала всего лишь девять базовых станций, которые обеспечивали покрытие в центре Москвы, по дороге в Шереметьево-2 и на МКАД.

Впрочем, даже тогда крайне привлекательными были возможности роуминга с другими странами, так что с течением времени на “самый популярный стандарт цифровой мобильной связи” перешли и другие операторы – прежде всего, «Вымпелком» (с 1993 года предоставлявший услуги связи в системе AMPS, позднее – DAMPS и лишь к 1998 году перешедший на GSM).

Хронология развития стандарта GSM
1982 г. – CEPT создала Groupe Speciale Mobile для разработки принципов создания будущей европейской системы сотовой связи.
1984 г. – проект GSM получает одобрение Еврокомиссии.
1985 г. – подписывается первое соглашение (между Францией, Германией и Италией) о поддержке GSM как общеевропейского цифрового стандарта.
1986 г. – к этому соглашению присоединяется Великобритания. В ЕС происходят глобальные политические согласования по поводу новой системы. Поднимается вопрос о стандартизации, обязательствах со стороны операторов сотовой связи. Издается директива по отведению полосы частот в диапазоне 900 МГц для нового стандарта связи.
1987 г. – формируются основные особенности и характеристики GSM. Подписывается соглашение о том, что новая система будет узкополосной, цифровой, с временным разделением каналов. В сентябре операторы тринадцати европейских стран подписывают Протокол о намерениях по реализации системы GSM.
1988-89 г. – непосредственная разработка технологии, тестирование системы, ввод в эксплуатацию первых тестовых сетей. Обязанности по развитию стандарта перешли к ETSI (European Telecommunications Standards Institute).
1990 г. – закрепление спецификаций GSM Phase 1.
1991 г. – ускоренная разработка операторского оборудования и пользовательских терминалов. Введение первых норм сертификации мобильных телефонов.
1992 г. – запуск в коммерческую эксплуатацию первых GSM-сетей.
1993 г. – принят стандарт GSM Phase 2.
1994 г. – лавинообразное появление и развитие сетей GSM, в том числе и в диапазоне 1800 МГц.
1995 г. – первые всемирные конгрессы GSM.
1996 г. и далее – развитие, развитие и еще раз развитие. Увеличение качества и функциональности. Появление новых сервисов и… активная разработка систем связи третьего поколения!

СТРУКТУРА СЕТИ GSM
Описание структуры GSM-сети заняло бы слишком много места, поэтому ограничимся кратким перечислением ее функциональных блоков и взаимосвязи между ними.

Блок-схема сети
Доступная пользователю часть системы – собственно мобильный телефон — состоит из двух основных блоков: непосредственно “радиоблока” ME (Mobile Equipment — мобильное устройство) и SIM-карты (Subscriber Identity Module — модуль идентификации абонента). Каждый из элементов содержит свой уникальный и идентифицирующий его номер: для ME это IMEI (International Mobile Equipment Identity) — международный идентификатор мобильного устройства, а для SIM — IMSI (International Mobile Subscriber Identity) — международный идентификационный номер подписчика.

Саму сеть можно условно разделить на две части: “административную” — NSS (Network and Switching Subsystem) — подсистема сети и коммутации и “исполнительную” — BSS (Base Station Subsystem) — подсистема базовых станций. Тандем из ME и SIM непосредственно контактирует с BTS (Base Transceiver Station — базовая станция), контролируемые BSC (Base Station Controller) — контроллер базовых станций и объединяемые по территориальному признаку в группы LA (Location Area) — области расположения. Каждая группа имеет свой код LAI (Location Area Identity).

Вообще, вопросы определения местонахождения абонента принципиальны в любых сетях связи, так как на основе положения пользовательского терминала решается основная задача — на какую конкретно LA необходимо подать сигнал для абонента. При этом особое место занимает так называемый handover – смена используемого канала в процессе соединения. Абонентский терминал постоянно контролирует уровень сигнала окружающих его базовых станций и выбирает наиболее сильный, причем смена канала должна произойти максимально незаметно для пользователя.

Впрочем, куда более важную роль в сети играют компоненты NSS. К ним, прежде всего, относится MSC – коммутатор, который занимается маршрутизацией вызовов, формированием данных для биллинговой системы – одним словом, управляет сетью. Есть еще два важных компонента. Первый — HLR (Home Location Register — реестр собственных абонентов) – база данных по всем абонентам, где хранится любая касающаяся их информация, от адреса, указанного при заключении договора, до перечня доступных услуг.

А второй — VLR (Visitor Location Register — реестр перемещений) — база, которая содержит данные об абонентах, находящихся в данный момент на территории, подконтрольных каждому VLR. Кроме них в NSS входят AuC (Authentication Center) — центр авторизации и EIR (Equipment Identity Register) — реестр идентификации оборудования, отвечающие за установление подлинности абонента и за допуск к сети разрешенного оборудования соответственно. Схема построения сети достаточно проста и очевидна. Целью такого построения ставится обеспечение максимальной гибкости во взаимодействии и стабильности в работе. С чем, в общем-то, сеть успешно справляется.

Технические характеристики GSM
Нет смысла перечислять все возможные сервисы GSM – с этой информацией нас уже давно ознакомили сотовые операторы в своих рекламных роликах. Изначально все виды услуг сети делились на три части: услуги по переносу информации (bearer services), услуги предоставления связи (teleservices) и дополнительные услуги (supplementary services). Причем важно подчеркнуть, что своей популярностью GSM обязан именно цифровой сущности системы — введение новых услуг в большинстве случаев не требует никаких коренных переделок сети и принципов ее работы – только чисто технического совершенствования операторского и абонентского оборудования.

Рабочими частотами GSM являются: 890—915 МГц (от телефона к базовой станции) и 935-960 МГц (от базовой стации к телефону) – для Phase 1, 1710-1880 МГц – для Phase 2. Кроме того, в США, Австралии и еще нескольких странах принят стандарт PCS-1900 MHz, который отличается от стандартного GSM только частотами. Впрочем, сейчас большинство производителей телефонов выпускают трехдиапазонные “трубки”.

Изначально GSM отличался от аналоговых стандартов еще и пониженной мощностью – 100-250 мВт (например, в стандарте DAMPS мощность передатчика телефона — 600 мВт). Вообще, для GSM-900 существует пять классов мощности: первый — 20 Вт, второй – 8 Вт, третий — 5 Вт, четвертый — 2 Вт и пятый – 0,8 Вт, но в мобильных аппаратах больше 2 Вт не бывает.

Максимальный радиус действия базовой станции определяется возможностями технологии TDMA (Time Division Multiple Access – когда на одной частоте, но в разное время передается информация нескольких абонентов). Каждому мобильному терминалу выделяется тайм-слот в 0,577 миллисекунд, и за это время он должен успеть ответить (а скорость распространения радиоволн ограничена). В итоге максимальное удаление от базовой станции получается порядка 35 км для GSM-900 и 10 км для GSM-1800/1900.

Впрочем, такие расстояния достижимы далеко не всегда, и в GSM используются следующие типы сот: пикосота — до 100 м, микросота — 50-300 м, макросота — 1-20 км, гиперсота – более 20 км. Собственно, GSM-1800 создавался как раз для увеличения емкости сети в городе – чтобы была возможность поставить большое количество не слишком удаленных друг от друга станций.

Где функционируют сети GSM-900/1800/1900:
— Австралия;
— Австрия;
— Азербайджан;
— Албания;
— Алжир;
— Ангола;
— Андорра;
— Антигуа и Барбуда;
— Аргентина;
— Армения;
— Аруба;
— Афганистан;
— Бангладеш;
— Барбадос;
— Бахрейн;
— Белиз;
— Белоруссия;
— Бельгия;
— Бенин;
— Бермудские острова;
— Болгария;
— Боливия;
— Босния и Герцеговина;
— Ботсвана;
— Бразилия;
— Бруней;
— Буркина-Фасо;
— Бурунди;
— Бутан;
— Ватикан;
— Великобритания;
— Венгрия;
— Венесуэла;
— Виргинские острова;
— Вьетнам;
— Габон;
— Гамбия;
— Гана;
— Гваделупа;
— Гвинея;
— Гвинея-Бисау;
— Германия;
— Гернси, остров;
— Гибралтар;
— Гонконг;
— Гренада;
— Гренландия;
— Греция;
— Грузия;
— Гвиана;
— Дания;
— Джерси, остров;
— Джибути;
— Доминика;
— Доминиканская республика;
— Египет;
— Замбия;
— Зимбабве;
— Израиль;
— Индия;
— Индонезия;
— Иордания;
— Ирак;
— Иран;
— Ирландия;
— Исландия;
— Испания;
— Италия;
— Йемен;
— Кабо-Верде;
— Казахстан;
— Каймановы острова;
— Камбоджа;
— Камерун;
— Канада;
— Катар;
— Кения;
— Кипр;
— Киргизия;
— Китай;
— КНДР;
— Колумбия;
— Конго;
— Косово;
— Кот-д’Ивуар;
— Куба;
— Кувейт;
— Лансароте, остров;
— Лаос;
— Латвия;
— Либерия;
— Ливан;
— Ливия;
— Литва;
— Лихтенштейн;
— Люксембург;
— Маврикий;
— Мавритания;
— Мадагаскар;
— Мадейра, остров;
— Майотта, остров;
— Макао;
— Македония;
— Малави;
— Малайзия;
— Мали;
— Мальдивы;
— Мальорка, остров;
— Мальта;
— Мари-Галант;
— Марокко;
— Мартиника;
— Мексика;
— Менорка, остров;
— Мозамбик;
— Молдавия;
— Монако;
— Монголия;
— Монтсеррат;
— Мьянма;
— Мэн, остров;
— Намибия;
— Непал;
— Нигер;
— Нигерия;
— Нидерландские Антильские острова;
— Нидерланды;
— Новая Зеландия;
— Норвегия;
— ОАЭ;
— Оман;
— Пакистан;
— Палестина;
— Пальма, остров;
— Панама;
— Парагвай;
— Перу;
— Польша;
— Португалия;
— Пуэрто-Рико;
— Реюньон, остров;
— Россия;
— Руанда;
— Румыния;
— Сальвадор;
— Сан-Марино;
— Саудовская Аравия;
— Свазиленд;
— Сейшельские острова;
— Сен-Бартельми;
— Сенегал;
— Сен-Мартен;
— Сент-Винсент и Гренадины;
— Сент-Китс и Невис;
— Сент-Люсия;
— Сербия и Черногория;
— Сингапур;
— Сирия;
— Словакия;
— Словения;
— Сомали;
— Судан;
— США;
— Сьерра-Леоне;
— Таджикистан;
— Таиланд;
— Тайвань;
— Танзания;
— Тенерифе, остров;
— Теркс и Кайкос;
— Того;
— Тринидад и Тобаго;
— Тунис;
— Туркмения;
— Турция;
— Уганда;
— Узбекистан;
— Украина;
— Уругвай;
— Фарерские острова;
— Фиджи;
— Филиппины;
— Финляндия;
— Франция;
— Французская Западная Индия;
— Французская Полинезия;
— Фуэртевентура, остров;
— Хорватия;
— Центральноафриканская Республика;
— Чад;
— Чехия;
— Чили;
— Швейцария;
— Швеция;
— Шпицберген, остров;
— Шри-Ланка;
— Эквадор;
— Экваториальная Гвинея;
— Эритрея;
— Эстония;
— Эфиопия;
— ЮАР;
— Ямайка.