Стандарты WCDMA или GSM — в чем разница между ними?

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.

• 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.

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 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.

Свое название стандарт получил в честь группы анализа, которая и создавала стандарт (Groupe Special Mobile). Его разработка началась в 1982 году. Цель — построить единую для всех европейских стран сотовую систему в диапазоне 900 Мгц. Коммерческие сети GSM начали действовать в середине 1991 года.

По состоянию на момент написания статьи, GSM является самым распространенным стандартом связи в мире. На него приходится более 80% всего мирового рынка мобильной связи.

Услуги, которые предоставляет GSM

Основные услуги:

• Передача речевой информации.

• Передача СМС-сообщений.

• Передача факсимильных сообщений.

• Передача данных.

К дополнительным услугам относятся:

• Голосовая почта.

• Определение входящих номеров.

• Удержание вызова.

• Речевая связь с несколькими абонентами (конференц-связь).

• Запрет на определенные услуги.

И так далее.

Стандарты GSM

Мобильные телефоны выпускают с поддержкой 4 частот: 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц и 1900 МГц.

Телефоны подразделяют на классы в зависимости от количества диапазонов, которые поддерживают устройства. Например, телефон, работающий в одной частоте, называют однодиапазонный, а работающий в трех частотах — трехдиапазонный. В некоторых моделях можно выбирать какую-то определенную частоту.

Преимущества и недостатки GSM

Начнем с недостатков:

• Возможно искажение речи при цифровой обработке и передаче данных.

• Возможность связи на расстоянии не более 120 км от ближайшей станции.

Теперь — преимуществах:

• Меньший размер и вес телефонных аппаратов, которые используют аналоговые стандарты.

• Хорошее качестве связи.

• Большая емкость сети.

• Хорошая защита от прослушивания и нелегального использования.

• Очень широкое распространение практически по всему миру.

• Возможность роуминга.

Как вы знаете, информация, передаваемая в цифровом виде, должна обязательно соответствовать определенному стандарту для того, чтобы процессорное оборудование, составляющее беспроводную сеть, могло ее принимать и передавать, не искажая смысл. Одним из таких стандартов является GSM – наиболее распространенная в мире система представления сигнала для мобильных телефонов. Это сетевой стандарт уровня 2G – второго поколения беспроводной связи. Первое поколение в основном состояло из аналоговых мобильных телефонов, которые достаточно быстро были вытеснены цифровым стандартом GSM.

Что такое GSM?

Цифровой стандарт GSM был разработан в Европе в 80-х годах для того, чтобы унифицировать системы связи всех европейских стран. До этого каждое государство создавало свою отдельную систему, которая не сопрягалась по своим параметрам даже с системами соседей.

В итоге потребитель не мог с одним и тем же телефоном свободно путешествовать, оставаясь на связи, а рынок мобильных телефонов не мог развиваться, так как каждая компания была ограничена территорией своего государства.

Поэтому в 80-х годах были разработаны основные принципы и параметры единой беспроводной сети, которая получила название GSM – Groupe Special Mobile, позже переименованной в Global System for Mobile Communications. В соответствии с нею все мобильные телефоны могут поддерживать четыре рабочих частоты: 850, 900, 1800 и 1900 МГц – по отдельности или вместе. Подавляющее большинство современных телефонов, работающих на территории России, являются двухдиапазонными – работают на частотах 900 и 1800 МГц, принятых на территории Европы, Азии и Африки.

Трех- и четырехдиапазонные аппараты позволяют без смены телефона путешествовать в Австралию и обе Америки. Но все они работают в цифровом стандарте GSM.

Преимущества стандарта GSM

В 90-х годах телефонные сети стандарта GSM конкурировали с рядом других цифровых и аналоговых стандартов, однако в конце концов практически все они были вытеснены с рынка, на котором техника GSM занимает сегодня господствующее положение. Это случилось благодаря тому, что:

— цифровая техника в стандарте GSM позволяет изготавливать телефонные аппараты небольшого и даже миниатюрного размера, легкие и удобные в пользовании, тогда как большинство других стандартов, основанных на использовании аналогового представления информации, не допускали существенного уменьшения размеров телефонов; — благодаря небольшим размерам телефоны стандарта GSM могли предложить широкий набор дополнительных функций, от фонарика и калькулятора до видеокамеры, mp3-проигрывателя, диктофона и т.д.;

— связь в стандарте GSM отличается низким уровнем помех и превосходным качеством звука;

— меньшее по сравнению с другими стандартами количество базовых станций на единицу площади, большее количество одновременных соединений, т.е. более дешевая и доступная связь;

— разговоры и смс сообщения мобильного стандарта GSM защищены от прослушивания благодаря системе кодирования с разделяемыми ключами, затрудняющей дешифрацию;

— компании, работающие в GSM стандарте, смогли быстро предложить потребителям широкую зону покрытия, а также надежный и качественный роуминг при переходе из зоны действия одной сети в другую.

Все это послужило причинами успеха стандарта GSM, который начал действовать в Европе с 1991 года, а затем распространился и по всему миру. Сегодня GSM поддерживают более 110 государств мира на всех континентах планеты. Если вы покупаете телефон, в характеристиках которого написано «поддержка GSM 900/1800», это значит, что он будет работать на территории всей России и всей Европы, Африки и Азии.

WCDMA и GSM — стандарты связи мобильной сети. Сегодня в России самым популярным является GSM, в среде которого работает большинство российских операторов. И очень редко пользователи могут слышать о WCDMA, например, когда случайно заметили тарифы операторов WCDMA или хотели купить телефон, поддерживающий только данный стандарт связи. Пока что GSM не собирается двигаться на российском рынке, но некоторые преимущества сети WCDMA заставляют пользователей задуматься о том, что лучше — WCMDA или GSM. В чем разница между этими стандартами связи и какой из них лучше выбрать? Попробуем разобраться.

Что такое WCDMA и GSM в телефоне?

Нельзя объяснить разницу, не рассказав про саму суть этих стандартов. Поэтому прежде чем разобраться, в чем разница, WCDMA- или GSM-стандарты будут нами рассмотрены более подробно.

Начнем с GSM. Эта аббревиатура расшифровывается как Global System for Mobile Communications. И это первый глобальный стандарт цифровой сотовой связи, который является в некоторой степени образцом.

Он был разработан институтом ETSI (Европа) в 90-х годах, и в его основу были заложены принципы деления каналов TDMA, обеспечения безопасности, шифрования и передачи данных. GMS позволяет передавать:

1. Речь.
2. Текстовые сообщения.
3. Факс.
4. Пакеты данных (GPRS).

Также благодаря этому стандарту впервые появилась возможность определения номера мобильного телефона, с которого принимается звонок, переадресация на другой номер. Нельзя забывать про возможность создания конференцсвязи, в которую можно объединить одновременно несколько сотовых телефонов, и удержания звонка в ждущем режиме. В свое время GSM создала революцию в области сотовой связи.

Что собой представляет WCMDA?

Говоря про WCDMA или GSM и в чем разница между ними, всегда уместно упомянуть, что WCMDA — это в некоторой степени надстройка, которая улучшает стандарт GSM. Вернее, так все задумывалось изначально, однако сегодня WCDMA — это стандарт связи третьего поколения, в основе которого лежат семь международных проектов. А вот GSM так и остался стандартом связи второго поколения (читай 2G).

Базируется WCDMA на технологии DS-CDMA, которая, по сравнению с TDMA, является более устойчивой к помехам и отличается большей пропускной способностью. Телефоны, которые работают в среде WCMDA, могут выполнять те же функции, что и в GSM-стандарте (передача голосовой или цифровой информации), однако качество и скорость будут намного выше. Поэтому операторы, поддерживающие WCMDA, предоставляют услуги доступа в интернет на более высокой скорости.

WCDMA или GSM — в чем разница?

Самое главное и ключевое отличие — в используемых технологиях (TDMA и DS-CDMA), то есть способах разделения каналов. В GSM разделение каналов временное, и из-за этого абоненту выделяется маленькая частотная полоса на определенный отрезок времени.

В WCMDA все по-другому: здесь применяется кодовое разделение потока, благодаря чему информация между устройствами передается по широкочастотной полосе. В результате скорость передачи данных сильно растет. Отсюда и название Wideband Code Division Multiple Access.

Это и есть основное отличие между стандартами GSM, WCDMA LTE. В чем разница для пользователя? У него будет более высокая скорость интернета, а при разговоре гораздо меньшее количество помех. Несмотря на все эти преимущества, наиболее популярным стандартом сотовой связи все равно остается GSM. Но отметим, что с каждым годом абонентов WCDMA становится больше, и многие операторы связи постепенно переходят на этот стандарт с целью обеспечения более высокой скорости передачи данных. Сегодня незаселенные районы и деревни не покрыты сетью WCMDA, поэтому жители таких районов пока что не имеют альтернативы GSM.

Какой выбрать?

Все становится очевидно теперь, когда вы знаете, в чем разница. И WCDMA-, и GSM-модемы будут предоставлять доступ в интернет, но на разной скорости. Живя в большом городе, логичнее отдать предпочтение стандарту связи WCDMA из-за более высокой скорости передачи данных. При этом стоит понимать, что при разъездах телефон не будет ловить сеть во многих регионах страны, т. к. покрытие WCMDA на сегодняшний день скудное.

Делать выбор между этими стандартами нужно в зависимости от потребностей. Если говорить условно, то GSM — связь типа «дешево и сердито». Она будет гарантированно везде, даже в отдаленных регионах. В качестве бонуса можно выделить возможность серфинга в интернете. В том случае, если быстрый интернет необходим всегда под рукой и длительные путешествия не планируются, то смело можно отдать предпочтение стандарту WCMDA. Правда, предварительно стоит уточнить, поддерживает ли его ваш телефон и оператор сотовой связи.

Похожие статьи

Подбирая новый телефон или изучая новинки, пользователь регулярно видит в характеристиках строчку GSM 800/900/1800/1900. У него закономерно могут возникнуть вопросы «GSM: что это такое в телефоне?» и «Что означают эти цифры?». Эта статья постарается ответить на них, а также расскажет о том, как работает эта технология и какие привычные функции поддерживает.

Что значит GSM

GSM (Global System for Mobile Communications) или 2G – международный стандарт цифровой мобильной связи. Разработан сотрудниками Европейского института стандартизации электросвязи в 80-х годах 20 века.

Использует для передачи информации радиоканалы частотой 800/900/1800/1900 МГц. Мобильные телефоны, выпущенные после 2000 года, поддерживают этот стандарт.

Частота канала зависит от региона. В Австралии, Азии, Африке, Европе это 900 и 1800 МГц. В Северной и Южной Америке – 850 и 1900 МГц. Причина отличия в том, что на на момент принятия стандарта в США и Канаде европейские частоты уже использовались.

Скорость передачи информации – до 19,5 кбит/сек. Максимальное расстоянием между телефоном и базовой станцией – 35 километров. При необходимости его можно увеличить с помощью репитеров, усилителей до 120 километров.

Эволюция GSM или что такое 2.5G и 2.75G

GPRS (General Packet Radio Service) или 2.5G – надстройка над стандартом GSM. Информация в ней передается в виде пакетов – сообщений, содержащих информацию об отправителе, получателе и передаваемые данные. Фрагмент фотографии, например.

Пакеты позволяют абонентам обмениваться данными не только между собой, но и отправлять / получать из Интернета. Скорость передачи – 85-100 кбит/сек.

EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution ) или 2,75G – улучшенный вариант GPRS, использующий модуляцию 8PSK. Технология повышает скорость передачи до 270 кбит/сек.

Возможности GSM связи

Стандарт и надстройки поддерживают следующие функции:

• звонки;
• прием / отправка СМС сообщений;
• прием / отправка MMS, содержащих фото, видео или аудио;
• доступ в Интернет: WAP, World Wide Web;
• определение номера звонящего и скрытие собственного;
• конференц-связь;
• переадресация вызова на другой номер;
• голосовая почта;
• удержание вызова.

Как это работает

В передаче сигнала между абонентами  участвуют 2 элемента:

1. GSM модуль в телефоне – передает / принимает радиосигнал от базовой станции оператора;
2. базовая станция – соединяет с другими абонентами, проверяет подлинность SIM карты, защищает радиоэфир от прослушивания.

Работает GSM связь следующим образом:

1. Радиомодуль в телефоне сканирует радиоэфир.
2. Базовая станция отправляет модулю случайное число, сгенерированное алгоритмом.
3. Телефон генерирует ответ и отправляет обратно. Если ответный код верен, то он подключается к мобильной сети. При соответствующих настройках, базовая станция проверяет IMEI устройства и может отказать в доступе, если оно есть в списке запрещенных или отслеживаемых. Этот и 3 предыдущих этапа проходят при включении устройства, перед получением + отправлением СМС, звонками, переподключении к другой базовой станции.
4. Между элементами устанавливается шифрованное соединение.
5. Телефон и базовая станция обмениваются информацией.

По окончании обмена соединение разрывается, а устройство продолжает прослушивать радиоэфир.

Преимущества и недостатки GSM

Одним из плюсов является хорошее качество связи

Согласно Википедии, стандарт обладает следующими достоинствами:

1. В сравнении с стандартом AMPS-800 (1G), телефоны с поддержкой GSM компактнее и расходуют меньше энергии, так как базовая станция отслеживает уровень сигнала от устройства абонента. Если он выше определенного уровня, то станция приказывает снизить его.
2. Защита от случайного перехвата сообщений с помощью шифрования.
3. Роуминг;
4. Улучшенное качество и кодирование голосовой связи;
5. Низкий уровень помех;
6. Хорошее качество связи.

К недостаткам относятся:

• искажение речи из-за оцифровки и сжатия;
• низкий уровень сигала, если между абонентом и антенной связи больше 15 километров.

Подводя итог, можно сказать о GSM связи, то что этот стандарт позволил уменьшить телефоны, увеличить время автономной работы, улучшить качество связи и защищенность передаваемой информации.