GSM
Global Mobile Systems
GSM on rahvusvaheline standard Euroopas, Austraalias ja suuremas osas Aasias ning Aafrikas. See töötati välja Euroopas 1980. aastate keskel - tunduvalt varem, kui mobiiltelefonid leidsid oma koha Ameerika Ühendriikides.
GSM kasutab tõhusamaks muudetud versiooni TDMA-st. Jätkab kaadri jagamist ajapiludeks ja kanali sageduste jaotust, aga teeb korrektuuri teistes detailides. Kuna ajapilud on lühemad kui TDMA puhul, hoiavad nad endas ka vähem andmeid, kuid andmeedastamiskiirus on alates 300 bitist sekundis. Kui kõnes saab kasutada nii palju ajapilusid kui vajalik, tõuseb kiirus kuni 13 kilobitini sekundis. Kui kõne pole aktiivne - nn vaikus eetris -, kasutatakse ka vähem ajapilusid. Kõne “hüppab” kanalite ja ajaintervallide vahel, et muuta süsteemi kasutamist efektiivsemaks. Suuremat tähelepanu on pööratud ka turvalisusele, kõne kodeerimisele, kasutaja tuvastamisele jne.
GSM-tehnoloogia nõuab telefonilt võimsust 1W. Kasutatakse sagedusi 800 MHz, 1800MHZ ja 1900 MHz. GSM 1800 võrgus on võimalik kasutada ligi kolm korda rohkem raadiokanaleid kui sagedusalas 900 MHz sagedusalas toimivas GSM-võrgus ning see on mõeldud eelkõige suurlinnadele ja tihedalt asustatud piirkondadele. Selleks, et kõneleda mõlemal sagedusel peab omama kahe sagedusala- ehk dual band telefoni. Standardi järgi teevad GSM-telefonid sagedusala valiku automaatselt eelistusega suurema kanalitearvuga GSM 1800 võrku [12].
GSM-võrgu märkimisväärseks plussiks on SIM-kaart (subscriber identification module). SIM-kaart on väike eemaldatav kaart telefonis, mis hoiab endas kõik ühenduseks vajalikud andmed. SIM-kaardi olemasolu on oluline erinevus teiste mobiilsidevõrkudega võrreldes, kus kogu vajaminev info on programmeeritud telefoni endasse. Kuna kõik vajalikud andmed on kaardil saab hõlpsasti kasutada ka igat teist GSM-telefoni sisestades lihtsalt SIM-kaardi.
GSM-võrgu ülesehitus
GSM-võrk koosneb kolmest põhilisest osast:
- mobiiltelefon (Mobile Stations e MS),
- tugijaam (Base Station Subsystem e BSS) – kontrollib raadiosidet mobiiltelefoniga,
- võrgu juhtimise süsteem (Network & Switching Subsystem e NSS) – mobiilsuse kontroll, kõnede ühendamine mobiiltelefonide kasutajate vahel ja mobiili- ning tavavõrgu kasutajate vahel.
Põhimõtteliselt kasutatakse sama struktuuri ka teiste võrkude ülesehituse juures. Kuna kohati esineb siiski erinevusi kirjeldatakse antud juhul struktuuri GSM-võrgu spetsiifiliselt.
Mobiiltelefon koosneb abonendi identifitseerimise moodulist (Subscriber Identify Module e SIM), mis sisaldab kliendi kohta kogu infot, ja mobiilseadmest (Mobile Equipment e ME).
Mobiiltelefon on üheselt kindlaks määratud rahvusvahelise mobiilseadmestiku identifitseermiskoodiga IMEI (International MobileEquipment Identity). IMEI on 15-kohaline unikaalne kood, mis sisaldab endas välju järgmiste andmetega [33]:
XXXXXX XX XXXXXX X
TAC FAC SNR SP
TAC - (Type Approval Code) Tüübi heakskiidu kood (2 esimest numbrit on tüübi heakskiitja maa kood)
FAC - (Final Assembly Code) Telefoni kokkpanija kood
01, 02 = AEG
10 = Nokia
41, 44 = Siemens
51 = Sony, Siemens, Ericsson)
SNR - (Serial Nr.) Seerianumber
SP - (Spare) Vaba - pole kindlaks määratud (alati "0")
SIM-kaardil asub ka rahvusvaheline mobiiliabonendi identifitseerimiskood IMSI (International Mobile Subscriber Identity), mille abil tehakse kindlaks kasutaja, sisaldab salajast võtit autentimiseks ja muud informatsiooni. IMEI ja IMSI on teineteisest sõltumatud. SIM-kaarti on võimalik kaitsta salasõna või PIN-koodiga (Personal Identity Number).
Mobiilseade on kaasaskantav või sõidukisse paigaldatud seade, mis koosneb korpusest, raadiosaatja-vastuvõtjast ning ekraanist ja digitaalsignaalide muundajast.
Tugijaam koosneb tugijaama saatja-vastuvõtjast ehk transiiverist (Base Transciever Station e BTS) ja tugijaama kontrollerist (Base Station Controller e BSC). Transiiver võtab vastu ja saadab andmed mobiiltelefonilt ja mobiiltelefonile, Enamasti loob telefon ühenduse lähima vastuvõtjaga. Tugijaama kontroller on omane ainult GSM-võrgule. On vahelüliks mitme vastuvõtja ja kommutatsioonikeskuse vahel, kontrollib neid ja käsitleb raadiokanaleid, hindab handover’i vajalikkust.
Võrgu juhtimise süsteemi moodustavad:
1. kommutatsioonikeskus (Mobile-services Switching Center e MSC), mis opereerib kõigi lülitusfunktsioonidega ning on ühenduseks mobiiltelefoni ja teiste võrkude vahel. Keskuse ülesanded on järgmised:
- määrata telefoni asukoht,
- ühendada kõned,
- käsitleda turvanõudeid,
- kontrollida handover’it tugijaama kontrollerite vahel,
- käsitleda ressursse,
- suhelda võrgu andmebaasidega,
- koguda infot arveldusteks ja saata see vastavale süsteemile,
- koguda infot võrgusisese liikluse kohta jõudluse järelevalve jaoks.
2. võrgu andmebaasid (Network Databases): koduregister (Home Location Register) ja asukoha register (Location Register) koos kommutatsioonikeskusega pakuvad kõnede ühendamise ja roaming’u võimalusi.
Koduregistris (Home Location Register e HLR) hoitakse kogu infot abonendi kohta, kõnede arvetuse- ja asukoha määramise infot. Külalisteregistris (Visitors Location Register e VLR) – hoitakse ajutiselt andmeid abonendi kohta, kes viibib väljaspool enda operaatori piirkonda.
Autentimiskeskus (Authentication Center e AuC) sisaldab turvalisust nõudvaid andmeid iga kliendi kohta (koopia salajasest võtmest asub SIM-kaardil), seadmeregistris (Equipment Identity Register e EIR) on nimekiri võrgus töötavatest mobiilseadmetest.
Handover
Handover on seotud kasutaja liikumisega kõne ajal ühest kärjest teise. Kuna kõrvuti asetsevad jaamad ei saa kasutada samu kanaleid, tuleb kõne viia ühelt kanalilt üle teisele hetkel, kui telefon ületab kahe kärje vahelise piiri. Kuna kõnede katkemine on lubamatu, loodi protsess nimega handover. Handover on nõutav ka teiste tehnoloogiate juures ja toimib analoogselt kui GSM-võrguski. Erinevused seisnevad handoveri tüüpides ja selles kas protsessi kutsub esile tugijaama kontroller või telefon ise. Teistes tehnoloogiates kutsutakse protsess esile alati tugijaamas.
Telefoniga kärje serva poole liikudes signaalitugevus telefoni ja tugijaamaga vahel nõrgeneb. Samal ajal jaam, mille poole liigutakse ning mis kuulab ja mõõdab signaalitugevusi kõikidel sagedustel, mitte ainult ühel seitsmest võimalikust, näeb, et telefoni signaalitugevus kasvab. Need kaks tugijaama koordineerivad oma tegevust kommutatsioonikeskuse kaudu ja mingil hetkel saab telefon kontrollkanalilt signaali, mis teatab, et on aeg vahetada sagedust. Nii lülitakse telefon ümber ühelt kärjelt teisele.
Handover on sissetulevate kõnede lülitamine erinevatele kanalitele või kärgedele (vt joonis 11 ). GSM-süsteemis on neli handover’i tüüpi, mis sisaldavad kõne üleviimist
- samas kärjes teisele kanalile,
- teise kärge, mida juhib selle sama tugijaama kontroller,
- teise kärge, mida juhib teine tugijaama kontroller, mis aga kuulub sama kommutatsioonikeskuse alla, st telefon jääb enda operaatori levipiirkonda.
- teise kärge võõra kommutatsioonikeskuse all, ehk siis telefon on enda operaatori piirkonnast väljas ja toimub roaming.
Handover’i protsessi võivad käivitada kommutatsioonikeskus ja tugijaama kontoller kärjes liikluse ühtlustamiseks või mobiiltelefon. Telefon skaneerib pidevalt kontrollkanalil levi (Broadcast Control Channel,) kuni 16 ümberkaudsel kärjel, leides neist 6 võimalikku handover’i kandidaati, põhinedes saadud signaali tugevusele. See informatsioon saadetakse lähimasse tugijaama kõne ajal umbes sekundiliste vahedega, ooteseisundis harvemini. Tugijaama kontroller ja kommutatsioonikeskus kasutavad saadud andmeid handover’i algoritmi jaoks.
Roaming
Roaming toimub, kui telefon asub väljaspool oma operaatori levipiirkonda (vt joonis 11). Roaming’uga saab kasutada mobiilsideteenuseid oma mobiilsideoperaatoriga lepingulistes suhetes oleva välisriigis asuva operaatori (roaming-operator) võrgus [3]. Näiteks kui EMT klient soovib kasutada telefoni mõnes välisriigis, peab operaatoril olema sõlmitud leping sealse mobiilteenust pakkuva operaatoriga. Nii avastab välisriigi kohalik kommunitatsioonikeskus pärast mobiiltelefoni sisse lülitamist, et see ei kuulu tema võrku ja püüab leida telefoni koduvõrgu. Pärast sellist tuvastamist vaadatakse, kas roaming on võimalik ehk kas leping kahe operaatori vahel on sõlmitud. Seejärel lülitatakse sisse külastajate asukoha register (Visitor Location Register VLR), et registreerida telefon sellesse piirkonda. Registreerimisest teavitatakse ka kodujaama, et teataks, kuhu lülitada telefonile saabuvad kõned. Roamingut pakkuv kommutatsioonikeskus suunab kõned selle telefonile nii nagu samal põhimõttel kui teistelegi mobiiltelefonidele. Kodukeskus saadab sissetulevad kõned roaming’ut pakkuvale operaatorile pärast seda, kui on sooritatud päring ajutisele kohalikule numbrile (Temporary Local Directory Number e TLDN). Seda numbrit kasutatakse, et ühendada kõne telefonivõrgu kaudu. Lõpuks, kui roaming’ut kasutav telefon välja lülitatakse, saadetakse sellekohane teade ka kodukeskusele. Kogu teavitamise ja ümberlülitamise protsess võtab kokku aega umbes 2 sekundit.
Sagedused
Jagatud Eesti operaatorite vahel
890,200-913,800 MHz Du Rx
GSM 900 I - 39 Tx kanalit GSM 900 II - 39 Tx kanalit GSM 900 III - 39 Tx kanalit
880,000-890,000 MHz Du Rx (+45 MHz) GSM 900 laiendus
935,200-958,800 MHz Du Tx
GSM 900 I - 39 Rx kanalit GSM 900 II - 39 Rx kanalit GSM 900 III - 39 Rx kanalit
925,000-935,000 MHz Du Tx GSM 900 laiendus
Teave on äärmiselt vajalik piirkondadele, kus levitugevus on minimaalne ja tuleb osata valida õiget antenni.
EMT - 900 Mhz
Saade 925,200-928,200 MHz Vastuvõtt 880,200-883,200 MHz
Saade 943,200-950,800 MHz Vastuvõtt 898,200-905,800 MHz
EMT - 1800 Mhz
Saade 1854,0-1854,8 MHz & 1865,0-1879,8 MHz Vastuvõtt 1759,0-1759,8 MHz & 1770,0-1784,8 MHz
Üleslüli 1775,3-1784,9 MHz – kanalid 326-374 Allalüli 1870,3-1879,9 MHz – kanalid 326-37
Elisa - 900 Mhz
Saade 928,600-931,600 MHz Vastuvõtt 883,600-886,600 MHz
Tele2 - 1800 Mhz
Saade 1832,20-1848,00 MHz Vastuvõtt 1737,20-1753,00 MHz