14 лет назад 28 марта 2005 в 18:09 81

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.