gsm 1800 gsm 1900 gsm 900 что это

Gsm 850 900 1800 1900 мгц

Название стандарта	Частотные диапазоны	Значок на телефоне	Возможные обозначения диапазонов работы в телефонах и программах	Диапазон значений ARFCN, UARFCN или EARFСN
GSM-900 (2G)	900 МГц (Band 8)	E, G, нет значка	GSM900, EGSM900, Band 8	0.. 124
GSM-1800 (2G)	1800 МГц (Band 3)	E, G, нет значка	GSM1800, DCS, DCS1800, Band 3, Band 4	512.. 885
UMTS-900 (3G)	900 МГц (Band 8)	3G, H, H+	UMTS900, Band 8, Band 1	2937.. 2712
UMTS-2100 (3G)	2100 МГц (Band 1)	3G, H, H+	Band 1, UMTS2100, WCDMA2100	10562.. 10838
LTE-800 (4G, LTE)	800 МГц (Band 20)	4G, LTE	800MHz, Band 20	6150.. 6449
LTE-1800 (4G, LTE)	1800 МГц (Band 3)	4G, LTE	LTE1800, DCS, DCS1800, Band 3, Band 4	1200.. 1949
LTE2600 FDD (4G, LTE)	2600 МГц (Band 7)	4G, LTE	LTE2600, Band 7	2750.. 3449
LTE2600 TDD (4G, LTE) **	2600 МГц (Band 38)	4G, LTE	Band 38	37750.. 38249

Как выбрать усилитель сотовой связи можно почитать ТУТ.

Измерение уровней сигналов и частот GSM, 3G, 4G с помощью IPhone.

Измерение уровней сигналов и частот GSM, 3G, 4G с помощью Android версии 7.0 и выше.

Как определить частоту сотовой связи на телефоне

Комментарии

Здравствуйте, Виталий! В службе техподдержки работают не специалисты по частотному планированию и у них на такие случае заготовлены стандартные (одинаковые) ответы для всех интересующихся. Даже карты покрытия на официальных сайтах формируются с помощью компьютерного моделирования, а не реальных замеров. Потому эти карты покрытия носят лишь рекомендательный характер. По поводу репитера – самый популярный вариант это 2-х диапазонный репитер. А на какие частоты – посмотрите на видео, которое выше, как просто определить частоты.

Радиочастоты сотовых операторов России стандартизированы на федеральном уровне. Большинство из них используется не только в РФ, но и во многих других странах мира. Помимо этого существуют стандарты сотовой связи, работающие только на территориях Китая, Японии, Северной и Южной Америки. Поскольку сегодня каждый пользователь может приобрести смартфон или мобильный телефон за рубежом, остро стоит вопрос совместимости модулей связи этих устройств с предложениями отечественных операторов.

Частоты GSM (2G) в России

Наиболее распространенным и доступным в мире является стандарт GSM, включающий частоты 850/900/1800/1900 МГц. В России распространены стандарты 900 (GSM), а также 1800 (DCS). Эти же частоты используются в странах Азии, Европы, Африки и в Австралии. В Северной Америке применяются частоты 850/1900. Так же в России есть CDMA, работающий в 450 и 850 МГц, но постепенно уходящий в прошлое.

При выборе устройства связи обратите внимание, что GSM-аппараты могут поддерживать:

• Только один диапазон. Самый худший вариант в случае, если телефон не поддерживает настройку диапазона в зависимости от страны пребывания.
• Два диапазона (Dual Band). Поддержка 900/1800 – идеально для РФ. С другой стороны, в 850/1900 телефон тоже будет работать в России, но качество связи и отсутствие «мертвых» зон никто не гарантирует.
• Три диапазона Tri Band. Обычно это варианты, в которых отсутствует частота 850 (отлично для РФ) или 900 (подходит для США).

Частоты UMTS (3G) в России

UMTS (W-CDMA, TD-CDMA и т.п.) работает на частотах 1885-2025 (Uplink) и 2110-2200 (Downlink). Одна частота в сотовой связи, соответственно, используется для приемки сигналов, другая для отправки. В России предпочтителен W-CDMA.

Имеются надстройки HSUPA, HSPDA HSPA+. Последние часто обозначаются 3,5G. Следует отметить, что в Японии и США используются иные диапазоны (например, в США 1710-1755 и 2110-2155 МГц). Причина тому – занятость частот 1900 каналом GSM.

Так же следует отметить, что появляются новые технологии и надстройки. Например, смартфон может работать в 3G в стандартах TD-SCDMA, CDMA2000, FOMA. Из перечисленных только последний использует принятую в РФ технологию W-CDMA, хотя и предназначен для Японии.

Параметры связи изменяются год от года и невозможно описать все варианты. Поэтому мы просто указываем направление поисков:

1. Уточните стандарт и частоты смартфона.
2. Уточните стандарт и частоты своего оператора.
3. Соотнесите полученные данные.

Частоты LTE (4G) в России

Добавления и/или поправки к данному материалу приветствуются.

— Внимание! Перед покупкой товаров или услуг внимательно читайте отзывы! — Производители могут изменять их без уведомления! — Поэтому характеристики верны на момент публикации материала (см. дату статьи).

Новичкам непонятны игры, предпринимаемые разработчиками стандартов. Казалось бы, использует GSM частоты 850, 1900, 900, 1800 МГц, чего боле? Быстрый ответ – читайте нижеследующий раздел Инструкция телефона. Будет показана неправомерность общепринятого толкования. Проблема описана следующими положениями:

Сказанное объясняет истоки непонимания проблемы новичками. Возвращая вопросу ясность, построим упрощённую иерархию стандартов, указывая попутно используемые частоты.

Генеалогия стандартов

Следующая информация призвана разъяснить обывателю структуру существующих, вымерших стандартов. Ниже, в следующих разделах, будут описаны применявшиеся в России технологии. Жирным помечены соответствующие представители древа, украсивший русский лес.

2G: 1992

4G: 2013

5G: 2020

Краткое описание

Генеалогия позволяет проследить вымершие виды. Например, современные авторы часто пользуются аббревиатурой GSM, вводя читателя в заблуждение. Технология целиком ограничена вторым поколением сотовой связи, вымерший вид. Прежние частоты с дополнениями продолжают использоваться потомками. 1 декабря 2016 года австралийский Телстра прекратил использование GSM, став первым в мире оператором, целиком обновившим оборудование. Технологией продолжают довольствоваться 80% населения планеты (согласно сведениям Ассоциации GSM). Примеру австралийских коллег 1 января 2017 года последовал американский AT&T. Последовала остановка сервиса оператором Optus, апрельским деньком 2017 Сингапур признал несоответствие 2G возрастающим потребностям населения.

Итак, термин GSM используется применительно к устаревающему оборудованию, завалившему РФ. Протоколы-потомки могут быть названы наследниками GSM. Частоты следующими поколениями сохранены. Меняются проколы, методы передачи информации. Ниже рассмотрены аспекты распределения частот, сопровождающие модернизацию оборудования. Обязательно приводятся сведения, позволяющие установить родство GSM.

Инструкция телефона

Полезную информацию касательно вопроса предоставит инструкция телефона. Соответствующий раздел перечисляет поддерживаемые частоты. Отдельные аппараты позволят настроить область приёма. Следует выбирать модель телефона, ловящую общепринятые российские каналы:

Технология LTE добавляет область 2600 МГц, внедрён канал 800 МГц.

История возникновения связи РФ: частоты

В 1983 году начата разработка европейского стандарта цифровой связи. Напоминаем, первое поколение 1G использовало аналоговую передачу. Таким образом, инженеры заранее развивали стандарт, упреждая историю развития техники. Цифровая связь рождена Второй мировой войной, точнее, системой шифрованной передачи Зелёный шершень. Военные отлично понимали: грядёт эпоха цифровых технологий. Гражданская промышленность ловила движение ветра.

900 МГц

Европейская организация CEPT создала комитет GSM (Groupe Special Mobile). Европейская комиссия предложила использовать спектр 900 МГц. Разработчики засели в Париже. Пять лет спустя (1987) 13 стран ЕС подали Копенгагену меморандум необходимости создания единой сети сотовой связи. Сообщество решило запросить помощи GSM. В феврале вышла первая техническая спецификация. Политики четырёх стран (май 1987) поддержали проект боннской декларацией. Следующий короткий период (38 недель) наполнен всеобщей суетой, управляемой четырьмя назначенными персонами:

В 1989 комиссия GSM оставляет попечительство CEPT, становясь частью ETSI. 1 июля 1991 года бывший премьер-министр Финляндии, Гарри Холкери, совершил первый звонок абоненту (Каарина Суонио), пользуясь услугами провайдера Радиолиния.

1800 МГц

Параллельно внедрению 2G шли работу, призванные задействовать область 1800 МГц. Первая сеть накрыла Великобританию (1993). Одновременно задвигался австралийский оператор Телеком.

1900 МГц

Частота 1900 МГц введена США (1995). Создана ассоциация GSM, мировое число абонентов достигло цифры 10 млн. человек. Годом позже цифра возросла десятикратно. Использование 1900 МГц помешало внедрению европейской версии UMTS.

800 МГц

Диапазон 800 МГц появился в 2002 году, параллельно внедрению сервиса мультимедийных сообщений.

Внимание, вопрос!

Какие частоты стали российским стандартом? Путаницы добавляет незнание авторами рунета нормативов, принимаемых официальными разработчиками. Прямой ответ рассмотрен выше (см. раздел Инструкция телефона), описываем работу упомянутых организаций (раздел UMTS).

Почему так много частот

Исследуя результаты 2010 года, Ассоциация GSM заявила: стандартом охвачены 80% абонентов планеты. Это значит, что четыре пятых сетей не могут выбрать единую частоту. Вдобавок имеется 20% чужеродных стандартов связи. Откуда берётся корень зла? Страны второй половины ХХ века развивались разрозненно. Частоты 900 МГц СССР заняли военная, гражданская воздушная навигация.

GSM: 900 МГц

Параллельно выработке Европой первых вариантов GSM НПО Астра, НИИ Радио, НИИ Министерства обороны затеяли исследования, окончившиеся натурными испытаниями. Вынесенный вердикт:

25 июля 1992 года решено создать две системы:

Обратите внимание: опять 2 стандарта. Каждый использует собственную сетку частот. Объявленный конкурс распределения GSM-900 выиграли НПО Астра, ОАО МГТС (ныне МТС), российские компании, канадская BCETI.

NMT-450МГц — первое поколение

Итак, Москва использовала, начиная 1992 годом, диапазон 900 МГц (см. выше), потому что другие частоты GSM ещё не были рождены. Вдобавок NMT (Нордические мобильные телефоны)… Изначально страны Скандинавского полуострова разработали два варианта:

Причина выбора российским правительством первого ответа? Вероятно, решили попробовать два диапазона. Обратите внимание, указанные стандарты описывают аналоговую связь (1G). Страны-разработчики начали прикрывать лавочку с декабря 2000 года. Последней (1 сентября 2010) сдалась Исландия (Siminn). Эксперты отмечают важное преимущество диапазона 450 МГц: дальность. Весомый плюс, оценённый удалённой Исландией. Российское правительство хотело покрыть площадь страны, задействовав минимум вышек.

NMT возлюбили рыбаки. Освобождённую сетку занял цифровой CDMA 450. За 2015 год технологии Скандинавии освоили 4G. Российский Уралвестком освободил каморку 1 сентября 2006 года, Сибирьтелеком – 10 января 2008. Дочерний (Теле 2) Скайлинк забивает диапазоном Пермскую, Архангельскую области. Срок окончания лицензии – 2021 год.

D-AMPS: ДМВ (400..890 МГц) — второе поколение

Американские сети 1G, использовавшие спецификацию AMPS, отказывались принимать GSM. Взамен разработаны две альтернативы организовать мобильные сети второго поколения:

Стандарт ныне мёртв, повсеместно заменён потомками GSM/GPRS, CDMA2000.

Зачем россиянину D-AMPS

Российский обыватель часто пользуется подержанной техникой. Оборудование D-AMPS достигло складов Теле 2, Beeline. 17 ноября 2007 последние прикрыли лавочку Центральному региону. Лицензия Новосибирской области истекла 31 декабря 2009. Последняя ласточка улетела 1 октября 2012 (Калининградская область). Киргизия использовала диапазон до 31 марта 2015.

CDMA2000 — 2G+

Некоторые варианты протокола используют:

В период декабрь 2002 – октябрь 2016 спецификации 1хRTT, EV-DO Rev. A (450 МГц) применялись Скайлинк. Ныне инфраструктура модернизирована, внедрён LTE. 13 сентября 2016 года мировые порталы облетела весть: Теле 2 прекращает использование CDMA. Американский MTS начал процесс внедрения LTE годом ранее.

GPRS – второе-третье поколение

Разработка протокола CELLPAC (1991-1993) явилась поворотной точкой развития сотовой связи. Получено 22 патента США. Потомками технологии считают LTE, UMTS. Пакетная передача данных призвана ускорить процесс обмена информацией. Проект призван усовершенствовать сети GSM (частоты перечислены выше). Сервису пользователю обязаны получением технологий:

Наложений двух технологий (СМС, GPRS) многократно ускоряет процесс. Спецификация поддерживает протоколы IP, PPP, X.25. Пакеты продолжают приходить даже во время разговора.

Очередная ступень эволюции GSM задумана компаний AT&T (США). Compact-EDGE занял нишу D-AMPS. Частоты перечислены выше.

UMTS – полноценное 3G

Первое поколение, потребовавшее обновить оборудование базовых станций. Изменилась сетка частот. Предельная скорость передачи линии, использующей преимущества HSPA+, составляет 42 Мбит/с. Реально достижимые скорости значительно перекрывают 9,6 кбит/с GSM. Начиная 2006 годом, страны затеяли обновление. Используя ортогональное частотное мультиплексирование, комитет 3GPP намеревался достичь уровня 4G. Ранние пташки выпущены в 2002 году. Изначально разработчик заложил следующие частоты:

Поскольку США уже использовала 1900 МГц, то выбрала отрезки 1710..1755; 2110..2155 МГц. Многие страны последовали примеру Америки. Частота 2100 МГц слишком часто занята. Отсюда приведённые вначале цифры:

Согласитесь, некорректно приплетать GSM, следуя дурному распространённому примеру. Второе поколение использовало полудуплексный единый канал, UMTS – задействовал сразу два (шириной 5 МГц).

Сетка частот UMTS России

Первая попытка распределить спектры состоялась 3 февраля-3 марта 1992 года. Решение адаптировала женевская конференция (1997). Именно спецификация S5.388 закрепила диапазоны:

Решение потребовало дальнейших уточнений. Комиссия определила 32 ультра-канала, 11 составили неиспользуемый резерв. Большинство прочих получили уточняющие названия, поскольку отдельные частоты совпадали. Россия отвергла европейскую практику, презрев США, приняв 2 канала (band) UMTS-FDD:

Характеристики сотового телефона следует выбирать согласно приведённой информации. Таблица Википедии, раскрывающая частотный план планеты Земля, совершенно бесполезна. Забыли учесть российскую специфику. Европа эксплуатирует близлежащий канал №1 IMT. Вдобавок имеется сетка UMTS-TDD. Оборудование двух вариантов воздушных сетей несовместимо.

LTE – 3G+

Эволюционное продолжение связки GSM-GPRS-UMTS. Может послужить надстройкой сетей CDMA2000. Только многочастотный телефон способен обеспечить технологию LTE. Эксперты прямо указывают место ниже четвёртого поколения. Вразрез заявлениям маркетологов. Изначально организация ITU-R признала технологию соответствующей, позже позицию пересмотрели.

LTE являются зарегистрированной торговой маркой ETSI. Ключевой идеей стало применение сигнальных процессоров и внедрение инновационных способов модуляции несущей. Была признана целесообразной IP-адресация абонентов. Интерфейс потерял обратную совместимость, частотный спектр очередной раз изменился. Первая сетка (2004) запущена японской компанией NTT DoCoMo. Москву выставочный вариант технологии настиг жарким маем 2010 года.

Повторяя опыт UMTS, разработчики внедрили два варианта воздушного протокола:

Частотные планы 2 технологий различны, 90% конструкции ядра совпадает. Самсунг, Квалкомм производят телефоны, способные ловить оба протокола. Занимаемые диапазоны:

Россия

Российские операторы выбрали технологию LTE-FDD, используют частоты:

LTE-A – 4G

Частоты остались прежними (см. LTE). Хронология запусков:

Источник

Как работает радиоинтерфейс в GSM-сетях

Думаю, многие когда-либо задумывались над тем, как работают сотовые сети. Ведь мы пользуемся мобильными телефонами почти каждый день. Количество абонентов увеличивается с каждым днем, так же как и площади сетевого покрытия… На смену старым стандартам приходят новые, растут и «аппетиты» пользователей мобильного интернета. Если Вас интересует, как все это работает, добро пожаловать под кат! Поскольку инфраструктура сотовых сетей довольно велика, а ее описание может занять целую книгу, в данной статье мы остановимся на Um-интерфейсе, с помощью которого наши телефоны взаимодействуют с оборудованием оператора, а также другими абонентами.

Осторожно, злая собака много картинок!

Предисловие

Сегодня, спустя двадцать с лишним лет, мы пользуемся сетями нового поколения, вроде 3G и 4G, однако сети GSM никуда не исчезли — они все-еще используются банкоматами, терминалами, сигнализациями и даже современными телефонами для экономии электроэнергии и сохранения обратной совместимости. К тому же новинки, вроде UMTS (или W-CDMA) и LTE, имеют много общего с GSM. В отличие, например, от TCP/IP, сотовые сети менее доступны для изучения и исследований. Причин много: начиная от довольно высоких цен на оборудование, заканчивая запретом законодательств большинства стран на использования частот GSM-диапазонов без лицензии. На мой взгляд, понимание принципов работы сотовых сетей очень важно для специалистов в области информационной безопасности, да и не только. Именно поэтому я решил написать данную публикацию.

1. Введение в сотовые сети

1.1 Провайдеры услуг сотовой связи

По аналогии с интернет-провайдерами, услуги сотовой связи предоставляют определенные компании, чаще всего называемые «операторами». Каждый из них предлагает свой спектр услуг, а также устанавливает свои тарифные планы. Чаще всего операторы используют собственное оборудование для построения основной инфраструктуры сети; некоторые же используют уже имеющуюся, например, в России оператор Yota работает на базе оборудования оператора Megafon.

С точки зрения рядового абонента мобильных сетей, индивидуальность оператора заключается в качестве предоставляемых услуг связи, определенном диапазоне номеров, собственных брендовых SIM-картах, а также тарифных планах. Со стороны самих операторов, а также других телекоммуникационных областей, идентификация каждого из них осуществляется по коду страны (MCC — Mobile Country Code) и уникальному коду сети внутри страны (MNC — Mobile Network Code). Кроме этого, идентификация абонентов осуществляется не по привычному для нас телефонному номеру, а по международному идентификатору абонента — IMSI (International Mobile Subscriber Identity), который записан в SIM-карте абонента, а также в базе данных оператора. Телефонные номера просто-напросто «привязываются» к определенному IMSI, благодаря чему абонент может сменить оператора, сохранив свой номер телефона.

1.2 Принципы обеспечения сетевого покрытия

Покрытие определенной местности сотовой связью обеспечивается за счет распределения приемопередающих устройств по ее площади. Уверен, многие видели их на рекламных шитах, различных зданиях, и даже на отдельных мачтах. Чаще всего они представляют из себя несколько направленных антенн белого цвета, а также небольшое здание, куда тянутся провода. Так вот, в терминологии GSM такие комплексы называются базовыми станциями (BTS) и могут состоять из нескольких приемопередающих устройств — трансиверов (TRX — Transmitter/Receiver).

Ключевая особенность сотовой связи заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Кстати, отсюда как раз и возникло название «сотовая связь». Каждая базовая станция покрывает один или несколько секторов, а также имеет один или несколько приемопередатчиков в каждом секторе, каждый из которых излучает сигнал на своей частоте. Проще говоря, сота — это одна из ячеек покрытия, имеющая свой уникальный идентификатор, называемый CI (Cell ID). Соты можно классифицировать по масштабу покрываемой территории: макросота (до 35 км, иногда до 70 км), обычная сота (до 5 км), микросота (до 1 км), пикосота (до 300 метров) и фемтосота (чаще встречаются внутри помещений, покрывают десятки метров).

Базовые станции, расположенные поблизости, работают в различных частотных диапазонах, благодаря чему соты различных операторов могут частично или почти полностью накладываться друг на друга. Совокупность базовых станций, работающих совместно, называется зоной местоположения — LAC (Location Area Code). Все базовые станции обязательно передают в эфир свои идентификационные данные, такие как MCC, MNC, Cell ID, а также LAC, благодаря чему, мобильные телефоны подключается только к BTS своего оператора. Кроме этого, мобильные телефоны с определенным интервалом уведомляют сеть о своем текущем местоположении, т.е. LAC. Данная процедура называется Location Update, но об этом позже.

1.3 Инфраструктура сотовых сетей

Базовые станции не могут существовать сами по себе, поэтому, находясь в определенном LAC, они подключаются к контроллеру базовых станций — BSC (Base Station Controller). Контроллеры, в свою очередь, выполняют балансировку нагрузки, а также активно участвуют в процессе обмена трафика между сетью и своими «подчиненными». Взаимодействие BTS и BSC осуществляется посредством интерфейса A-bis. В пределах сети у большинства операторов, чаще всего, несколько контроллеров базовых станций, которые посредством A-интерфейса и Gb-интерфейса к коммутационным узлам сети (MSC — Mobile Switching Center, SGSN — Serving GPRS Support Node).

MSC образует ядро сетевой инфраструктуры (Core Network), в которое входят следующие основные элементы:

1.4 Межоператорное взаимодействие

Сети различных операторов взаимодействуют между собой, благодаря чему, например, Алиса, являясь абонентом оператора A, может позвонить Бобу, который является абонентом оператора B. Называется эта сеть ОКС-7 или SS7, работает либо на базе специальных проводных/беспроводных коммуникационных сетей, либо поверх Интернета (да, да, сеть поверх сети). SS7 предоставляет набор протоколов для взаимодействия различных операторов. Роуминг тоже работает благодаря данной сети.

2. Um-интерфейс (GSM Air Interface)

2.1 Частотные диапазоны

Любое оборудование в сотовых сетях взаимодействует посредством определенных интерфейсов. Как уже говорилось, обмен данными между базовой станцией и абонентом осуществляется через Um-интерфейс, который в первую очередь является радиоинтерфейсом, следовательно обмен данными происходит в процессе приема/передачи радиоволн. Радиоволны являются таким же электромагнитным излучением, как тепло или свет. Ультрафиолетовое, рентгеновское и ионизирующее излучения так же являются видами электромагнитного излучения с определенными диапазонами частот и определенными длинами волн. Помните такую картинку?

Так вот, диапазон радиоволн тоже разделен на дочерние диапазоны частот, например, диапазоны LF (30—300 кГц), MF (300—3000 кГц) и HF (3—30 МГц) чаще всего используются для радиосвязи и радиовещания; телевещание ведется в диапазонах VHF (30—300 МГц), UHF (300—3000 МГц) и SHF (3—30 ГГц); беспроводные сети, типа WiFi, а также спутниковое телевидение работают в том-же SHF. Больше всего нас интересует диапазон UHF, в котором работают сети GSM. Согласно стандарту 3GPP TS 45.005, в эфире им выделено целых 14 дочерних для UHF диапазонов, причем в различных странах используются различные диапазоны. Рассмотрим наиболее распространенные:

Характеристики	GSM-850	P-GSM-900	E-GSM-900	DCS-1800	PCS-1900
Uplink, МГц	824.2 — 849.2	890.0 — 915.0	880.0 — 915.0	1710.2 — 1784.8	1850.2 — 1909.8
Downlink, МГц	869.2 — 893.8	935.0 — 960.0	925.0 — 960.0	1805.2 — 1879.8	1930.2 — 1989.8
ARFCN	128 — 251	1 — 124	975 — 1023, 0 — 124	512 — 885	512 — 810

P-GSM-900, E-GSM-900 и DCS-1800 используются преимущественно в странах Европы и Азии. Диапазоны GSM-850 и PCS-1900 используется в США, Канаде, отдельных странах Латинской Америки и Африки.

Любой выделенный под сотовую сеть диапазон делится на множество отрезков (обычно по 200 КГц), часть из которых называется Downlink — здесь данные в эфир передают только базовые станции (BTS), часть — Uplink, где вещают только телефоны (MS). Пары таких отрезков, где один принадлежит Downlink, а другой Uplink, образуют радиочастотные каналы, называемые ARFCN (Absolute radio-frequency channel number). Другими словами, телефон не может принимать и передавать данные на одной и той же частоте, вместо этого при передаче он переключается на частоты Uplink, а при приеме на Downlink, причем процесс переключения происходит очень быстро.

2.2 Физические каналы, разделение множественного доступа

С диапазонам разобрались. Теперь представьте небольшую закрытую комнату, в которой много людей. Если в определенный момент времени все начнут разговаривать, собеседникам будет трудно понимать друг друга. Некоторые начнут говорить громче, что только ухудшит ситуацию для остальных. Так вот, в физике это явление называется интерференцией. Иными словами интерференцию можно назвать наложением волн. Для сотовых сетей GSM это паразитное явление, поэтому на помощь приходят технологии разделения множественного доступа.

Потребность в разделении множественного доступа возникла давно и применяется как в проводных коммуникациях (I2C, USB, Ethernet), так и в беспроводных. В сотовых сетях чаще всего используются технологии FDMA (Frequency Division Multiple Access), TDMA (Time Division Multiple Access) и CDMA (Code Division Multiple Access). Первые две в совокупности используются в сетях второго поколения — GSM. CDMA является основой современных сотовых сетей, которые превосходят GSM как в плане безопасности, так и максимальной скорости передачи данных. Что же это за магия?

Для радиосистем существует два основных ресурса — частота и время. Разделение множественного доступа по частотам, когда каждому приемнику и передатчику выделяется определенная частота, называется FDMA. Разделение по времени, когда каждой паре приёмник-передатчик выделяется весь спектр или большая его часть на выделенный отрезок времени, называют TDMA. В CDMA нет ограничений на частоту и время. Вместо этого каждый передатчик модулирует сигнал с применением присвоенного в данный момент каждому пользователю отдельного числового кода, а приемник вычисляет нужную часть сигнала, используя аналогичный код. Кроме того, существует еще несколько технологий: PAMA (Pulse-Address Multiple Access), PDMA (Polarization Division Multiple Access), SDMA (Space Division Multiple Access), однако, их описание выходит за рамки данной статьи.

FDMA
Принцип данного метода заключается в том, что доступный частотный спектр разделяется между приемниками и передатчиками на равные или неравные частотные полосы, часть из которых выделяется под Downlink (трафик от BTS к MS), часть под Uplink (трафик от MS к BTS). Об этом мы уже говорили.

TDMA
Вместе с разделением по частоте (FDMA), в GSM применяется метод разделения по времени — TDMA. Согласно TDMA, весь поток данных делится на фреймы, а фреймы в свою очередь делятся на несколько таймслотов, которые распределяются между приемопередающими устройствами. Следовательно, телефон может выполнять обмен информацией с сетью только в определенные, выделенные ему промежутки времени.

Фреймы объединяются в мультифреймы, которые бывают двух видов:

Control Multiframe (содержит 51 фрейм)

Traffic Multiframe (содержит 26 фреймов)

Мультифреймы образуют суперфреймы, а уже суперфреймы образуют гиперфреймы. Подробнее о структуре фреймов и их организации можно узнать тут (источник изображений) и здесь.

В результате, физический канал между приемником и передатчиком определяется частотой, выделенными фреймами и номерами таймслотов в них. Обычно базовые станции используют один или несколько каналов ARFCN, один из которых используется для идентификации присутствия BTS в эфире. Первый таймслот (индекс 0) фреймов этого канала используется в качестве базового служебного канала (base-control channel или beacon-канал). Оставшаяся часть ARFCN распределяется оператором для CCH и TCH каналов на свое усмотрение.

2.3 Логические каналы

На основе физических каналов формируются логические. Um-интерфейс подразумевает обмен как пользовательской информацией, так и служебной. Согласно спецификации GSM, каждому виду информации соответствует специальный вид логических каналов, реализуемых посредством физических:

Каналы служебной информации делятся на:

2.4 Что такое burst?

Данные в эфире передаются в виде последовательностей битов, чаще всего называемых «burst», внутри таймслотов. Термин «burst», наиболее подходящим аналогом которому является слово «всплеск», должен быть знаком многим радиолюбителям, и появился, скорее всего, при составлении графических моделей для анализа радиоэфира, где любая активность похожа на водопады и всплески воды. Подробнее о них можно почитать в этой замечательной статье (источник изображений), мы остановимся на самом главном. Схематичное представление burst может выглядеть так:

Guard Period
Во избежание возникновения интерференции (т.е. наложения двух busrt друг на друга), продолжительность burst всегда меньше продолжительности таймслота на определенное значение (0,577 — 0,546 = 0,031 мс), называемое «Guard Period». Данный период представляет собой своего рода запас времени для компенсации возможных задержек по времени при передаче сигнала.

Tail Bits
Данные маркеры определяют начало и конец burst.

Info
Полезная нагрузка burst, например, данные абонентов, либо служебный трафик. Состоит из двух частей.

Stealing Flags
Эти два бита устанавливаются когда обе части данных burst канала TCH переданы по каналу FACCH. Один переданный бит вместо двух означает, что только одна часть burst передана по FACCH.

Training Sequence
Эта часть burst используется приемником для определения физических характеристик канала между телефоном и базовой станцией.

2.5 Виды burst

Каждому логическому каналу соответствуют определенные виды burst:

Normal Burst
Последовательности этого типа реализуют каналы трафика (TCH) между сетью и абонентами, а также все виды каналов управления (CCH): CCCH, BCCH и DCCH.

Frequency Correction Burst
Название говорит само за себя. Реализует односторонний downlink-канал FCCH, позволяющий мобильным телефонам более точно настраиваться на частоту BTS.

Synchronization Burst
Burst данного типа, так же как и Frequency Correction Burst, реализует downlink-канал, только уже SCH, который предназначен для идентификации присутствия базовых станций в эфире. По аналогии с beacon-пакетами в WiFi-сетях, каждый такой burst передается на полной мощности, а также содержит информацию о BTS, необходимую для синхронизации с ней: частота кадров, идентификационные данные (BSIC), и прочие.

Dummy Burst
Фиктивный burst, передаваемый базовой станцией для заполнения неиспользуемых таймслотов. Дело в том, что если на канале нет никакой активности, мощность сигнала текущего ARFCN будет значительно меньше. В этом случае мобильному телефону может показаться, что он далеко от базовой станции. Чтобы этого избежать, BTS заполняет неиспользуемые таймслоты бессмысленным трафиком.

Access Burst
При установлении соединения с BTS мобильный телефон посылает запрос выделенного канала SDCCH на канале RACH. Базовая станция, получив такой burst, назначает абоненту его тайминги системы FDMA и отвечает на канале AGCH, после чего мобильный телефон может получать и отправлять Normal Bursts. Стоит отметить увеличенную продолжительность Guard time, так как изначально ни телефону, ни базовой станции не известна информация о временных задержках. В случае, если RACH-запрос не попал в таймслот, мобильный телефон спустя псевдослучайный промежуток времени посылает его снова.

2.6 Frequency Hopping

Псевдослучайная перестройка рабочей частоты (FHSS — англ. frequency-hopping spread spectrum) — метод передачи информации по радио, особенность которого заключается в частой смене несущей частоты. Частота меняется в соответствии с псевдослучайной последовательностью чисел, известной как отправителю, так и получателю. Метод повышает помехозащищённость канала связи.

Frequency Hopping (FHSS) является одним из методов расширения спектра. Кроме сетей GSM, разновидность данного метода применяется в Bluetooth. Зачем?

2.7 Основные принципы взаимодействия MS и BTS

Начнем с того, что происходит при включении мобильного телефона. Чаще всего, даже если телефон выключен со вставленной батареей, он продолжает работать. В это время работает небольшая программа, называемая «загрузчиком». Загрузчик ожидает нажатия клавиши включения, запускает процесс зарядки при подключении зарядного устройства, а иногда и будильник. Все зависит от конкретной модели телефона. Как только нажимается клавиша включения, начинается процесс загрузки операционной системы, которая сначала проверяет наличие SIM-карты, а затем запускает сканирование эфира в поисках сети оператора. Даже если SIM-карты нет, телефон все-равно подключается к ближайшей базовой станции, предоставляя возможность экстренного вызова. Если SIM-карта на месте, выполняется запрос Location Update, уведомляющий сеть о текущем LAС абонента. Затем, базовая станция запрашивает IMEI телефона и IMSI SIM-карты, чтобы идентифицировать абонента (Identity Request). Если предоставленный IMEI отличается от того, с которым абонент подключался раньше, оператор может выслать настройки интернета. Кстати, так можно даже найти украденный телефон. Затем выполняется авторизация, после чего телефон может находиться в одном из двух состояний:

Как только телефон находит разрешенный BCCH, посылается RACH-запрос, базовая станция выделяет определенный физический канал, выполняет аутентификацию абонента, а также регистрирует его прибывание в VLR и HLR. После этого телефон находится в режиме IDLE. При входящем звонке или SMS-сообщении, все базовые станции текущего LAC начинают рассылать Paging Requests, чтобы уведомить абонента о каком-либо событии. Если телефон его «услышал», он отвечает, сеть высылает пакет Immediate Assignment, описывающий выделенные абоненту ресурсы (частота, номер таймслота и т.д.). Очень похоже на Ping в Интернете. С этого момента телефон находится в режиме DEDICATED до момента разрыва соединения.

В случае, если абонент сам выступает в роли инициатора соединения, ему необходимо сначала выслать запрос CM Service Request, а затем дождаться Immediate Assignment от сети.

2.8 Handover

Handover (американский вариант — handoff) — в сотовой связи процесс передачи абонента от одной базовой станции к другой во время телефонного разговора или сессии передачи данных. Данный процесс происходит, когда абонент покидает зону действия одной базовой станции и входит в зону действия другой. Также handover может выполняться в случае, если текущая базовая станция перегружена, либо ее физические каналы слишком зашумлены.

Handover бывает двух типов:

2.9 Кодирование речи

Как уже говорилось, речь абонентов передается на канале TCH, который бывает двух видов: Full Rate (FR) и Half Rate (HR). Для кодирования аудиопотока в сетях мобильной связи GSM (и не только) применяются следующие стандарты:

3. Безопасность и конфиденциальность

Пришло время рассмотреть основные алгоритмы обеспечения конфиденциальности и безопасности данных абонентов. На фоне громких скандалов и разоблачений в области информационной безопасности, данная тема довольно актуальна. GSM, как и любая другая сложная система, имеет свои механизмы защиты, а также уязвимости, которые мы рассмотрим в данной главе. Я не стану вдаваться в дебри, описывая низкоуровневые процессы преобразования битов при шифровании и т.д., иначе статья превратится в огромную пузатую книгу. Кому интересно, можно почитать эти материалы:

3.1 Основные векторы атак

Посколько Um-интерфейс является радиоинтерфейсом, весь его трафик «виден» любому желающему, находящемуся в радиусе действия BTS. Причем анализировать данные, передаваемые через радиоэфир, можно даже не выходя из дома, используя специальное оборудование (например, старый мобильный телефон, поддерживаемый проектом OsmocomBB, или небольшой донгл RTL-SDR) и прямые руки самый обычный компьютер.

Выделяют два вида атаки: пассивная и активная. В первом случае атакующий никак не взаимодействует ни с сетью, ни с атакуемым абонентом — исключительно прием и обработка информации. Не трудно догадаться, что обнаружить такую атаку почти не возможно, но и перспектив у нее не так много, как у активной. Активная атака подразумевает взаимодействие атакующего с атакуемым абонентом и/или сотовой сетью.

Можно выделить наиболее опасные виды атак, которым подвержены абоненты сотовых сетей:

3.2 Идентификация абонентов

Как уже упоминалось в начале статьи, идентификация абонентов выполняется по IMSI, который записан в SIM-карте абонента и HLR оператора. Идентификация мобильных телефонов выполняется по серийному номеру — IMEI. Однако, после аутентификации ни IMSI, ни IMEI в открытом виде по эфиру не летают. После процедуры Location Update абоненту присваивается временный идентификатор — TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity), и дальнейшее взаимодействие осуществляется именно с его помощью.

Способы атаки
В идеале, TMSI абонента известен только мобильному телефону и сотовой сети. Однако, существуют и способы обхода данной защиты. Если циклически звонить абоненту или отправлять SMS-сообщения (а лучше Silent SMS), наблюдая за каналом PCH и выполняя корреляцию, можно с определенной точностью выделить TMSI атакуемого абонента.

Кроме того, имея доступ к сети межоператорного взаимодействия SS7, по номеру телефона можно узнать IMSI и LAC его владельца. Проблема в том, что в сети SS7 все операторы «доверяют» друг другу, тем самым снижая уровень конфиденциальности данных своих абонентов.

3.3 Аутентификация

Для защиты от спуфинга, сеть выполняет аутентификацию абонента перед тем, как начать его обслуживание. Кроме IMSI, в SIM-карте хранится случайно сгенерированная последовательность, называемая Ki, которую она возвращает только в хэшированном виде. Также Ki хранится в HLR оператора и никогда не передается в открытом виде. Вцелом, процесс аутентификации основан на принципе четырехстороннего рукопожатия:

Способы атаки
Перебор Ki, имея значения RAND и SRAND, может занять довольно много времени. Кроме того, операторы могут использовать свои алгоритмы хэширования. В сети довольно мало информации о попытках перебора. Однако, не все SIM-карты идеально защищены. Некоторым исследователям удавалось получить прямой доступ к файловой системе SIM-карты, а затем извлечь Ki.

3.4 Шифрование трафика

Согласно спецификации, существует три алгоритма шифрования пользовательского трафика:

Заключение

Мой длинный рассказ подошел к концу. Более подробно и с практической стороны с принципами работы сотовых сетей можно будет познакомиться в цикле статей Знакомство с OsmocomBB, как только я допишу оставшиеся части. Надеюсь, у меня получилось рассказать Вам что-нибудь новое и интересное. Жду Ваших отзывов и замечаний!

Источник