Global Mobile Communications (GSM) – globální mobilní komunikační systém; evropský digitální standard; frekvenční rozsah 890 – 960 MHz a 1710-1880 MHz.
První systém skládající se z jednoho šestikanálového vysílače byl vytvořen v severoamerickém městě St. Louis již v roce 1946. Aktivní zavádění mobilních komunikací začalo mnohem později – první komerční systémy se objevily v Americe v roce 1979 a celostátní měřítko získaly až v roce 1983. V Evropě se první mezinárodní systém objevil v roce 1981, sjednotil Norsko, Dánsko, Švédsko a Finsko.
2. GSM dnes.
Dnes zkratka GSM znamená Global System for Mobile Communications a standard GSM a jeho verze jsou akceptovány pro použití v přibližně 80 zemích světa.
Aplikace v Rusku
Technologie se do Ruska dostala s tradičním zpožděním: první celulární komunikační systém se v Rusku objevil teprve v roce 1991. Navzdory tomu je tempo rozvoje mobilních komunikací v naší zemi tak vysoké, že se tato služba během několika let změnila z „privilegia elity“ na naléhavou potřebu lidí s průměrnými příjmy. Namísto symbolu prosperity se mobilní komunikace stávají tím, čím by měly být – prostředkem komunikace, který již v určitých oblastech konkuruje drátovým sítím.
3. Princip konstrukce a popis standardu GMS.
Princip konstrukce buňkových systémů je stručně následující: v oblasti pokrytí sítě je instalována řada stacionárních transceiverových stanic (základnových stanic) s relativně nízkým výkonem, z nichž každá má malou oblast pokrytí (obvykle několik kilometrů). Současně se oblasti pokrytí sousedních stanic poněkud překrývají, aby se zajistilo, že se účastník může pohybovat z jedné oblasti do druhé bez ztráty spojení. Aby bylo takové překrývání možné, musí sousední stanice používat různé provozní frekvence. K úplnému pokrytí dané oblasti jsou zapotřebí alespoň tři různé frekvence, aby stanice uspořádané do trojúhelníku mohly mít překrývající se obslužné oblasti. Čtvrtá stanice může opět využívat jednu z těchto tří frekvencí, protože hraničí pouze se dvěma zónami. S tímto přístupem je tvar oblasti pokrytí každé základnové stanice šestiúhelník a umístění těchto zón přesně opakuje strukturu včelí plástve, která dává jméno komunikačním systémům s podobným konstrukčním principem.
Standard GSM patří do druhé generace standardů mobilní komunikace založených na digitální technologii. Vysokorychlostní kódování řeči implementované v systémech GSM umožňuje její kvalitu srovnatelnou s kvalitou pevných telefonních sítí. GSM radiotelefon lze rozdělit na dvě části: účastnický modul SIM (SIM karta) a samotný telefon obsahující hardware a software. SIM karta slouží jako potvrzení pravosti účastníka a ve své paměti obsahuje všechny potřebné údaje související s přihlašovacími údaji konkrétního účastníka. Aby ho zloděj nemohl používat, zadává se do něj speciální identifikační číslo (PIN kód). Používání SIM karty je také pohodlné, protože při výměně zařízení si účastník nemusí měnit své mobilní číslo, jednoduše přeuspořádá kartu a všechna data na ní uložená včetně adresáře jsou dostupná v novém zařízení. Když není SIM karta v zařízení, je zablokován přístup k naprosté většině služeb, s výjimkou tísňových volání (pokud to síť umožňuje). Duplikovat SIM kartu je velmi obtížné a v kombinaci s bezpečnostními funkcemi poskytuje uživatelům a sítím vysokou úroveň ochrany před neoprávněným přístupem.
4. Možnosti GSM.
Standard GSM zavádí několik bezpečnostních funkcí. Především se jedná o šifrování rádiového kanálu, které zabraňuje odposlechu třetími stranami, a také o ochranu čísla účastníka (aby se zabránilo prozrazení jeho polohy). Kromě standardních funkcí poskytovaných mobilními operátory – místní, meziměstská a mezinárodní komunikace, přesměrování hovorů a další, poskytují GSM telefony svým majitelům řadu dalších funkcí: ukládání hlasových zpráv přijatých v době, kdy byl účastník nedostupný ( hlasová pošta), příjem zpráv o příchozím faxu (fax-mail), identifikace čísla volajícího. Je možné přenášet krátké zprávy „z bodu do bodu“ (paging), to znamená, že účastníci si mohou v případě potřeby vyměňovat jednoduché krátké (několik desítek znaků) zprávy (tarify za tuto službu jsou o něco nižší než za běžné konverzace). Funkce mobilního modemu/faxu ve spojení s všudypřítomností přenosných počítačů umožňuje přístup k internetu a e-mailu prostřednictvím sítí GSM. Tyto služby výrazně zvyšují atraktivitu používání GSM telefonů pro uživatele. Takže například faxová pošta může být velmi užitečná pro podnikatele, protože vám umožní nezmeškat informace o faxu kdykoli, bez ohledu na umístění předplatitele. Mobilní telefon upozorní svého majitele a ten může přijmout fax kdykoli a kdekoli, protože fax je automaticky odeslán do jeho e-mailové schránky.
5. Funkce GSM.
Menší rozměry a hmotnost telefonů ve srovnání s analogovými standardy s delší dobou provozu bez dobíjení baterie. Toho je dosaženo především prostřednictvím zařízení základnové stanice, které neustále analyzuje úroveň signálu přijímaného ze zařízení účastníka. V případech, kdy je vyšší, než je požadováno, se emitovaný výkon automaticky sníží.
Relativně vysoká kapacita sítě
Nízká úroveň průmyslového rušení v tomto frekvenčním rozsahu
Poněkud nepřirozený zvuk řeči, ale žádné syčení ani praskání
Maximální ochrana proti odposlechu a nelegálnímu použití, které je dosaženo použitím šifrovacích algoritmů veřejného klíče. Technologie EFR je pokročilý systém kódování řeči. Tento systém byl vyvinut společností Nokia a následně se stal průmyslovým standardem kódování/dekódování pro technologii GSM
Komunikace na vzdálenost ne více než 35 km od nejbližší základnové stanice, a to i při použití zesilovačů a směrových antén (pro standard 900)
Maximální vyzářený výkon mobilních telefonů GSM-1800: 1W; GSM-900: 2W
Vysoká ochrana proti odposlechu a nelegálnímu použití čísla
Vysoká kapacita sítě, která je důležitá pro velká města
Maximální vzdálenost účastníka od základnové stanice ve standardu 1800: 5-6 kilometrů
GSM je standard pro mobilní sítě 2G druhé generace.
V osmdesátých letech vznikla skupina, která měla vyvinout společný standard pro mobilní komunikaci. Podle Groupe Speciale Mobile (jak dříve GSM znamenalo) bylo jejím hlavním úkolem vyvinout jednotnou harmonizovanou síť pro celou Evropu a nabídnout lepší a efektivnější technické řešení pro bezdrátovou komunikaci.
Ačkoli je standard založen na Time Division Multiple Access (TDMA), jeho technologie využívá digitální signálové a hlasové kanály a je považována za druhý systém (2G) pro mobilní telefony.
Koncoví uživatelé GSM byli první, kdo využil výhod nízkonákladové implementace SMS (Short Message System), známější jako textové zprávy.
Jelikož se jedná o celulární síť, celulární standard používá buňky k poskytování bezdrátové komunikace účastníkům v těsné blízkosti těchto buněk. Čtyři hlavní buňky, které tvoří síť GSM, se nazývají makro, mikro, piko a femto. Vnější pokrytí je obvykle zajišťováno makro a mikrobuňkami, zatímco vnitřní pokrytí je obvykle zajišťováno piko a femto buňkami.
GSM telefony lze identifikovat podle přítomnosti modulu identifikace předplatitele (SIM). Tento drobný předmět, velký asi jako prst, je vyjímatelná čipová karta obsahující informace o předplatném uživatele a také záznamy o kontaktech. Tato SIM karta umožňuje uživateli přepínat z jednoho GSM telefonu na druhý. V některých zemích, zejména v Asii, jsou GSM telefony uzamčeny na konkrétního operátora. Pokud se ale uživateli podaří telefon odemknout, může do stejného telefonu vložit libovolnou SIM kartu od libovolného operátora.
Jednou z hlavních výhod standardu GSM je možnost pohybu a přepínání mezi operátory pomocí jednotlivých mobilních zařízení (pokud se v cíli nacházejí partnerské sítě).
Historie GSM
Jak bylo uvedeno, práce na tom, co se nakonec stane standardem GSM, začaly v roce 1981, kdy CEPT vytvořila výbor Groupe Spécial Mobile, který měl pracovat na evropském standardu pro technologii digitálních mobilních telefonů. O více než pět let později podepsali zástupci 13 evropských zemí v Kodani memorandum o porozumění, v němž se dohodli na vývoji a následném nasazení společného celulárního systému v celé Evropě.
První technická specifikace GSM byla zveřejněna v únoru 1987. Aby se mohli spolehnout na společný mobilní standard pro Evropu, ministři čtyř větších zemí EU znovu politicky potvrdili svou podporu standardu GSM jako součást Bonnské deklarace o globálních informačních sítích z května 1987 (Německo, Spojené království, Francie a Itálie). . „MGS GSM“ byla podepsána v září 1987 a pomohla získat peněžní příspěvky na investice do sítě. V důsledku toho byla evropská síť GSM schopna zaznamenat mnohem rychlejší zavedení, než se dříve považovalo za možné. V roce 1986 Evropská komise navrhla vyhradit frekvenční pásmo 900 MHz výhradně pro použití GSM.
První specifikace GSM byla k dispozici v roce 1990. Jen o rok později uskutečnil bývalý finský premiér Harri Holkeri první telefonát na světě. Hovor byl uskutečněn přes síť poháněnou Radiolinja a postavenou společnostmi Telenokia a Siemens. A v roce 1992 byla odeslána první SMS přes síť GSM. V průběhu tohoto roku také Vodafone UK a Telecom Finland podepsaly první mezinárodní roamingovou smlouvu.
Vlastnosti standardu
GSM je systém s přepojováním okruhů. Rozděluje všechny 200kHz kanály do osmi 25kHz časových slotů. Standard funguje na třech různých nosných frekvencích: 900 MHz, kterou používal původní systém GSM; 1800MHz, která byla přidána pro podporu počtu bobtnajících předplatitelů a frekvence 1900MHz, která se používá hlavně v USA.
Pásmo 850 MHz se také používá pro GSM a 3GSM v Austrálii, Kanadě a mnoha zemích Jižní Ameriky. GSM podporuje datové rychlosti až 9,6 kbit/s, což umožňuje přenos základních datových služeb, jako jsou SMS.
Další důležitou výhodou je možnost mezinárodního roamingu, což uživatelům umožňuje při cestách do zahraničí přistupovat ke stejným službám jako doma. To spotřebitelům poskytuje bezproblémové a konzistentní připojení ve více než 210 zemích. Satelitní roaming GSM také rozšířil přístup ke službám v oblastech, kde není dostupné pozemní pokrytí.
GSM900/GSM1800
Tyto dva standardy používá většina zemí světa.
GSM-900 pracuje ve frekvenčním rozsahu 890-915MHz a používá se pro výměnu informací mezi mobilní stanicí a základnovou vysílací/přijímací stanicí (uplink) a 935-960MHz pro downlink. To poskytuje 124 RF kanálů (kanály 1 – 124) rozmístěných po 200 kHz.
V tomto případě je použit duplexní interval 45 MHz.
Pro pokrytí širšího frekvenčního rozsahu byl vytvořen „enhanced GSM900 nebo E-GSM“. Pracuje na frekvencích od 880 MHz do 915 MHz (na vzestupné lince) a od 925 MHz do 960 MHz (na sestupné lince), což umožňuje přidání 50 kanálů (975-1023 a 0) do pásma GSM-900. Specifikace má také standard GSM-R, který využívá frekvence od 876 MHz do 915 MHz (upstream) a od 921 MHz do 960 MHz (downstream). Čísla kanálů jsou 955-1023. GSM-R nabízí specializované kanály a služby, které využívá železniční personál. Všechny tyto úpravy jsou zahrnuty ve specifikaci GSM-900.
GSM-1800 zase pracuje ve frekvenčním rozsahu od 1710 MHz do 1785 MHz při přenosu dat z mobilní stanice do základního transceiveru a 1805-1880 MHz pro druhý směr. Poskytuje 374 kanálů (512-885) a duplexní interval 95 MHz.
GSM-1800 se také nazývá PCS v Hong Kongu a Velké Británii. Většina operátorů GSM v Indii používá pásmo 900 MHz. Operátoři jako Hutch, Airtel, Idea a několik dalších používají 900 MHz ve venkovských oblastech a 1800 MHz v městských oblastech.
Rozdíl mezi GSM-900 a GSM-1800 je ten, že GSM-900 má dvojnásobné pokrytí ve srovnání s GSM-1800. Je to proto, že se zvyšující se frekvencí se velikost buňky zmenšuje v důsledku zvýšené ztráty cesty. Pro zajištění plného pokrytí konkrétní oblasti je tedy nutné instalovat větší počet věží v GSM-1800 než v GSM-900. Ale protože je v pásmech GSM-1800 více frekvencí, může být poskytnuto více příležitostí s dobrým provozem. To umožňuje GSM-1800 obsluhovat více účastníků než GSM-900. Rovnováha obou může pomoci dosáhnout dobrého pokrytí.
GSM-850
GSM-850 a GSM-1900 se používají v USA, Kanadě a mnoha dalších zemích Severní a Jižní Ameriky. GSM-850 se také někdy mylně nazývá GSM-800. V Austrálii je GSM 850 frekvence přidělená síti NextG společnosti Telstra, která byla zapnuta v říjnu 2006. Síť NextG je o krok výš od sítě 3G a je v Austrálii k dispozici vyšší rychlostí ve srovnání se sítí 3G, která je omezena pouze na hlavní populační centra.
GSM-850 používá 824 – 849 MHz pro přenos informací z mobilní stanice do základnové transceiverové stanice (uplink) a 869 – 894 MHz pro druhý směr (downlink). Čísla kanálů od 128 do 251.
Cellular je termín používaný k popisu pásma 850 MHz, protože původní analogový systém mobilních telefonů byl přidělen tomuto spektru. Dodavatelé obvykle působí v jednom nebo obou frekvenčních pásmech.
GSM používá modulace: QPSK, 8PSK, 16-QAM.
GSM funguje na principu kombinace dvou známých technologií TDMA a FDMA – časově a frekvenčně dělený vícenásobný přístup. Druhý zase poskytuje frekvenční rozdělení pásma o maximální šířce 25 MHz na 124 nosných frekvencí, které jsou od sebe vzdáleny 200 kHz.
Každá základnová stanice má jednu nebo více přiřazených nosných frekvencí. Každý z nosičů je pak časově rozdělen pomocí TDMA. Základní jednotka času v tomto schématu TDMA se nazývá perioda pulzu a je ~0,578 ms. Osm period je seskupeno do rámce TDMA (~4,62 ms), který tvoří základní blok pro definování logických kanálů. Jeden fyzický kanál představuje jednu periodu shluku pro rámec TDMA.
GSM hlasové kodeky
GSM používá hlasové kodeky k přizpůsobení zvuku 3,1 kHz při maximální přenosové rychlosti ve frekvenčních pásmech GSM. Původní kodeky používané standardem GSM byly Full Rate (13 kbit/s) a Half Rate (6,5 kbit/s). Každý z nich používal systém založený na LPC (lineární prediktivní kódování). Tyto kodeky pomohly přinést maximální efektivitu datového toku a zároveň umožnily upřednostnit a chránit důležitější složky přenášeného zvukového signálu.
V roce 1997 byl publikován kodek EFR a implementován do standardu GSM. EFR poskytoval 12,2 k/s GSM síť a používal kanál plné rychlosti. Jakmile byl vyvinut UMTS, EFR se vyvinul v AMR-Narrowband CODEC, který je odolnější vůči rušení a je považován za lepší než starší kodeky GSM.
Jak funguje GSM bezpečnostní služba?
Standard GSM byl od samého počátku navržen s ohledem na bezpečnost. Síť byla vytvořena se schopností ověřovat předplatitele pomocí předveřejného klíče a metodologie reakce na výzvu. V GSM může být komunikace mezi mobilním telefonem a základnovou stanicí také šifrována. S rozvojem UMTS je k dispozici také volitelný modul USIM (Universal Subscriber Identity Module), který poskytuje delší autentizační klíč pro zvýšení bezpečnosti a také poskytuje autentizaci základnové stanice pro ochranu uživatele před falšováním.
Existuje několik kryptografických algoritmů používaných GSM k zajištění bezpečnosti sítě. Šifrovače A5/1, A5/2 a A5/3 jsou schváleny pro ochranu soukromí hlasu přes vzduch, přičemž A5/1 je silnější algoritmus používaný v Evropě a USA. GSM podporuje použití více šifrovacích algoritmů, takže algoritmy mohou být síťovými operátory změněny, jakmile budou k dispozici silnější. Otázky zabezpečení GSM, jako jsou krádeže služeb, soukromí a legální odposlechy i nadále vyvolávají značný zájem v komunitě GSM. Podrobnější informace o GSM zabezpečení naleznete na GSM bezpečnostním portálu.
