opis działania systemu telefonii komórkowej GSM

• Wstęp
• Wprowadzenie ogólne
• Wprowadzenie techniczne
• Sposób uzyskiwania i opis trybu monitorującego popularnych telefonów

Wstęp

Wprowadzenie ogólne

Jak daleko ?

Czasami użytkownicy telefonów komórkowych GSM zadają sobie pytanie: "jak daleko mogę moim aparatem GSM telefonować?". Odpowiedź brzmi: "na cały świat". Wielu ludzi myli telefon komórkowy z krótkofalówką (lub walkie-talkie). Sygnały z jednej krótkofalówki (końcowego urządzenia nadawczo-obiorczego) są wypromieniowane z jej anteny i złapane przez antenę drugiej krótkofalówki. Całkowita trasa idzie zatem, o dziwo, po powietrzu. A jako, że wraz ze wzrostem odległości pomiędzy krótkofalówkami sygnały stają się coraz słabsze mają one tylko ograniczy zasięg.

Całkiem inaczej sytuacja wygląda w telefonii komórkowej. A to dlatego, że po powietrzu sygnały idą zwykle tylko najmniejszą część całej drogi. Większość trasy biegnie, panie dziejku, po miedzi czyli zwykłymi, za przeproszeniem drutami.

W zasadzie możnaby rzec, że telefon komórkowy działa nie inaczej niż telefon bezprzewodowy. Telefon bezprzewodowy przesyła sygnały radiowe do stacji bazowej podłączonej do zwykłego, ordynarnego wręcz, gniazdka telefonicznego. A od tego gniazdka sygnały popylają po miedzi (po kablu) do obiorcy. Jeśli ten odbiorca też posiada aparat bezdrutowy, pardon, bezprzewodowy to jego stacja bazowa znowu puszcza pogaduszki nadawcy (tzn. sygnały) po powietrzu do części ruchomej telefonu bezprzewodowego. Jeśli chlop i baba obydwoje korzystają z telefonów bezprzewodowych a jedno jest w Warsiawie a drugie w Posenstadt to wtedy na ten przykład dajmy na to z 15 metrów idzie po powietrzu a 300 kilometrów kabluje po miedzi. Tak samo należy sobie wyobrażać rozmowy przez telefon komórkowy.

Obszar jest podzielony na komórki

Sieć telefoni ruchomej to tak zwana sieć komórkowa. Oznacza to, że cały obszar który pokryty jest tą siecią podzielony jest w tak zwane komórki. W sieci GSMowej (zwanej inaczej GSM900) mają te komórki średnicę od 1 do 35 kilometrów. W sieci GSM1800 (pochodna GSMu; zwana dawniej DCS1800) są one nieco mniejsze. W każdej z tych komórek operatorzy sieci postawili stację bazową. Jeśli użytkownik (abonent GSMu) porusza się po Polsce to wtedy przechodzi on wtedy przez wiele takich komórek.

Telefon komórkowy wypromieniowuje fale radiowe we wszystkich kierunkach. Stacja bazowa wyłapuje te sygnały i przekierunkowuje je dalej do odbiorcy. Jeśli ten odbiorca również dysponuje telefonem komórkowym to rozmowa ta zostanie skierowana do stacji bazowej w zakresie której się on znajduje. Tamtejsza stacja bazowa znowu puszcza rozmowę w powietrze a telefon komórkowy odbiorcy wyłapuje ją anteną (odbiera sygnał).

Odcinek radiowy jest krótki

Dobra, dobra, ale co się wyprawia panie dziejku pomiędzy obydwoma pośredniczącymi stacjami bazowymi ? Ano pewna centralna stacja kontrolna steruje wieloma stacjami bazowymi. Ta stacja kontrolna jest z koleji połączona z centralą, która ustanawia przejście albo do normalnej sieci telefonicznej albo do innej centrali w sieci ruchomej (patrz rysunek poniżej).

W opisanym powyżej ustawieniu większość drogi idzie po kablu miedzianym, w którym rozmowy są przesyłane tak samo jak w normalnej sieci stałej. Tylko wtedy gdy dana stacja bazowa stoi w obszarze, który jest dość na uboczu położony i nie jest ten obszar wyposażony wystarczająco w przewody telefoniczne to wtedy sygnały ze stacji bazowej do centrali również idą po powietrzu. Używa się w tym przypadku innej techniki (łącza radiowe), która z opisaną do tej pory techniką telefoni komórkowej nie ma nic wspólnego - używano jej nawet w przeszłości do transmisji rozmów w normalnej stałej sieci telefonicznej wtedy kiedy jeszcze wróbelki o telefoni komórkowej nic nie ćwierkały.

Widać więc gołym okiem z łatwizną, że w telefoni komórkowej tylko mały odcinek leci po powietrzu (czyli drogą radiową). Większa część drogi popyla w rzeczywistości pomiędzy centralami przez normalną sieć telefoniczną. I w tym punkcie znowu jesteśmy przy pytaniu: "jak daleko można aparatem komórkowym telefonować ?". Ano przecie dlatego, że sygnały tylko małą część drogi pomykają po powietrzu a wiekszość drogi odbywa się przez zwykłą sieć telefoniczną można osiągnąć odbiorców na całym świecie. Dlatego też telefony komórkowe nie muszą mieć zbyt dużej mocy nadawania. Telefony podręczne w GSMie mają standardowo zatem maksymalną moc nadawania 2 waty a w GSM1800 tylko 1 W ! No a poza tym telefony te są tak zbudowane, panie dziejku, że promieniują one sygnały tylko z taką mocą która właśnie jest potrzebna aby nawiązać połączenie wolne od błędów i zniekształceń.

Sieć musi znaleźć dzwoniący telefon

Skąd do jasnej ciasnej wie sieć telefoni komórkowej gdzie w danej chwili znajduje się jej użytkownik ze swoim nomen omen przenośnym aparatem ? Kiedy ktoś do niego dzwoni to jego bieżące miejsce przebywania musi być już znane. Do tego celu krasnoludki dysponują w centralach różnymi bazami danych. Oznacza to, że centrale te nie tylko służą jako międzymordzie (pfuj: interfejs) do innych sieci telefonicznych lecz także przejmują część zarządzania danymi użytkowników.

W tak zwanym pliku ojczyźnianym (HLR = Home Loation Register) operator sieci przechowuje dane każdego klienta. Gdy klient włącza swój telefon komórkowy to nawiązuje ten aparat wpierw połączenie z siecią radiową. Gdy połączenie już zostało nawiązane to następuje przesyłanie przez telefon komórkowy danych zapamiętanych na karcie do stacji bazowej.

Ta z koleji przekazuje te dane dalej do pliku ojczyźnianego gdzie następuje po piersie porównanie danych - sprawdzane są prawa dostępu - a po drugie w HLRze zapamiętane zostaje bieżące miejsce przebywania klienta sieci telefoni komórkowej. No a poza tym krasnoludki zakładają drugą bazę danych: plikiem odwiedzających (VLR = Visitor Location Register) zwaną. W tej bazie (nie mylić z podstawą) zostają zapamiętywane dane wszystkich osób (tzn. ich kart) którzy przejściowo w tym zakresie (łobszarze) centrali się zabawiają czy też go po prostu z sobie znanych powodów odwiedzają. Głównie rozchodzi się przy tych danych o adres pliku ojczyźnianego klienta i jego numer telefoniczny. Jeśli dany klient opuszcza obszar tej centrali to jego dane z pliku odwiedzających są wymazywane przez krasnoludki wirtualną gumką do ścierania a ponownie zapisywane w kolejnej centrali.

Dzięki tym dwom plikom: plikowi ojczyźnianemu i plikowi odwiedzających jest operator sieci, nasz zgrywus kochany, w dowolnej chwili poinformowany o miejscu przebywania danego klienta jeśli tylko ten geniusz karpat nie zapomniał włączyć swojego telefonu komórkowego i zalogował się do tej sieci (symbol antenki pokazuje kilka kresek a na wyświetlaczu jakieś dziwne literki nazwę sieci przypominające się pojawiają).

Żeby to nie wyglądało zbyt prosto to krasnoludki zapisują w pliku ojczyźnianym wiele więcej informacji niż tylko miejsce pobytu i tożsamość klienta. Wszystkie skompiłowane informacje są tam zapamiętywane: takie jak na przykład jak klient się zalogował, jakie przekierunkowania on zaktywował (czyli po naszemu: włączył). Na przykład dane o tym, że wszystkie przychodzące rozmowy są przełączane na jego skrzynkę poczty głosowej (u nas czasami sekretarką automatyczną zwaną) są tam też umieszczone. No i w pliku ojczyźnianym operator trzyma też przecie dane o przeprowadzonych rozmowach co mu wydajnie pomaga w wystawianiu rachunków (mniej lub bardziej szczegółowych) i skutecznym dojeniu klientów z forsy co jest zresztą jego głównym celem życiowym.

Karta telefoniczna zawiera ważne dane

Każdy telefonista ruchomy dumnie nazywający siebie posiadaczem telefonu komórkowego (GSMowego oczywiście!!!) posiada kartę chip-ową (nie mylić z chipsami) zwaną popularnie kartą SIM (Subscriber Identity Module). Sam telefon komórkowy to jest mniej niż zero, je, je. Żeby on w ogóle mógł działać trzeba do niego, za przeproszeniem, wsadzić kartę SIM. Karta ta to jest dopiero małe ale wielkie co nieco. Również na tej karcie zapisane są dane osobiste klienta. Każda karta SIM ma swoje własne unikalne w skali światowej oznaczenie. No a poza tym na tej karcie pracowite krasnoludki zapisały dane, które przy zameldowywaniu się telefonu do sieci są wymieniane ze stacją bazową.

Z drugiej bańki natomiast czterocyfrowy kod, popularnie PINem zwany (Personal Identity Number), który to trza za każdy razem, po włożeniu karty SIM do aparatu wstukać, żeby iskierki poszły i oboje zaczęli ze sobą współpracować, nie ma z siecią nic wspólnego. PIN ów ma jedynie za zadanie ochronić kartę SIM przed jej nadużyciem przez brutali czyli osoby trzecie - na przykład gdy telefon komórkowy zostanie zwędzony (nie mylić z uwędzeniem) a złodzieja najdzie nagle ochota dzwonienia po świecie co kosztuje przecież cieżką mamonę szmalcem popularnie zwaną. PIN ten, dobry nasz koleżka, jest przy zakupie na karcie już zapamiętany, może być jednak przez posiadacza ponownie zmieniony lub nawet całkiem wyłączony. To ostatnie nie zaleca się gdyż wtedy każdy komu w łapy wpadnie nasza kochana komórka (telefon komórkowy) może telefonować do woli i nabić nam niezmiernie licznik rozmów, za które trzeba będzie tak czy siak zabulić operatorowi.

Zmiana komórek

Klient telefonii komórkowej jest ruchliwy. Nie siedzi on tylko całe życie w jednej i tej samej komórce i patrzy w sufit. O nie ! On przemieszcza się z jednej komórki, którą opuszcza bez litości i żalu, do następnej, a potem następnej i tak dalej. Jeśli klient ów raczy się znajdować na skraju danej komórki radiowej to wtedy sieć musi na czas rozpoznać kiedy to lepiej byłoby dla wszystkich zainteresowanych stron nawiązać nowe połączenie do stacji bazowej z sąsiedniej komórki.

Telefon komórkowy wypromieniowuje sygnały we wszystkich kierunkach co oznacza, że nie tylko jedna stacja bazowa te fale łapczywie wyłapuje, lecz ewentualnie dwie lub nawet więcej. Sieć sprawdza skrzętnie jakość każdego z tych połączeń i decyduje arbitralnie która stacja bazowa nawiązuje połączenie rozmowne z owym telefonem komórkowym. Jakość połączenia jest potem ciągle sprawdzana. Jeśli się niechcący okazuje, że jakość połączenia podpada i opada co nieco a połączenie do innej stacji bazowej wykazuje lepszą jakość no to siu - wtedy ta właśnie stacja nawiązuje połączenie rozmowne z telefonem komórkowym. Dopiero gdy te nowe w danej chwili połączenie z tą lepszą niby jakościowo stacją bazową jest nawiązane to stare połączenie zostaje zerwane i rozmowa idzie dalej już przez nową stację bazową. Partnerzy rozmowy komórkowej nic o dziwo nie zauważają - rozmowa jest bez przerwy kontynuowana (w sieciach analogowych słyszalny jest jednak wtedy wyraźny chrzęk-brzęk-niby-to-dźwięk).

W sieci cyfrowej rozmowy są dość odporne na podsłuch

Starsze, analogowe, telefony komórkowe można było (i jest) łatwo podsłuchiwać. Wystarczyły do tego podstawowe zdolności radioamatorskie lub urządzonko na zgniłym zachodzie pod nazwą skaner radiowy znane, którego posiadaczem można się już stać za kwotę mniejszą niż śmieszne 400 złotych. Te zabawy licznej rzeszy radioamatorów i ludzi po prostu z nudy i braku ciekawszego zajęcia zajmujących się podsłuchiwaniem rozmów rodzaju wszelakiego się skończyły wraz z wprowadzeniem cyfrowej telefonii komórkowej. Na jednym i tym samym kanale radiowym jest tutaj prowadzone jednocześnie wiele rozmów - dane zawierające poszczególne rozmowy są wzajmnie przełączane w czasie - a żeby było weselej rozmowy te zmieniają często częstotliwość. Przy pomocy normalnych (tzn. takich co może sobie w sklepie każdy przechodzeń z ulicy kupić jeśli tylko kasa mu gra) skanerów nie da się cyfrowej sieci telefoni komórkowej podsłuchiwać. Rozmowy nie są wprawdzie nadal stuprocentowo odporne na podsłuchiwanie ale jednak podsłuchiwanie przez nieupoważnione osoby trzecie wymaga bardzo dużego nakładu - w ogóle nie porównywalnego do śmiesznej łatwości tej zabawy przy analogowej telefoni komórkowej.

---

Wprowadzenie techniczne

GSM - system prawie światowy

Sieci GSMowe

Komórka GSMowa

TDMA i FDMA

Downlink i uplink

Koder mowy

Sposób uzyskiwania i opis trybu monitorującego popularnych telefonów

|----------------|
|CH038 RX-062  N3|
|CI 4A4C C1+42 B6|
|LAI 62F210 2426 |
|TXPWR37 RXAM-105|
|----------------|

Tryby monitorujące - co to je ?

Sposób uzyskiwania trybu monitorującego w Siemens S1, S3, S3+, S3Com, S4, S4Power, Sony CM DX 1000

• na początku telefon powinien być włączony i zalogowany do sieci a a na wyświetlaczu powinna być widoczna nazwa sieci:

  |----------------|
  |                |
  |  ZGRYWUS GSM   |
  |Options      ...|
  |----------------|
  

• następnie wchodzi się lewym soft-klawiszem do menu
• następnie lewym soft-klawiszem należy przewinąć menu aż dojdzie się do pozycji "SET UP" (czasami zwana: "Phone Options")
• następnie prawym soft-klawiszem (z nazwą "SELECT") należy wejść do tej pozycji menu
• następnie lewym soft-klawiszem należy przewinąć menu aż dojdzie się do pozycji "Phone Status"
• następnie prawym soft-klawiszem (z nazwą "SELECT") należy wejść do tej pozycji menu
• teraz powinien na wyświetlaczu zostać wyświetlony numer IMEI, i wyświetlacz powinien wyglądać na przykład tak :

  |----------------|
  |      IMEI:     |
  |*445229511477100|
  |              OK|
  |----------------|
  

  (do tego wyniku można też dojść szybciej przez naciśnięcie od początku sekwencji: lewy softklawisz, 9, 8)
• następnie należy nacisnąć sekwencję: lewy soft-klawisz, 7684666, klawisz odwieszenia (czerwona słuchawka)
• (jeśli sekwencja 7684666 nie działa to powinna działać jedna z tych sekwencji: 5553756, 6573555, 6664867, 7775978, 8795777)
• teraz powinno nas wrócić do menu na pozycję "Phone Status"
• następnie nalęży cofnąć się w menu klawiszem odwieszenia (czerwona słuchawka)
• następnie lewym soft-klawiszem należy przewinąć menu aż dojdzie się do pozycji "GSM SERVICE" (czasami zwana: "Network options")
• następnie prawym soft-klawiszem (z nazwą "SELECT") należy wejść do tej pozycji menu
• następnie lewym soft-klawiszem należy przewinąć menu aż dojdzie się do pozycji "Monitor"
• następnie prawym soft-klawiszem (z nazwą "SELECT") należy wejść do tej pozycji menu
• teraz powinien na wyświetlaczu zostać wyświetlony tryb monitorujący i wyświetlacz powinien wyglądać na przykład tak :

  |----------------|
  |CH038 RX-063  N3|
  |CI 4A4C C1+38 B6|
  |LAI 62F210 2426 |
  |TXPWR37 RXAM-105|
  |----------------|
  

• wrocić do menu można klawiszem odwieszenia (czerwona słuchawka)
• bedąc w trybie monitorującym można się po nim poruszać następująco:
  • tryb dotyczący bieżącej komórki:
    

    |----------------|
    |CH038 RX-063  N3|
    |CI 4A4C C1+38 B6|
    |LAI 62F210 2426 |
    |TXPWR37 RXAM-105|
    |----------------|
    

  • po naciśnięciu prawego soft-klawisza:
    

    |----------------|
    | CH  RL RM TX NB|
    |1082 90 05 37 37|
    |2102 99 05 37 32|
    |3000 00 00 00 00|
    |----------------|
    

  • naciskając lewy soft-klawisz, można przewijać w dół:
    

    |----------------|
    | CH  RL RM TX NB|
    |2102 99 05 37 32|
    |3000 00 00 00 00|
    |4000 00 00 00 00|
    |----------------|
    

  • po naciśnięciu prawego soft-klawisza wraca się do początku:

    |----------------|
    |CH038 RX-063  N3|
    |CI 4A4C C1+38 B6|
    |LAI 62F210 2426 |
    |TXPWR37 RXAM-105|
    |----------------|
    

• bardzo szybko można wskoczyć do trybu monitorującego przez naciśnięcie od początku sekwencji: lewy softklawisz, 5, 6

|----------------|
|023TS7 TA00 PL05|
|RX-069 CI4A4C N3|
|LAI62F2102426 B6|
|LF42LS42 QF0QS0 |
|----------------|

|----------------|
|  CH RXL NCC BCC|
|1 082 93   3   7|
|2 102 13   3   2|
|3 044 08   3   5|
|----------------|

Aby uzyskac tryb monitorujacy (Monitor Mode) w Siemensie S4 nalezy:
wcisnac lewy soft key, potem 9 (SET UP) 8 (Phone Status).
Pojawi sie nr IMEI
Potem nalezy wcisnac lewy soft key i kolejno 7684666 i na koniec wcisnac
czerwona sluchawke (w ten sposob zostal uaktywniony tryb monitorujacy)
Aby odczytac informacje z Monitor Mode nalezy:
nacisnac lewy soft key, potem 5 (GSM SERVICE) i 6 (Monitor)
Po kazdym wylaczeniu aparatu Monitor Mode trzeba uaktywniac ponownie.

Ciekawostka (nie wiem czy juz jest gdzies opisana)
Aby uzyskac date softu nalezy:
wcisnac lewy soft key, potem 9 (SET UP) 8 (Phone Status).
Pojawi sie nr IMEI i wtedy dwa razy nacisnac (double klick) lewy soft key

* * *

lewy soft_key, 98, lewy soft_key 7684666, czerwona sluchawka (uaktywnienie
Monitor Mode)
lewy soft_key, 56 (wlaczanie Monitor Mode)

* * *

-Lewy soft key
-98
-lewy soft key
-7684666
-odwieszenie(czerwona słuchawka)>wraca do "normalnego wyglądu" i wtedy
-lewy soft key 56


* * *
W KACYKO jest pomylka w opisie uzyskiwania trybu monitorowania:
po wejsciu do IMEI: lewy soft, 7684666, odwieszenie. Telefon wroci do
glownego ekranu - stan baterii, poziom sygnalu itp.Po wejsciu do menu -
w GSM serwice powinna pojawic sie pozycja Monitor.
Moj IMEI :445199518564610 - dziala z powyzsza kombinacja.

Sposób uzyskiwania trybu monitorującego w Motorola 8400, 8700

Sposób uzyskiwania trybu monitorującego w Ericsson GH337

Sposób uzyskiwania trybu monitorującego w Dancall HP-2711

Opis paremtrów z trybu monitorującego w Siemens S1, S3, S3+, S3Com, S4, S4Power, Sony CM DX 1000

|----------------|
|CH038 RX-062  N3|
|CI 4A4C C1+42 B6|
|LAI 62F210 2426 |
|TXPWR37 RXAM-105|
|----------------|

• CH (przykład: CH038) - (ang. Channel) oznacza kanał na którym nadaje/odbiera telefon komórkowy.
• RX (przykład: RX-062) - (ang. Receive Level) oznacza poziom odbioru w decybelach. Wartość -112 oznacza bardzo słaby odbiór, natomiast wartość -38 odpowiada doskanałemu odbiorowi.
• N (przykład: N3) - (ang. National Color Code) pokazuje w której sieci jest telefon komórkowy zalogowany. W Polsce: Era GSM ma numer 6, Plus GSM ma numer 2. W Niemczech: D1 ma numer 3, D2 ma numer 7.
• CI (przykład: CI 4A4C) - (ang. Cell Identity) oznacza numer identyfikacyjny komórki szesnastkowo
• LAI (przykład: LAI 62F210 2426) - (ang. Location Area Identity) oznacza numer identyfikacyjny obszaru (sieci)
• B (przykład: B6) - (ang. Base Station Color Code) to numer wewnętrzny użytej stacji bazowej GSMowej.
• TXPWR (przykład: TXPWR37) - (ang. Transmission Power) oznacza maksymalny poziom nadawania w decybelach, który telefonowi komórkowemu wolno użyć do nawiązania kontaktu ze stacją bazową. Operator sieci ustala tę wartość indywidualnie dla każdej stacji bazowej.
• RXAM (przykład: RXAM-105) - (ang. Receive Level Access Minimum) ten poziom odbioru musi conajmniej telefon komórkowy osiągnąć, żeby mu wolnobyło się zalogować do bierzącej stacji bazowej. Operator sieci ustala tę wartość indywidualnie dla każdej stacji bazowej.

|----------------|
|023TS7 TA00 PL05|
|RX-069 CI4A4C N3|
|LAI62F2102426 B6|
|LF42LS42 QF0QS0 |
|----------------|

• (przykład: 023) oznacza kanał na którym nadaje/odbiera telefon komórkowy.
• TS (przykład: TS7) - (ang. Time Slot) oznacza numer szczeliny czasowej na której nadaje/odbiera telefon komórkowy. (na każdym kanale jest ich osiem, tzn. od 0 do 7)
• TA (przykład: TA00) - (ang. Timing Advance) oznacza sygnał wysyłany przez BS do MSa. Umożliwia on MSowi timing z wyprzedzeniem transmisji do BS tak, żeby zrekompensować opóźnienia propagacji. (patrz opis transmisji z wyprzedzeniem powyżej)
• PL (przykład: PL05) - (ang. Power Level) oznacza poziom mocy nadawania telefonu komórkowego. Nie nadaje on zwykle na pełnej mocy, żeby oszczędzać cenną energię akumulatora. Ilości poziomów mocy dla poszczególnych odmian GSMu przedstawiono w tabelce powyżej.
• pozostałe parametry - patrz wyżej lub poczekaj do następnej wersji tej strony.