GSM (Global System for Mobile Communications) – это стандарт цифровой мобильной сотовой связи. Разберем определение.
Цифровой. Существует аналоговый и цифровой стандарт связи. В аналоговом стандарте звуковые колебания превращаются в непрерывный электрический сигнал и таким образом речь передается в том виде, как она звучит. Обычно аналоговые сигналы не шифруются и такой разговор можно легко перехватить и прослушать. В цифровом стандарте звуковые колебания принимают вид цифровых значений, то есть оцифровываются, шифруются и в таком виде передаются. За счет осуществления шифрования их сложнее подслушать.
Мобильной. Вид связи, при которой голосовая, текстовая или графическая информация передается на беспроводное устройство «по воздуху». Такое устройство не соединено проводом с линией связи и работает вне зависимости от его местоположения. Иными словами, такое устройство – мобильное, отсюда происходит название «мобильный телефон».
Сотовой. В основе сотовой связи лежит сотовая сеть. Она представляет собой определенные зоны покрытия GSM сети – соты. Внутри каждой соты находится базовая станция, которая распространяет сигнал в радиусе своей соты. Когда мобильный телефон находится внутри соты, он подключен к мобильной связи и имеет доступ к Интернету. Перемещаясь по городу телефон будет выходить из области одной соты и попадать в область другой. Таким образом осуществляется бесперебойное подключение к Интернету. Если мобильный телефон окажется вне сот, он будет без связи и, соответственно без возможности выхода в интернет.
Проще говоря GSM – это стандарт связи, который обеспечивает подключение мобильного телефона к сети, если он находится в зоне покрытия сотовой связи.
Рассмотрим упрощенную структуру сотовой связи, которая поможет разобраться как это работает.
В первом приближении сотовая связь состоит из сотовых телефонов и базовых станций, которые обычно располагаются на крышах зданий или на вышках. Сотовый телефон сканирует эфир в поисках сигнала базовой станции. Найдя сигнал, телефон отправляет станции свой уникальный идентификационный код таким образом «регистрируясь» в сети базовой станции. Когда телефон «зарегистрирован» в сети – у него есть связь и выход в интернет. В противном случае телефон постоянно сканирует эфир в поисках сигнала базовой станции.
Если немного углубиться и рассмотреть цепочку целиком, то подключение мобильного к интернету выглядит следующим образом: телефон территориально располагается в определенной соте → телефон сканирует эфир, находит сигнал базовой станции и «регистрируется» в сети → телефон передает данные по GSM сети на базовую станцию той зоны, где он находится → базовая станция передает данные на контроллер базовых станций→ контроллер базовых станций передает данные в центр коммутации мобильной связи, который и устанавливает соединение с Интернетом или обслуживает голосовой вызов.
Базовая станция представляет собой совокупность приемо-передатчиков и антенн для обеспечения покрытия сотовой связи в определенной соте. Базовая станция принимает сигнал от мобильного телефона и передает его на контроллер базовых станций.
Базовая станция могла бы быть подключена напрямую к центру коммутации, но из-за большого количества абонентов линии связи были бы перегружены. Чтобы распределить нагрузку используется контроллер базовых станций.
Контроллер базовых станций — это система, которая предотвращает перегруз сети. Один контроллер управляет сотнями базовых станций. В его обязанности входит сбор данных о загруженности базовых станций, перераспределение трафика и прочие вещи, отвечающие за перегруз сети.
Контроллеры базовых станций есть для сетей 2G и 3G, а вот для сетей 4G их нет.
Центр коммутации мобильной связи — это «мозг» всей сотовой системы. Он устанавливает соединение для голосового вызова или для выхода в Интернет. Отвечает за предоставление выбранных абонентом услуг, обслуживает вызов: регулирует качество связи во время разговора, осуществляет шифрование данных, переподключает абонента, при перемещении телефона в другую соту.
Под технологией передачи данных подразумевается две главные особенности: Первое, это каким образом данные будут передаваться по частотному диапазону: непрерывно, благодаря установке постоянного соединения или отправкой данных партиями, пакетами. Второе – сколько бит информации волна принесет за один раз, это влияет на то, с какой скоростью данные будут передаваться.
Технологии передачи данных по GSM связи:
Технологии передачи данных в 2G постоянно изменялись и дорабатывались. Все для того, чтобы пользователь получал данные быстрее и в большем объеме.
Если откинуть технические термины, то передачу данных GSM-связи можно представить так: Данные передаются по беспроводному каналу — «по воздуху». Между мобильным телефоном и базовой станцией словно возникает невидимый мост. На самом деле этот невидимый мост — это невидимая глазу электромагнитная волна, которая колеблется с определенной частотой.
На одних частотах мобильный телефон передает данные на базовую станцию, а на других частотах мобильный информацию принимает.
Передача и прием данных по GSM-сети происходит по определенным каналам – частотам. На одних частотах данные передаются на базовую станцию, на других частотах мобильный их принимает.
Один стандарт связи может использовать несколько частотных диапазонов. Например, в России под 2G-связь выделено два диапазона:
Эти частотные диапазоны открыты государством для сотовой связи. Соответственно каждый частотный диапазон делится на диапазон приема и диапазон передачи. Например, для 900 МГц разделение следующее: прием на 890-915 МГц, передача на 935-960 МГц.
Обычно услуги сотовой связи предоставляют несколько операторов. Но ни один оператор не использует весь частотный диапазон и тем более не делит его с другим оператором. Государство распределило частоты между операторами на конкурсной основе. Поэтому у каждого оператора есть свой «кусочек» частотного диапазона внутри общего диапазона. Частоты разделены между сотовыми операторами и не пересекаются между собой.
Частоты, которые занимают операторы, могут отличаться от города к городу. Ниже приведены данные распределения частотных диапазонов приема и передачи GSM сетей в Санкт-Петербурге на примере диапазона 900 МГц.
Таким образом, есть открытый частотный диапазон сотовой связи, который, в первую очередь, разделяется на частоты для приема данных и частоты передачи данных, а, во вторую очередь, прием и передача поделены по операторам связи.