Не путайте GPS/GSM/GPRS

Навигатор не выходит в Интернет по каналу GPS? Ваш коммуникатор показывает, что он в зоне покрытия GSM сетью, а ICQ не работает – нет подключения к сети Интернет? Да мало ли что может случиться со всеми этими сложными устройствами.

Навигаторы, мобильные телефоны, коммуникаторы, КПК – целый зоопарк, но только до недавнего времени. Сейчас идет активный процесс «гибридизации» - вместо целой россыпи устройств производители выпускают гаджеты «комбайны». Но внутри такого устройства разные технологии и функции не объединены в одну программу, с единым интерфейсом, а работают обособлено. Поэтому зачастую возникает путаница – множество созвучных сокращений, одно устройство, много красивой рекламы. И вот уже трудно разобраться, что же подключать и как настроить, чтобы, наконец, заработали все эти замечательные достижения прогресса, ради которых собственно и было куплено устройство. Но все намного проще, чем кажется. Для начала, разберемся с путаницей сокращений, после чего подробней рассмотрим каждую технологию. Итак:

• GSM – именно это позволяет Вам совершать звонки и отправлять сообщения.
• GPS – при помощи этой технологии Ваш навигатор «видит» спутники и показывает Ваше текущее местоположение.
• GPRS – дополнение GSM, позволяющее, кроме всего прочего, еще и выходить в сеть Интернет прямо с мобильного устройства.

Что такое GPS?

GPS - начальные буквы названия глобальной системы определения координат - Global Positioning System.

Что это за система?

Это система, позволяющая с точностью не хуже 100 м определить местоположение объекта, т.е. определить его широту, долготу и высоту над уровнем моря, а также направление и скорость его движения. Кроме того, с помощью GPS можно определить время с точностью до 1 наносекунды.

Из чего состоит GPS?

GPS состоит из совокупности определенного количества искусственных спутников Земли (спутниковой системы NAVSTAR) и наземных станций слежения, объединенных в общую сеть. В качестве абонентского оборудования служат индивидуальные GPS-приемники, способные принимать сигналы со спутников и по принятой информации вычислять свое местоположение.

Что представляет собой спутниковая система NAVSTAR?

В состав спутниковой системы NAVSTAR входят 24 ИСЗ, находящихся на 6 различных круговых орбитах, которые расположены под углом 60 градусов друг к другу. Период обращения одного спутника - 12 часов. Вес каждого спутника около 787 кг, размер более 5 м, включая солнечные батареи. На борту каждого спутника установлены атомные часы, обеспечивающие точность 10-9 сек, вычислительно кодирующее устройство и передатчик мощностью 50 Вт, излучающий на частоте 1575.42 МГц.

Рождением NAVSTAR можно считать февраль 1978 года, когда на орбиту был выведен первый спутник системы. Средний срок службы одного спутника приблизительно 10 лет, поэтому в программу входит постоянное производство и выведение на орбиту новых спутников, на смену использовавшим свой ресурс. Стоимость постройки и запуска 24 спутников - 12 миллиардов долларов.

Какую информацию спутники передают на Землю?

Каждую миллисекунду спутники передают на Землю:

• свой статус (сообщение об исправности или неисправности);
• текущую дату;
• текущее время;
• данные альманаха;
• точное время отправки всей совокупности сообщений.

Что такое альманах?

Это информация о том, в каком месте небесной сферы должен находиться каждый спутник в любое момент времени в течение суток, т.е. орбитальные данные всех спутников.

Как происходит определение координат?

GPS-приемник на основании полученной со спутников информации определяет расстояние до каждого спутника, их взаимное расположение и вычисляет свои координаты по законам геометрии. При этом, для определения 2-х координат (широта и долгота) достаточно получить сигналы с трёх спутников, а для определения высоты над уровнем моря - с четырёх.

Как GPS-приемник определяет расстояние до спутников?

Поскольку скорость распространения радиосигналов постоянна и равна скорости света, расстояние до спутников определяется по задержке времени приема сообщения GPS-приемником относительно времени отправки сообщения с борта спутника. Конечно, для точного определения этой задержки часы на спутниках и часы в GPS-приемнике должны быть синхронны, что обеспечивается синхронизацией часов приемника по информации, содержащейся, как указывалось выше, в сигналах спутников.

Каковы источники погрешности при определении местоположения?

Основным источником было наличие, так называемого, режима "ограниченного доступа". В этом режиме в сигналы спутников Министерством обороны США априорно вводилась погрешность, позволяющая определять местоположение с точностью 30 - 100 м, хотя принципиально точность GPS-системы может достигать нескольких сантиметров. С 1 мая 2000 года режим "ограниченного доступа" был отключён.

Другими источниками погрешности являются неудачная геометрия взаимного расположения спутников, многолучевое распространение радиосигналов (влияние переотраженных радиоволн на приемник), ионосферные и атмосферные задержки сигналов и др.

Что представляет собой GPS-приемник?

Система GPS позволяет определить местоположение в любой точке на суше, на море и в околоземном пространстве. В зависимости от области применения, диапазон которой довольно широк, а также от стоимости, которая может колебаться от сотен до нескольких тысяч долларов, исполнение GPS-приемников также весьма разнообразно. В целом весь спектр моделей можно разделить на четыре большие группы:

Персональные GPS приемники индивидуального применения.

Эти модели отличаются малыми габаритами и широким набором сервисных функций: от базовых навигационных, включая возможность формирования и расчета маршрутов следования, до функции приема и передачи электронной почты.

Автомобильные GPS приемники, которые предназначены для установки в любом наземном транспортном средстве и имеют возможность подключения внешней приемо-передающей аппаратуры для автоматической передачи параметров движения на диспетчерские пункты.

Морские GPS приемники, оснащенные ультразвуковым эхолотом, а также дополнительными сменными картриджами с картографической и гидрографической информацией для конкретных береговых районов.

Авиационные GPS приемники, используемые для пилотирования летательных аппаратов, включая коммерческую авиацию

Существуют ли другие системы определения местоположения?

Да. Отечественной военно-космической промышленностью создана альтернативная спутниковая система ГЛОНАСС. Однако, несмотря на более высокую точность определения местоположения, ее надежность и потребительские характеристики существенно ниже, чем у NAVSTAR, и на сегодняшний день широкого распространения эта система не получила.

Что такое GSM?

История GSM началась в 80-е годы прошлого века, когда страны Европы имели собственные, несовместимые между собой, сети сотовой связи. Собственными сетями были оснащены страны Скандинавии, Великобритания, Франция и Германия. Несовместимость стандартов мешала распространению сотовой телефонии, усложняла жизнь и операторам, и абонентам. Невозможно было, к примеру, осуществлять автоматический роуминг при перемещении из зоны действия одной сети в зону действия другой. И абонентские устройства, сами сотовые телефоны, были далеко не универсальными. Для каждого типа сотовой связи нужно было разрабатывать уникальную аппаратуру.

Для преодоления барьера несовместимости в 1982 году была создана международная группа по разработке общего стандарта сотовой связи – Groupe Special Mobile или GSM. В 1990 году европейский институт телекоммуникационных стандартов, к которому перешли полномочия группы GSM, опубликовал спецификации так называемой "фазы I", а в середине 1991 года началась коммерческая эксплуатация первой сети этого стандарта. Сегодня GSM является самой распространенной системой сотовой связи в мире, а её название расшифровывается иначе - Global System for Mobile telecommunications или «глобальная система мобильных телекоммуникаций».

В сотовой связи стандарта GSM используются радиочастоты 900, 1800 или 1900 МГц (трехдиапазонные телефоны при этом могут использоваться в сетях любого из перечисленных частотных диапазонов). В сравнении с аналоговыми стандартами GSM имеет целый ряд преимуществ. Основные из них – применение маломощных передатчиков в абонентских аппаратах и в базовых станциях. Это удешевляет саму аппаратуру, но не сказывается на качестве связи. Кроме того, передача информации в цифровом виде позволяет легко обеспечить высокую степень конфиденциальности переговоров.

Технология GSM это на самом деле целый «букет» сложнейших технологий. Первая из них – технология оцифровка и кодирование звука. Поскольку оцифровка звука требует немалых вычислительных ресурсов, в каждом сотовом телефоне, даже в самом дешевом, работает достаточно мощный специализированный компьютер, который выполняет функции аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей - АЦП и ЦАП.

Далее – технология многоканального выравнивания. Дело в том, что в диапазоне 900 МГц и выше радиосигнал легко отражается от стен зданий и других препятствий. В результате телефон получат множество отличающихся по фазе сигналов, из которых выделяет нужный, а остальные игнорирует.

При передвижении абонента сотовый телефон должен автоматически переходить с частоты на частоту без прерывания сеанса связи. Это обеспечивает технология «медленного частотного скачка». При этом каждая «порция» информации (а весь поток цифровой информации разделяется на «порции» в рамках так называемого тайм-слота – временного промежутка) передается по разным частотам.

Ещё одна любопытная технология GSM – прерывистая передача. Обратите внимание, как мы говорим по телефону. Скажем слово, пауза, скажем еще одно слово, снова пауза. Так вот, когда мы молчим, телефон отключает передатчик. Как только заговорим – включает. Этот механизм позволяет свести к минимуму энергопотребление сотового телефона. Умная получается машинка!

Еще какая умная – телефон и на прием работает тоже «прерывисто». Во включенном состоянии он ожидает сигнала базовой станции, но включается только на короткое время и тут же отключается… Теперь понятен смысл мигающего светового индикатора на вашем телефоне?

Все сотовые телефоны в зависимости от мощности встроенных радиопередатчиков подразделяются на несколько классов – от 20 ватт (настоящие монстры!), до 0,8 ватт (большинство популярных моделей). Но обычно, когда базовая станция находится рядом с абонентским устройством (а "соты" GSM в больших городах располагаются достаточно густо, чтобы избежать "мертвых" зон между строениями), полная мощность передатчика телефона для поддержания устойчивой связи не нужна. Для регулировки мощности используется механизм анализа количества ошибок при передаче-приёме. На его основе мощность передатчика базовой станции и телефона понижается до уровня, когда качество связи достаточно стабильно. Этот контроль мощности вещь очень тонкая. Большинство жалоб пользователей на плохое качество связи на его "совести".

Что такое GPRS?

Аббревиатура GPRS расшифровывается как General Packet Radio Service. Это своеобразная надстройка над обычной GSM сотовой сетью, которая позволяет передавать данные на существенно более высоких, чем в обычной GSM сети, скоростях. Если в обычной GSM-сети можно получить максимум 14,4 Кбит/с, то теоретический максимум в GPRS составляет 171,2 Кбит/с при полном использовании. GPRS — это пакетная система передачи данных, функционирующая аналогично с сетью Интернет. Весь поток данных отправителя разбивается на отдельные пакеты и затем доставляется получателю, где пакеты собираются воедино, и совсем необязательно, что все пакеты пойдут одним маршрутом.

Интернет и GPRS объединяет не только пакетная передача данных. При начале GPRS-сессии каждому GPRS терминалу так же, как и в Интернете, присваивается свой уникальный адрес, протокол GPRS прозрачен для TCP/IP, поэтому интеграция GPRS-сети с Интернетом происходит незаметно для конечного пользователя.

Для передачи данных, помимо высокоэффективных алгоритмов кодирования, используется довольно интересная технология: терминалу автоматически выделяются неиспользуемые в данный момент времени тайм-слоты, что позволяет оптимизировать загрузку сети. Такая схема влечет за собой «плавающие» скорости передачи данных у конкретной базовой станции в зависимости от количества активных абонентов.

Для подключения услуги GPRS необходимо, чтобы было настроено Ваше мобильное устройство, и оператор сотовой связи подключил эту слугу. При этом оплачивается только объем посланной/полученной информации, а не эфирное время. Также можно подключать GPRS устройства подключаются к компьютеру: для ноутбуков - через PCMCIA разъем; для КПК - через Compact Flash слот; для компьютеров - через USB порт.