Groupe Spécial Mobile

Groupe Spécial Mobile (GSM, с англ. — «Специальная мобильная группа») — изначально название рабочей группы, созданной в 1982 году Европейской конференцией администраций почт и электросвязи (CEPT) для разработки единого стандарта цифровой сотовой связи в Европе. Впоследствии аббревиатура GSM стала обозначать сам стандарт связи, а затем и глобальный стандарт цифровой мобильной связи второго поколения (2G), который получил повсеместное распространение и стал основой для развития последующих поколений мобильной связи.

История

Предпосылки и создание

В начале 1980-х годов в Европе существовало несколько несовместимых между собой аналоговых стандартов сотовой связи, таких как NMT (Скандинавия), TACS (Великобритания) и Radiocom 2000 (Франция). Это создавало проблемы для роуминга и ограничивало развитие рынка мобильной связи. В 1982 году CEPT сформировала рабочую группу Groupe Spécial Mobile (GSM) с целью разработки единого общеевропейского стандарта цифровой сотовой связи.

Первоначально в группу вошли представители 26 национальных администраций связи. В 1987 году, после нескольких лет технических дискуссий, 15 европейских стран подписали Меморандум о взаимопонимании (MoU) по внедрению GSM, что закрепило обязательства по развертыванию сетей. Ключевым решением стало использование цифровой технологии (TDMA — множественный доступ с временным разделением) вместо аналоговой, что обеспечило большую емкость сети, улучшенное качество передачи речи и возможность шифрования.

Переход к стандарту и коммерческий запуск

В 1991 году аббревиатура GSM была переименована в «Global System for Mobile Communications» (Глобальная система мобильной связи), что отразило её международный статус. Первый коммерческий запуск сети GSM состоялся 1 июля 1991 года в Финляндии оператором Radiolinja (ныне часть Elisa). В 1992 году сети GSM начали работу в Великобритании (Vodafone, Cellnet) и Германии (Deutsche Telekom). К концу 1993 года сети GSM действовали уже в 22 странах мира.

В России первая сеть GSM была запущена в 1994 году компанией «Северо-Западный GSM» (ныне «МегаФон») в Санкт-Петербурге. В 1995 году начали работу сети «Мобильные ТелеСистемы» (МТС) и «ВымпелКом» (Билайн) в Москве.

Эволюция и глобальное распространение

Стандарт GSM быстро вытеснил аналоговые системы благодаря своим преимуществам: цифровой кодировке, поддержке SMS, международному роумингу и относительно низкой стоимости оборудования. К началу 2000-х годов GSM стал доминирующим стандартом мобильной связи в мире, обогнав конкурирующие стандарты, такие как CDMA (IS-95) и TDMA (IS-136). В 2008 году число абонентов GSM превысило 3 миллиарда человек.

На основе GSM были разработаны технологии пакетной передачи данных GPRS (General Packet Radio Service) и EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution), которые позволили предоставлять услуги мобильного интернета, хотя и с ограниченной скоростью. Эти технологии часто обозначаются как поколения 2.5G и 2.75G соответственно.

Технические характеристики

Архитектура сети

Сеть GSM состоит из трёх основных подсистем:

• Подсистема базовых станций (BSS) — включает в себя базовые станции (BTS) и контроллеры базовых станций (BSC). BTS обеспечивает радиосвязь с мобильными телефонами, а BSC управляет несколькими BTS и распределяет радиоканалы.
• Сетевая подсистема (NSS) — включает в себя коммутаторы (MSC), домашние регистры (HLR) и гостевые регистры (VLR), центр аутентификации (AuC) и регистр идентификации оборудования (EIR). NSS отвечает за коммутацию вызовов, маршрутизацию, управление мобильностью и аутентификацию абонентов.
• Подсистема эксплуатации и обслуживания (OSS) — обеспечивает управление и мониторинг всей сети.

Радиоинтерфейс

GSM использует комбинацию технологий TDMA и FDMA (множественный доступ с частотным разделением). Диапазоны частот для GSM:

• GSM-900 — 890–915 МГц (восходящая линия) и 935–960 МГц (нисходящая линия).
• GSM-1800 (DCS) — 1710–1785 МГц и 1805–1880 МГц.
• GSM-850 (в США и Канаде) — 824–849 МГц и 869–894 МГц.
• GSM-1900 (PCS) — 1850–1910 МГц и 1930–1990 МГц.

Ширина одного канала составляет 200 кГц. В одном канале с помощью TDMA передаётся 8 временных слотов, что позволяет обслуживать до 8 абонентов одновременно на одной частоте. Скорость передачи данных в канале — 270,833 кбит/с.

Кодирование речи

Для кодирования речи в GSM используется вокодер с линейным предсказанием (LPC). Наиболее распространённые кодеки: Full Rate (FR, 13 кбит/с), Enhanced Full Rate (EFR, 12,2 кбит/с) и Adaptive Multi-Rate (AMR, 4,75–12,2 кбит/с). Кодирование обеспечивает сжатие речи с минимальной потерей качества, что позволяет эффективно использовать радиоканал.

Идентификация и безопасность

Каждый мобильный телефон в сети GSM идентифицируется по уникальному номеру IMEI (International Mobile Equipment Identity). Абонент идентифицируется по SIM-карте (Subscriber Identity Module), которая содержит IMSI (International Mobile Subscriber Identity) и ключ аутентификации (Ki). Аутентификация в сети GSM основана на алгоритме A3, шифрование радиоканала — на алгоритме A5 (существуют версии A5/1, A5/2, A5/3). В 2010-х годах были выявлены уязвимости в алгоритмах A5, что позволило перехватывать вызовы с использованием специализированного оборудования.

Применение и значение

Голосовая связь и SMS

Основное применение GSM — голосовая телефонная связь. Стандарт обеспечивает стабильное качество передачи речи и широкое покрытие. Внедрение службы коротких сообщений (SMS) стало одним из ключевых факторов успеха GSM, так как позволило пользователям обмениваться текстовыми сообщениями. SMS стала основой для многих сервисов, включая двухфакторную аутентификацию, банковские уведомления и рекламные рассылки.

Пакетная передача данных

С появлением GPRS и EDGE сети GSM начали предоставлять услуги мобильного интернета. Хотя скорость передачи данных в GSM (до 384 кбит/с в EDGE) значительно ниже, чем в 3G и 4G, эти технологии позволили миллионам людей в развивающихся странах получить доступ к интернету. Вплоть до середины 2010-х годов EDGE использовался как резервный канал для передачи данных в местах с плохим покрытием 3G/4G.

Международный роуминг

GSM стал первым стандартом, обеспечившим глобальный роуминг. Благодаря единой архитектуре и соглашениям между операторами, абоненты могут использовать свои SIM-карты в сетях других стран. Это стало возможным благодаря стандартизированным протоколам (MAP — Mobile Application Part) и регистрам HLR/VLR.

Критика и недостатки

Уязвимости безопасности

Несмотря на внедрение шифрования, алгоритмы A5/1 и A5/2 были признаны устаревшими и небезопасными. В 2009 году была продемонстрирована возможность взлома шифрования A5/1 за несколько минут с использованием недорогого оборудования. Это позволяло перехватывать звонки и SMS. Впоследствии были разработаны более стойкие алгоритмы (A5/3, A5/4), но их внедрение шло медленно.

Ограниченная скорость передачи данных

Скорость передачи данных в GSM (даже с EDGE) значительно уступает более поздним стандартам 3G (UMTS/HSPA) и 4G (LTE). Это ограничивает использование GSM для современных приложений, таких как потоковое видео высокой чёткости или видеозвонки.

Энергопотребление

Хотя GSM-телефоны потребляют меньше энергии, чем устройства 3G/4G в режиме активной передачи данных, в режиме ожидания они могут быть менее эффективны, чем современные LTE-модули. Кроме того, поддержка нескольких поколений связи (GSM, 3G, 4G) в одном устройстве увеличивает энергопотребление и сложность.

Перспективы и сворачивание

С начала 2020-х годов многие операторы связи в развитых странах начали поэтапное отключение сетей GSM (2G) для высвобождения частотного спектра под сети 4G и 5G. В России операторы «большой тройки» (МТС, «МегаФон», «ВымпелКом») объявили о планах по отключению 2G-сетей к 2025–2030 годам, однако точные сроки зависят от готовности инфраструктуры и наличия альтернатив для абонентов, использующих только голосовую связь. В развивающихся странах, напротив, GSM остаётся основным стандартом для голосовой связи и базового доступа в интернет.

Источники

• CEPT. «Report of the CEPT Working Group on the Introduction of Digital Cellular Systems», 1982.
• Mouly, M., Pautet, M.-B. «The GSM System for Mobile Communications», 1992.
• ETSI. «GSM Technical Specifications (TS 01–12)», 1990–1995.
• ITU. «World Telecommunication/ICT Indicators Database», 2008.
• Федеральное агентство связи (Россия). «План развития сетей связи», 2021.