Для передачи голоса и данных между абонентами используется цифровая модуляция в диапазонах 900, 1800 или 1900 МГц. Каждый канал шириной 200 кГц разделён на 8 временных интервалов (тайм-слотов) с частотой повторения 217 раз в секунду. Это позволяет одновременно обслуживать несколько устройств на одной частоте.
Базовая станция контролирует до 16 соседних сот, обрабатывая сигналы с мощностью от 0.1 до 2 Вт. При перемещении абонента между зонами покрытия срабатывает алгоритм хэндовера – сеанс автоматически переключается на новую вышку без разрыва сеанса. Среднее время переключения составляет 60 мс.
Аутентификация происходит по алгоритму COMP128 с использованием SIM-карты, где хранится 128-битный ключ Ki. Трафик шифруется по стандарту A5/1 или A5/3 с длиной ключа от 54 до 64 бит. Пакетная передача данных (GPRS) добавляет к схеме режим TDMA с приоритезацией голосовых вызовов.
Как функционирует сеть стандарта GSM
Базовая станция (BTS) передаёт сигнал в радиусе до 35 км, используя частоты 900 или 1800 МГц. Каждая вышка обслуживает до 8 одновременных разговоров на одном канале благодаря временному разделению (TDMA).
Мобильное устройство подключается к ближайшей BTS, которая передаёт данные на контроллер (BSC). Он управляет распределением ресурсов и переключением между вышками при движении абонента.
Центр коммутации (MSC) маршрутизирует вызовы внутри сети и за её пределами. Для идентификации используется SIM-карта с уникальным IMSI, а аутентификация выполняется по алгоритму A3 с 128-битным ключом Ki.
Скорость передачи данных в ранних версиях достигала 9.6 кбит/с (CSD), в GPRS – до 171.2 кбит/с за счёт объединения временных интервалов. EDGE повышает пропускную способность до 474 кбит/с путём применения 8PSK модуляции.
Для экономии энергии аппарат переходит в режим ожидания (DRX), активируя приёмник только в назначенные временные интервалы. Это сокращает потребление на 60-70%.
Передача голоса между абонентами в цифровых сетях
Голосовой сигнал преобразуется в цифровой формат с использованием импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) с частотой дискретизации 8 кГц и разрядностью 13 бит. После сжатия кодеком FR (Full Rate) или EFR (Enhanced Full Rate) данные упаковываются в пакеты длиной 20 мс.
Кодирование и мультиплексирование
Кадр TDMA длится 4.615 мс и делится на 8 временных интервалов. В каждом интервале передается 114 бит полезной нагрузки, включая голосовые данные и служебную информацию. Для защиты от ошибок применяется свёрточное кодирование с кодом 1/2, увеличивающее объём данных до 228 бит на интервал.
Перед передачей сигнал модулируется по схеме GMSK с частотным разносом 200 кГц. Базовая станция излучает его на частотах диапазонов 900 или 1800 МГц с мощностью от 2 Вт до 320 Вт в зависимости от расстояния до абонента.
Маршрутизация вызова
При установке соединения коммутатор MSC определяет местоположение вызываемого абонента через регистр HLR. Если абонент находится в зоне действия другой станции, данные перенаправляются через интерфейс E1 со скоростью 2.048 Мбит/с. Время установки соединения не превышает 3 секунд.
Как обеспечивается защита передачи данных
Аутентификация абонента выполняется с помощью алгоритма A3, который проверяет подлинность SIM-карты. Оператор генерирует 128-битный случайный номер (RAND), передаёт его устройству, а SIM-карта вычисляет отклик (SRES) с использованием ключа Ki. Сервер сверяет результат с ожидаемым значением.
Шифрование трафика реализовано через алгоритм A5/1 или A5/3. Первый использует 64-битный ключ Kc, созданный на основе Ki, второй – более стойкий 128-битный вариант. Данные кодируются перед отправкой по радиоканалу, что исключает перехват голоса и сообщений.
Временные идентификаторы TMSI заменяют IMSI после успешной аутентификации. Они меняются при каждом сеансе или перемещении между зонами покрытия, предотвращая отслеживание местоположения.
Для защиты сигнальных сообщений применяется протокол SS7 с фильтрацией запросов. Фильтры блокируют несанкционированные команды, например, переадресацию вызовов.
