El principio de funcionamiento de las redes GSM.

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Este artículo es el primero de una serie de artículos sobre comunicaciones celulares. En esta serie, me gustaría describir en detalle los principios de funcionamiento de las redes celulares de segunda, tercera y cuarta generación. El estándar GSM pertenece a la segunda generación (2G).

La comunicación celular de primera generación era analógica y ahora no se utiliza, por lo que no la consideraremos. La segunda generación es digital y esta característica ha permitido sustituir por completo las redes 1G. Una señal digital es más resistente al ruido que una señal analógica, lo que supone una gran ventaja en las comunicaciones por radio móviles. Además, además de la voz, la señal digital permite la transmisión de datos (SMS, GPRS). Vale la pena señalar que esta tendencia de pasar de señales analógicas a digitales es característica no sólo de las comunicaciones móviles.

GSM (Global System Mobile) es un estándar global para comunicaciones móviles digitales, con división de canales por tiempo TDMA y frecuencia FDMA. Desarrollado bajo los auspicios del Instituto Europeo de Normalización de las Telecomunicaciones (ETSI) a finales de los años 1980.

• GSM proporciona soporte para servicios:
• Transferencia de datos GPRS
• Transmisión de voz
• Envío de mensajes cortos SMS

enviando un fax

• Además, existen servicios adicionales:
• Número de identificación
• Desvío de llamadas
• Llamada en espera y en espera
• Conferencia

Correo de voz

Arquitectura de red GSM

Echemos un vistazo más de cerca a los elementos a partir de los cuales se construye la red GSM y cómo interactúan entre sí.

La red GSM se divide en dos sistemas: SS (Switching System) - subsistema de conmutación, BSS (Base Station System) - sistema de estación base. SS realiza las funciones de atender llamadas y establecer conexiones, y también es responsable de la implementación de todos los servicios asignados al suscriptor. El BSS es responsable de las funciones relacionadas con la interfaz aérea.

• SS incluye:
• MSC (Centro de Conmutación Móvil) - Nodo de conmutación de red GSM
• GMSC (Gate MSC): un conmutador que procesa llamadas desde redes externas
• HLR (Registro de ubicación de viviendas): base de datos de suscriptores de viviendas
• VLR (Registro de ubicación de visitantes): base de datos de suscriptores invitados

AUC (Authentication Cetner) - centro de autenticación (autenticación de suscriptores)

• BSS incluye:
• BSC (Controlador de estación base) - controlador de estación base
• BTS (Base Transeiver Station) - estación transceptora

MS (estación móvil) - estación móvil

MSC realiza funciones de conmutación para comunicaciones móviles. Este centro controla todas las llamadas entrantes y salientes provenientes de otras redes telefónicas y de datos. Estas redes incluyen PSTN, ISDN, redes públicas de datos, redes corporativas, así como redes móviles de otros operadores. Las funciones de autenticación de abonado también se realizan en el MSC. El MSC proporciona funciones de enrutamiento y control de llamadas. El MSC es responsable de cambiar las funciones. MSC genera los datos necesarios para la tarificación de los servicios de comunicación proporcionados por la red, acumula datos sobre las conversaciones completadas y los transmite al centro de facturación. MSC también recopila datos estadísticos necesarios para monitorear y optimizar la red. El MSC no sólo participa en el control de llamadas, sino que también gestiona el registro de ubicación y los procedimientos de transferencia de control.

En el sistema GSM, cada operador tiene una base de datos que contiene información sobre todos los suscriptores pertenecientes a su PLMN. En la red de un operador hay lógicamente un HLR, pero físicamente hay muchos, porque Este
base de datos distribuida. La información sobre el suscriptor se ingresa en el HLR en el momento en que el suscriptor se registra (el suscriptor celebra un contrato de servicio) y se almacena hasta que el suscriptor rescinde el contrato y se elimina del registro HLR.
La información almacenada en HLR incluye:

• Identificadores de suscriptores (números).
• Servicios adicionales asignados al suscriptor
• Información sobre la ubicación del suscriptor, precisa al número MSC/VLR
• Información de autenticación del suscriptor (tripletes)

HLR se puede implementar como una función integrada en MSC/VLR o por separado. Si se agota la capacidad del HLR, se puede agregar un HLR adicional. Y en el caso de organizar varios HLR, la base de datos sigue siendo única: distribuida. El registro de datos del abonado siempre es el único. Los MSC y VLR que pertenecen a otras redes pueden acceder a los datos almacenados en el HLR como parte de proporcionar roaming entre redes a los suscriptores.

La base de datos VLR contiene información sobre todos los suscriptores móviles ubicados actualmente en el área de servicio de MSC. Por tanto, cada MSC de la red tiene su propio VLR. El VLR almacena temporalmente información de servicio para que el MSC asociado pueda atender a todos los suscriptores dentro del área de servicio del MSC. HLR y VLR almacenan información de suscriptores muy similar, pero existen algunas diferencias que se analizarán en los siguientes capítulos. Cuando un suscriptor se traslada al área de servicio de un nuevo MSC, el VLR conectado a ese MSC solicita información del suscriptor al HLR que almacena los datos de ese suscriptor. El HLR envía una copia de la información al VLR y actualiza la información de ubicación del abonado. Una vez actualizada la información, la MS puede realizar conexiones salientes/entrantes.

Para excluir el uso no autorizado de los recursos del sistema de comunicación, se introducen mecanismos de autenticación: autenticación del suscriptor. AUC es un centro de autenticación de suscriptores, consta de varios bloques y genera claves de autenticación y cifrado (se generan contraseñas). Con su ayuda, MSC verifica la autenticidad del suscriptor y, cuando se establece una conexión, se activará el cifrado de la información transmitida en la interfaz de radio.

Composición del subsistema de estaciones base BSS

El BSC controla todas las funciones relacionadas con el funcionamiento de los canales de radio en la red GSM. Es un conmutador que proporciona funciones tales como traspaso de MS, asignación de canales de radio y recopilación de datos de configuración de celda. Cada MSC puede gestionar múltiples BSC.

La BTS controla la interfaz de radio con la MS. La BTS incluye equipos de radio, como transceptores y antenas, necesarios para dar servicio a cada celda de la red. El controlador BSC controla múltiples BTS.

Construcción geográfica de redes GSM.

Cada red telefónica necesita una estructura específica para enrutar las llamadas a la estación requerida y al abonado. En una red móvil, esta estructura es especialmente importante, ya que los suscriptores se mueven por la red, es decir, cambian de ubicación y esta ubicación debe ser monitoreada constantemente.

A pesar de que la célula es la unidad básica del sistema de comunicación GSM, es muy difícil dar una definición clara. Es imposible asociar este término con una antena o una estación base, porque Hay diferentes panales. Sin embargo, una celda es un área geográfica atendida por una o más estaciones base y en la que opera un grupo de canales lógicos de control GSM (los canales en sí se analizarán en los siguientes capítulos). A cada celda se le asigna un número único llamado Identificador global de celda (CGI). En una red que cubra, por ejemplo, un país entero, el número de células puede ser muy grande.

Un área de ubicación (LA) se define como un grupo de células en las que se llamará a la estación móvil. La ubicación del abonado dentro de la red está asociada con la LA en la que se encuentra actualmente el abonado. El identificador de área dado (LAI) se almacena en el VLR. Cuando una MS cruza el límite entre dos células que pertenecen a diferentes LA, transmite información sobre la nueva LA a la red. Esto sólo sucede si MS está en modo inactivo. La nueva información de ubicación no se transmite durante la conexión establecida, este proceso ocurrirá después de que finalice la conexión. Si una MS cruza un límite entre celdas dentro de la misma LA, no informa a la red de su nueva ubicación. Cuando llega una llamada entrante a una MS, el mensaje de búsqueda se propaga por todas las células que pertenecen a la misma LA.

El área de servicio de un MSC consta de varias LA y representa la porción geográfica de la red bajo el control de un MSC. Para enrutar una llamada a una MS, también se necesita información sobre el área de servicio del MSC, por lo que el área de servicio también se monitorea y la información sobre ella se registra en una base de datos (HLR).

Un área de servicio PLMN es un conjunto de células atendidas por un único operador y se define como el área en la que el operador proporciona cobertura de radio y acceso a su red al abonado. Cualquier país puede tener varias PLMN, una para cada operador. La definición de itinerancia se utiliza cuando una MS se desplaza de un área de servicio PLMN a otra. El llamado roaming intrared es un cambio de MSC/VLR.

El área de servicio GSM es toda el área geográfica en la que un abonado puede acceder a la red GSM. El área de servicio GSM se está expandiendo a medida que nuevos operadores firman contratos para colaborar en el servicio al cliente. Actualmente, el área de servicio GSM cubre, en algunos intervalos, muchos países desde Irlanda hasta Australia y desde Sudáfrica hasta América.

Roaming internacional es un término que se aplica cuando una MS pasa de una PLMN nacional a otra PLMN nacional.

Plan de frecuencia GSM

GSM incluye varios rangos de frecuencia, los más comunes: 900, 1800, 1900 MHz. Inicialmente, la banda de 900 MHz estaba reservada para el estándar GSM. Actualmente, esta gama se mantiene en todo el mundo. Algunos países utilizan bandas de frecuencia extendidas para proporcionar una mayor capacidad de red. Las bandas de frecuencia extendidas se denominan E-GSM y R-GSM, mientras que la banda normal se denomina P-GSM (primaria).

• 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

En 1990, para aumentar la competencia entre operadores, el Reino Unido comenzó a desarrollar una nueva versión de GSM, que se adaptó al rango de frecuencia 1800. Inmediatamente después de la aprobación de este rango, varios países solicitaron utilizar este rango de frecuencia. La introducción de esta gama incrementó el crecimiento del número de operadores, lo que generó una mayor competencia y, en consecuencia, una mejora de la calidad.
servicio. El uso de este rango le permite aumentar la capacidad de la red aumentando el ancho de banda y, en consecuencia, aumentando el número de operadores. La banda de frecuencia 1800 utiliza los siguientes rangos de frecuencia: GSM 1710-1805/1785-1880 MHz. Hasta 1997, el estándar 1800 se denominaba Sistema Celular Digital (DCS) 1800 MHz, actualmente denominado GSM 1800.

En 1995 se especificó en EE.UU. el concepto de PCS (Personal Cellular System). La idea principal de este concepto es la capacidad de proporcionar comunicación personal, es decir, comunicación entre dos suscriptores y no entre dos estaciones móviles. PCS no requiere que estos servicios se implementen en tecnología celular, pero actualmente esta tecnología se reconoce como la más efectiva para este concepto. Las frecuencias disponibles para la implementación de PCS se encuentran en la región de 1900 MHz. Dado que GSM 900 no se puede utilizar en Norteamérica debido a que la banda de frecuencia está ocupada por otro estándar, GSM 1900 es una opción para llenar este vacío. La principal diferencia entre el estándar estadounidense GSM 1900 y GSM 900 es que GSM 1900 admite señalización ANSI.

Tradicionalmente, la banda de 800 MHz ha estado ocupada por el estándar TDMA (AMPS y D-AMPS) común en Estados Unidos. Como en el caso del estándar GSM 1800, este estándar permite obtener licencias adicionales, es decir, amplía el alcance del estándar en las redes nacionales, proporcionando a los operadores capacidad adicional.

A noviembre de 2007 En Rusia había alrededor de 168 millones de suscriptores de telefonía móvil. Además, el 85% de ellos son clientes de los tres grandes operadores GSM: Mobile Telesystems (MTS), Megafon y VimpelCom. A pesar de que las tasas de crecimiento anual están disminuyendo constantemente, el nivel de penetración de los servicios celulares en Rusia en su conjunto es del 107%, mientras que en la Zona Licenciada de Moscú (MLZ) esta cifra fue del 164%.

El liderazgo en el crecimiento de la base de suscriptores a nivel nacional lo ostenta Megafon, y en MLZ es inferior en este indicador a MTS. Entre los operadores federales y regionales, las tasas de crecimiento anual de suscriptores más altas las demuestran Tele2, NTK, Baikalwestcom y Yeniseitelecom.

Los operadores regionales GSM que no forman parte de los Tres Grandes están buscando una manera de competir con los gigantes del mercado. La mayoría de los operadores GSM independientes en Rusia han aparecido en los últimos años basándose en operadores del obsoleto estándar AMPS. Todos ellos en 2001-2002. recibieron licencias del Ministerio de Comunicaciones que les daban derecho a trabajar en el estándar GSM-1800.
Ahora estas empresas están lanzando redes GSM una tras otra, pero sus suscriptores, al encontrarse en otras regiones, se ven obligados a pagar entre 1 y 1,5 dólares por minuto de comunicación en itinerancia. Ahora estas empresas tienen la intención de acordar tarifas de roaming uniformes entre sí, lo que permitirá a los suscriptores de la red, cuando se mueven por el país, no sentirse peor que los clientes de MTS, VimpelCom y MegaFon, para quienes tarifas uniformes y relativamente bajas para on- La itinerancia de red es una de las principales ventajas de los tres grandes operadores.

Sociedad Anónima Abierta "Mobile TeleSystems" (MTS) es el mayor operador de telefonía móvil de Rusia y los países de la CEI y presta servicios a más de 74 millones de suscriptores. La cartera de licencias de MTS incluye la mayoría de las regiones de Rusia, Ucrania, Bielorrusia, Uzbekistán y Turkmenistán, y la población que vive en el área de cobertura de la red MTS es de más de 230 millones de personas.
La empresa Mobile TeleSystems se fundó en octubre de 1993. El 19 de noviembre de 1993, MTS recibió la primera licencia para prestar servicios de comunicación celular GSM. El 15 de mayo de 1994 se realizaron las primeras llamadas a la red MTS y ya el 7 de julio de 1994 MTS comenzó a conectar a los primeros suscriptores.
En junio de 2002, MTS inauguró una red en la República de Bielorrusia. En marzo de 2003, MTS adquirió una participación mayoritaria en UMC, el principal operador de telefonía móvil de Ucrania.

OJSC "Megáfono"- Operador de telefonía móvil de toda Rusia del estándar GSM 900/1800. Formada en mayo de 2002. El territorio con licencia de OJSC MegaFon cubre el 100% del territorio de Rusia: las 89 entidades constitutivas de la Federación de Rusia, donde viven 145 millones de personas. MegaFon es el primer operador de telefonía móvil de toda Rusia con el estándar GSM 900/1800.

OJSC "VimpelCom" es un operador de telefonía móvil en Rusia que presta sus servicios bajo la marca Beeline. Las licencias para la prestación de servicios de comunicación celular del grupo de empresas VimpelCom cubren el territorio donde vive el 94% de la población rusa, incluidos Moscú, la región de Moscú y San Petersburgo. La red Beeline opera en 76 entidades constitutivas de la Federación de Rusia.
La empresa VimpelCom se fundó el 15 de septiembre de 1992. En junio de 1997 se lanzó con éxito la primera red GSM-1800 en Rusia, "Beeline 1800". El 21 de octubre de 1998, la empresa lanzó con éxito la primera etapa de una red GSM-900/1800 de doble banda en Moscú.
El 24 de marzo de 1999, VimpelCom JSC se convirtió en miembro de la Asociación de Operadores GSM, que une a empresas que operan con los estándares GSM-900 y GSM-1800 en Rusia y varios países de la CEI.

CJSC "Asociación Interregional Srednevolzhskaya de Sistemas de Telecomunicaciones por Radio" (SMARTS) fue fundada en mayo de 1991 en Samara. Los fundadores de la empresa son en un 95% personas físicas. Actualmente, la red SMARTS GSM cubre 16 regiones de Rusia. Hasta la fecha, SMARTS ha celebrado acuerdos de roaming con casi todas las redes rusas en 74 regiones. El servicio de roaming global de la compañía opera en 78 países.

OJSC "Uralsvyazinform" es el mayor operador de comunicaciones móviles y servicios de Internet en la región de los Urales. La empresa opera en el territorio de siete entidades constitutivas de la Federación de Rusia con una superficie total de 1,9 millones de metros cuadrados. km con una población de más de 15 millones de personas

Comunicaciones celulares NSS Nizhny Novgorod- A finales de junio de 1995, la empresa empezó a trabajar con suscriptores. En 1999, la empresa estableció conexiones con el mundo a través del roaming internacional.

OJSC "Sibirtelecom" es el mayor operador de servicios de telecomunicaciones en el Distrito Federal de Siberia. La empresa opera en una superficie de unos 5.000 kilómetros cuadrados y tiene una población de unos 21 millones de personas.

TELE2, conocida como Comviq hasta 1993, se fundó en Suecia en 1981. En Rusia, TELE2 es propietaria de 12 empresas operadoras de telefonía móvil rusas. La primera red de comunicaciones móviles de Rusia, TELE2, se inauguró en Irkutsk el 1 de abril de 2003.

¿Sabías que

(2ª generación) (1G - comunicación celular analógica, 2G - comunicación celular digital, 3G - comunicación celular digital de banda ancha conmutada por redes informáticas multipropósito, incluido Internet).

Dependiendo del número de bandas, los teléfonos se dividen en clases y variaciones de frecuencia según la región de uso.

• Banda única: el teléfono puede funcionar en una banda de frecuencia. Actualmente no se produce, pero es posible seleccionar manualmente un rango de frecuencia específico en algunos modelos de teléfono, por ejemplo Motorola C115, o usando el menú de ingeniería del teléfono.

• Banda dual: para Europa, Asia, África, Australia 900/1800 y 850/1900 para América y Canadá.

• Tribanda: para Europa, Asia, África, Australia 900/1800/1900 y 850/1800/1900 para América y Canadá.

• Quad Band: admite todas las bandas 850/900/1800/1900.

Las redes GSM comerciales comenzaron a funcionar en los países europeos a mediados de año. GSM se desarrolló más tarde que las comunicaciones celulares analógicas y, en muchos aspectos, estaba mejor diseñado. Su contraparte norteamericana, PCS, ha crecido desde sus raíces hasta incluir estándares que incluyen tecnologías digitales TDMA y CDMA, pero para CDMA nunca se ha demostrado la mejora potencial en la calidad del servicio.

GSM Fase 1

1982 (Groupe Spécial Mobile) - 1990 Sistema Global de Comunicaciones Móviles. La primera red comercial en enero es un estándar digital que admite velocidades de transferencia de datos de hasta 9,6 kbit/s. Totalmente obsoleto, se ha interrumpido la producción de equipos para ello.

En 1991 se introdujeron los servicios GSM “FASE 1”.

Subsistema de estación base

Antenas de tres estaciones base en un mástil

El BSS consta de las propias estaciones base (BTS - Base Transceiver Station) y los controladores de estaciones base (BSC - Base Station Controller). El área cubierta por la red GSM está dividida en celdas de forma hexagonal. El diámetro de cada celda hexagonal puede ser diferente, de 400 ma 50 km. El radio teórico máximo de la celda es de 120 km, lo que se debe a la capacidad limitada del sistema de sincronización para compensar el tiempo de retardo de la señal. Cada celda está cubierta por una BTS y las celdas se superponen parcialmente entre sí, manteniendo así la posibilidad de traspaso a la MS cuando se mueve de una celda a otra sin romper la conexión ( La operación de traspasar un teléfono móvil (MS) de una estación base (BTS) a otra cuando el teléfono móvil pasa el alcance de la estación base actual durante una conversación o sesión GPRS se denomina término técnico "traspaso".). Naturalmente, la señal de cada estación en realidad se propaga, cubriendo un área en forma de círculo, pero al cruzar se obtienen hexágonos regulares. Cada base tiene seis vecinas debido a que las tareas de planificación para la ubicación de las estaciones incluyeron minimizar las áreas de superposición de señales de cada estación. Un número de estaciones vecinas superior a 6 no aporta ningún beneficio especial. Teniendo en cuenta los límites de cobertura de la señal de cada estación que ya se encuentra en la zona de superposición, solo obtenemos hexágonos.

La estación base (BTS) proporciona recepción/transmisión de señales entre la MS y el controlador de la estación base. BTS es autónomo y está construido de forma modular. Las antenas de estaciones base direccionales pueden ubicarse en torres, tejados, etc.

El controlador de estación base (BSC) controla las conexiones entre la BTS y el subsistema de conmutación. Sus poderes también incluyen gestionar el orden de las conexiones, las tasas de transferencia de datos, la distribución de canales de radio, recopilar estadísticas, monitorear diversas mediciones de radio, asignar y gestionar el procedimiento de traspaso.

Subsistema de conmutación

NSS consta de los siguientes componentes.

Centro de Conmutación (MSC - Centro de Conmutación Móvil)

El MSC controla un área geográfica específica donde BTS y BSC se encuentran ubicados allí. Establece una conexión hacia y desde un abonado dentro de la red GSM, proporciona una interfaz entre GSM y PSTN, otras redes de radio y redes de datos. También realiza las funciones de enrutamiento de llamadas, gestión de llamadas y traspaso al mover una MS de una celda a otra. Una vez completada la llamada, MSC procesa los datos que contiene y los transfiere al centro de liquidación para generar una factura por los servicios prestados y recopilar datos estadísticos. El MSC también monitorea constantemente la posición de la MS utilizando datos del HLR y VLR, lo cual es necesario para localizar y establecer rápidamente una conexión con la MS en caso de una llamada.

Registro de Ubicación de Domicilio (HLR)

Contiene una base de datos de suscriptores asignados al mismo. Contiene información sobre los servicios prestados a un suscriptor determinado, información sobre el estado de cada suscriptor requerido en caso de una llamada, así como la Identidad de Suscriptor Móvil Internacional (IMSI - Identidad de Suscriptor Móvil Internacional), que se utiliza para autenticar el suscriptor (usando AUC). Cada suscriptor está asignado a un HLR. Todos los MSC y VLR de una determinada red GSM tienen acceso a los datos HLR y, en el caso de itinerancia entre redes, también los MSC de otras redes.

Registro de Ubicación de Visitantes (VLR)

VLR proporciona seguimiento del movimiento de MS de una zona a otra y contiene una base de datos de los suscriptores en movimiento que se encuentran actualmente en esta zona, incluidos los suscriptores de otros sistemas GSM, los llamados roamers. Los datos del suscriptor se eliminan del VLR si el suscriptor se ha mudado a otra zona. Este esquema permite reducir el número de solicitudes al HLR de un suscriptor determinado y, en consecuencia, el tiempo de atención de la llamada.

Registro de identificación de equipos (EIR)

Contiene la base de datos necesaria para establecer la autenticidad de MS mediante IMEI (Identidad internacional de equipo móvil). Genera tres listas: blanca (uso aprobado), gris (algunos problemas con la identificación de MS) y negra (uso prohibido de MS). Los operadores rusos (y la mayoría de los operadores de los países de la CEI) utilizan únicamente listas blancas, lo que no les permite resolver el problema del robo de teléfonos móviles de una vez por todas.

Centro de autenticación (AUC)

Aquí se autentica el suscriptor, o más precisamente, el SIM (Subscriber Identity Module). El acceso a la red está permitido solo después de que la SIM haya pasado el procedimiento de autenticación, durante el cual se envía un número RAND aleatorio desde la AUC a la MS, después de lo cual el número RAND se cifra simultáneamente en la AUC y la MS usando la clave Ki para esto. SIM usando un algoritmo especial. Luego, las “respuestas firmadas” - SRES (Respuesta firmada), que son el resultado de este cifrado, se devuelven desde MS y AUC al MSC. En el MSC, se comparan las respuestas y, si coinciden, la autenticación se considera exitosa.

Subsistema OMC (Centro de Operaciones y Mantenimiento)

Conectado a otros componentes de la red y proporciona control de calidad y gestión de toda la red. Maneja alarmas que requieren intervención del personal. Proporciona comprobaciones del estado de la red y la capacidad de realizar llamadas. Realiza actualizaciones de software en todos los elementos de la red y una serie de otras funciones.

Ver también

• Lista de modelos de rastreadores GPS
• Terminal GSM

Notas

Campo de golf

• GSMA (La Asociación GSM)
• 3GPP - Nivel actual de estandarización GSM, estándares libres (inglés)
• Esquema de numeración de la especificación 3GPP
• (Inglés)
• Folleto de la OMS “Construyendo un diálogo sobre los riesgos de los campos electromagnéticos” (pdf 2,68Mb)
• “Propuestas de la OMS para un proyecto para estudiar la influencia de los campos electromagnéticos; Influencia de los Campos Radioeléctricos de las Telecomunicaciones Móviles en la Salud; Recomendaciones a las autoridades estatales"

Traducido del inglés, GSM se traduce como un sistema global de comunicación móvil perteneciente a redes de segunda generación. Retrocedamos un poco en la historia y veamos cómo surgió y se desarrolló este estándar popular.

Estándares de red GSM

1. Conexión analógica – 1G. Este tipo de comunicación inició su desarrollo en 1982. Durante la llegada de AMPS - Servicio avanzado de telefonía móvil. Este servicio se utilizó para canales de comunicación de voz que operan en una frecuencia de 800 MHz.
2. Comunicación digital – 2G. Con la llegada de los años 90, el progreso dio un paso adelante y apareció la segunda generación de comunicaciones celulares. Desarrollando activamente hacia el dominio de las comunicaciones digitales, se desarrollaron estándares como EDGE - 2.7G y GPRS - 2.5G.
3. Comunicación digital de banda ancha – 3G. Este estándar apareció hace relativamente poco tiempo y, además de los servicios de comunicación celular, proporciona a sus usuarios acceso a Internet. A esto le sigue el estándar HSDPA mejorado: 3,5G.
4. Comunicaciones móviles de alta velocidad – 4G. La nueva generación de comunicaciones celulares se diferencia de los estándares anteriores por su mayor velocidad y calidad de señal. Además de las comunicaciones móviles, también admite el acceso a Internet.

Hoy en día, el estándar GSM es el más popular y extendido no sólo en Rusia sino en todo el mundo. Los teléfonos móviles de este estándar funcionan en 4 bandas de frecuencia: 850 MHz, así como 900, 1800 y 1900 MHz.

Como empezó todo

Inicialmente, la abreviatura GSM tenía un significado diferente: Groupe Special Mobile, el nombre del grupo de especialistas que creó este estándar. Posteriormente, el significado cambió al ya familiar: Sistema Global de Comunicaciones Móviles, traducido como Sistema Global de Comunicaciones Móviles. Este nombre se ha arraigado en todo el mundo.

Todo empezó cuando en 1982, 26 compañías telefónicas de Europa comenzaron a desarrollar un estándar telefónico común. Se decidió que el sistema de comunicación funcionaría en el rango de frecuencia de 900 MHz.

En 1989 del mismo siglo, el Instituto de Normas de Telecomunicaciones emprendió el desarrollo de un nuevo estándar de comunicación. Y en 1991 la red GSM ya estaba funcionando en Europa. Posteriormente, este estándar se extendió por todo el mundo y sigue siendo el principal y buscado estándar de comunicación celular.

¿Qué servicios están disponibles con GSM?

Principales servicios disponibles en la red GSM:

• Intercambio de datos: intercambio sincrónico y asincrónico.
• GPRS: transferencia de datos por paquetes.
• Comunicación por voz.
• Recepción y transmisión de mensajes de texto – SMS.
• Envío de mensajes de fax.

Servicios adicionales disponibles en la red GSM:

Identificación del número de quien llama.

• Anti identificación de número saliente: un servicio que bloquea la capacidad de identificar su número.
• Desviar una llamada entrante a otro número.
• Llamada en espera. Modo de espera.
• Comunicación simultánea con múltiples oponentes para crear conferencias de voz.
• Correo de voz.

Ventajas y desventajas de la red GSM.

Ventajas:

1. Los teléfonos utilizados en la red GSM son compactos, livianos y de bajo consumo energético. Los dispositivos modernos pueden funcionar durante mucho tiempo sin recargar la batería, a diferencia de sus predecesores analógicos. Gracias al control desde las estaciones base del operador, el nivel de la señal disminuye si excede el nivel requerido para el funcionamiento. Todo esto contribuye a la calidad y comodidad de la comunicación.
2. Posibilidad de un gran número de conexiones simultáneas. Este servicio está disponible tanto dentro de la red como entre diferentes operadores que brindan servicios de comunicación celular.
3. Cantidad mínima de interferencias de radio. Las comunicaciones móviles funcionan en sus propios rangos de frecuencia independientes. Gracias a esto, el nivel de interferencia se mantiene al mínimo y nada interfiere con su comunicación.
4. GSM tiene una protección confiable contra la invasión de su privacidad: escuchas telefónicas ilegales de conversaciones personales y otras acciones ilegales. Esto se logra mediante complejos algoritmos de cifrado digital. Este sistema fue desarrollado por Nokia y hoy es el estándar mundial para proteger redes celulares.
5. Disponibilidad de roaming dentro de la red y entre diferentes operadores. Gracias a esto, un suscriptor ubicado en cualquier parte del mundo puede llamar a diferentes países y ciudades, independientemente de qué operador reciba la señal. La transición de la señal de una red a otra se produce automáticamente.

Defectos:

1. La probabilidad de que se produzca distorsión de la voz durante el procesamiento de señales digitales. Este factor depende principalmente de la calidad de la señal transmitida y del propio dispositivo celular.
2. Mala calidad de comunicación lejos de la estación base del operador. Se proporciona una comunicación estable en un radio de 120 km entre el teléfono móvil y la estación base. En las ciudades, este fenómeno prácticamente no se observa, pero en largas rutas suburbanas la señal puede flotar, desapareciendo y apareciendo. Esto ocurre debido a la distancia entre el receptor del teléfono y la estación base.
3. Aumento de los niveles de radiación de los teléfonos móviles. Esta circunstancia puede causar un daño real a la salud física de una persona. Para evitar tales consecuencias, utilice fundas y no lleve su teléfono en los bolsillos interiores de su ropa. Aunque el progreso no se detiene. Los teléfonos modernos son más seguros y no dañan la salud humana, a diferencia de sus primeros homólogos.

En los comentarios a las publicaciones sobre la red WiMAX (, ) y GPRS, se expresó interés en las redes celulares, por lo que decidí implementar mi idea de larga data y describir a la comunidad habra cómo funcionan las redes celulares modernas.

La siguiente imagen muestra la estructura general de las redes celulares. Inicialmente, la red se divide en 2 grandes subredes: la red de acceso por radio (RAN - Radio Access Network) y la red de conmutación o red central (CN - Core Network).

Quiero enfatizar que describiré exactamente las redes celulares existentes para la CEI, porque en Europa, América y Asia las redes están más desarrolladas y su estructura es algo diferente a la nuestra, escribiré sobre esto más adelante si hay interés. .

Primero me gustaría hablarles en términos generales sobre la red, y luego les contaré con más detalle las funciones de cada uno de los elementos de la red.

Red de acceso radioeléctrico

Las redes de acceso radio existentes de nuestros operadores son producto de una larga evolución, por lo que constan de una red de acceso radio GSM (GERAN - GSM EDGE Radio Access Network) y una red de acceso radio UMTS (UTRAN - UMTS Terrestrial Radio Access Network). En la parte superior izquierda de la imagen se ve GERAN, en la parte inferior izquierda, respectivamente, UTRAN. Los mayores cambios durante la transición de GSM a UMTS se producen precisamente en la red de acceso por radio: el operador necesita construir una segunda red y recuperar los territorios existentes.

La red de acceso radio es la red que cubre vastas áreas de ciudades y áreas abiertas, y es precisamente a través de ella que se asegura la enorme cobertura que brindan las redes celulares.

Red troncal

La red central es el núcleo de las redes celulares. El nombre soporte es mi traducción gratuita; en GSM esta parte de la red se llama red de conmutación, en UMTS - Core Network, que esencialmente se puede traducir como el núcleo de la red. A este núcleo se pueden conectar varias redes de acceso por radio, como dispositivos periféricos a una unidad del sistema. La red central evoluciona poco en relación con la evolución de GSM a UMTS, esta fuerte evolución se produce un poco más tarde: los operadores occidentales y asiáticos ya han pasado por ella, pero aquí apenas está comenzando.

La red central en la imagen de arriba está dividida en 2 partes: la parte superior derecha es responsable de las conexiones de voz o conexiones CS (Circuit Switch), la parte inferior derecha es responsable de las conexiones de paquetes o conexiones PS (Packet Switch).

La red troncal se concentra en uno o varios edificios propiedad del operador celular, en grandes salas de computadoras, en otras palabras, una enorme sala de servidores, donde hay una gran cantidad de gabinetes para equipos, a veces se les llama refrigeradores porque se parecen mucho. :)

HLR: Registro de ubicación inicial, Registro de ubicación inicial.
Básicamente, se trata de una gran base de datos que almacena todo sobre el suscriptor de una red determinada. En redes grandes, como las de los tres grandes operadores, existen varios nodos de este tipo, que se encuentran dispersos por regiones. Su cantidad se mide en unidades de piezas. Para comprender las reglas, existe un nodo de este tipo en San Petersburgo, otro en Moscú, otro en los Urales, otro en el Cáucaso, en Siberia, 3 o 4 cosas... En la práctica, esta podría ser una base de datos distribuida , porque la capacidad de un HLR puede no ser suficiente para almacenar datos sobre todos los suscriptores. Luego, el operador compra otro HLR (dispositivo físico) y organiza una base de datos distribuida.

¿Qué información se almacena allí? En su mayor parte, se trata de información sobre los servicios conectados al suscriptor:
- ¿Puede el abonado realizar llamadas salientes?
- ¿Puede el suscriptor enviar/recibir SMS?
- ¿Está permitido el servicio de conferencias telefónicas?
- y todos los demás servicios posibles
Aquí también se almacena información importante, como por ejemplo el identificador del MSC en cuya zona de cobertura se encuentra actualmente el abonado. Más adelante veremos por qué esto puede ser necesario.

MSC/VLR

MSC - Mobile Switching Center, centro de conmutación para suscriptores móviles;
VLR - Registro de ubicación de visitantes, registro de la ubicación de suscriptores invitados.
Lógicamente se trata de 2 nodos separados, pero en la práctica esto se implementa en el mismo dispositivo.
El VLR almacena una copia de los datos que se registran en el HLR con la única diferencia de que no hay información sobre el MSC en cuya área de cobertura se encuentra el suscriptor. Aquí se almacena información sobre en qué BSC se encuentra el suscriptor. Bueno, aquí, por supuesto, los datos se almacenan solo sobre aquellos suscriptores que se encuentran actualmente dentro del área de cobertura del MSC al que está conectado este VLR.

MSC es un interruptor clásico (por supuesto, no el clásico que se puede ver en los museos donde las abuelas se sentaban y reconectaban los cables). Sus funciones principales son para una llamada saliente: determinar dónde cambiar la llamada, para una conexión entrante: determinar a qué BSC enviar la llamada. Para realizar estas funciones, recurre al VLR en busca de la información allí almacenada. Vale la pena señalar aquí que esta es una ventaja de la separación de HLR y VLR: MSC no llamará a HLR cada vez que el suscriptor necesite algo, sino que hará todo por sí solo. MSC también recopila datos para facturación y luego estos datos se envían a los sistemas apropiados.

AUC - AUthentication Center, centro de autenticación de suscriptores. Este nodo es responsable de evitar que un atacante obtenga acceso a la red en su nombre. Este nodo también genera claves de cifrado, que cifran su conexión a la red en el punto más vulnerable: en la interfaz de radio.

GMSC - Puerta de enlace MSC, conmutador de puerta de enlace. Este host se utiliza sólo para llamadas entrantes. Los operadores tienen una determinada capacidad numérica; los conmutadores de pasarela de las redes de comunicación (celulares, fijas) se adaptan a esta capacidad numérica. Cuando marca el número de un amigo, su llamada llega al conmutador (MSC) de su red y este determina dónde enviar la llamada a continuación en función de la correspondencia que tiene entre los números y las puertas de enlace de la red. La llamada se envía al GMSC del operador de telefonía móvil que utiliza su amigo. A continuación, el GMSC realiza una solicitud al HLR y descubre en el área de cobertura en qué MSC se encuentra actualmente el suscriptor llamado. La llamada se redirige allí.

SGSN - Nodo de soporte de servicio GPRS, nodo de soporte de servicio GPRS. Este nodo es responsable de determinar cómo proporcionar servicios en función del APN solicitado (nombre del punto de acceso, punto de acceso, por ejemplo, mms.beeline.ru). En este nodo también se realiza el recuento de tráfico.

GGSN - Nodo de soporte de puerta de enlace GPRS, nodo de soporte de puerta de enlace GPRS. Bueno, esta es una puerta de enlace, responsable de la correcta entrega de paquetes al usuario.

BSC - Controlador de estación base, controlador de estación base. El nodo al que están conectadas las estaciones base, luego controla las estaciones base: asigna qué suscriptor asigna cuántos recursos y determina cómo se llevan a cabo los traspasos. Cuando llega una señal del MSC sobre una conexión entrante para un suscriptor, el controlador lleva a cabo un procedimiento de búsqueda: a través de todas las estaciones base subordinadas a él, envía una llamada a este suscriptor, quien debe responder a través de una de las estaciones base.

TRC - TRansCoder, transcodificador. Dispositivo responsable de transcodificar la voz del formato GSM al formato de telefonía estándar utilizado en redes de comunicación fija y viceversa. Así, resulta que la voz se transmite en el formato de redes fijas en la red GSM en el tramo de GMSC a TRC.

BTS - Estación transceptora base, estación transceptora base. Esto es lo que está directamente cerca del propio usuario. Son las estaciones base las que forman la propia red que cubren los operadores celulares; el territorio en el que los operadores celulares brindan servicios depende de su número. De hecho, es un dispositivo bastante estúpido; proporciona a los usuarios canales de comunicación separados, convierte la señal en una señal de alta frecuencia, que se transmitirá al aire y luego envía esta señal de muy alta frecuencia a las antenas. Pero podemos observar antenas todos los días.

Me gustaría señalar que las antenas no son una estación base :) La estación base es similar a un refrigerador: un gabinete con módulos que se encuentra en un lugar especial. Este es un lugar especial: por ejemplo, pequeños remolques azules colocados debajo de torres rojas y blancas en algún lugar de las afueras.