GSM

Istoricul si fuctionalitatea retelei GSM

Sistemul Global pentru Comunicatii functioneaza in mai mult de o suta de tari si peste 300 de milioane de utilizatori din intreaga lume il considera cea mai buna alegere. Statistic, numarul utilizatorilor GSM de pe glob creste cu o jumatate de milion in fiecare luna.

Primul sistem celular din Europa, Nordic Mobile Telephone, (NMT - 450 Mhz) a fost lansat in 1981, in Suedia. Retelele bazate pe aceste specificatii tehnice au fost cele de care s-a folosit marea majoritate a retelelor mobile din intreaga lume pana la inceputul anilor 90. Un an mai tarziu s-a infiintat un organism pentru standardizari, care sa redacteze specificatiile tehnice pentru un sistem radio celular mobil european cu rezervarea unei benzi de frecventa in jur de 900 Mhz. Ca urmare, tehnologia GSM (Global System for Mobile Communication) a devenit un standard digital pan-european, iar abonatii isi pot folosi termonalele in toata Europa si in unele tari din Asia, Australia si Indonezia. Circa 300 de milioane de persoane sunt incluse in aceasta retea cvasi-universala.

Schema retelei GSM

ARHITECTURA RETELEI:

Reteaua GSM este formata din mai multe sute de amplasamente de celule, dispuse suprapus una peste cealalta, in asa fel incat sa rezulte o acoperire cu radio-emisie continua, neintrerupta. Pe parcursul convorbirii, terminalul GSM se conecteaza prin unde radio la statia radio plasata in zona in care se gaseste abonatul. La trecerea dintr-o celula intr-alta, apelul este trimis fara ca utilizatorul sa realizeze procesul de trecere de pe un canal intr-altul. Statia radio are o raza de acoperire ce poate varia de la cel putin 1 km, daca este vorba de o zona urbana, pana la cel mult 30 de km in altfel de zone. Reteaua GSM este compusa din trei parti principale, statia mobila (MS), statia baza de emisie - receptie (BTS) care controleaza conectarea cu statia mobila, statia baza de control (BSC) care controleaza statia baza de emisie - receptie si oficiul central de schimbare (MSC).

Statia Mobila (MS)

1. Statia Mobila (MS):

Un telefon mobil digital si un card SIM formeaza Statia Mobila. SIM-ul (Modul de Identitate a Abonatului) este un card care se potriveste in receptorul tau si este de doua marimi - ori marime mare (aceiasi marime ca o carte de credit) sau versiunea unei bucati mici. Micro procesorul SIM-ului este bazat pe un chip de silicon care este conceput sa tolereze temperaturile intre -25 grade celsius si +70 grade celsius, si va rezista de asemenea la o umiditate mai mare de 85%. In orice caz siliconul este fragil si, de aceea daca cardul este falsificat, fizic si electronic, cardul va deveni nefolositor. SIM-ul contine toate detaliile tale de identificare, la fel ca si IMSI (Identitatea Internationala a Abonatului Mobil. Acesta este un sir numeric, unde primele 3 cifre reprezinta tara de unde este SIM-ul, urmatorul reprezinta operatorul din acea tara. Celelalte cifre reprezinta identitatea abonatului), memoriile telefonului, informatie despre plata, SMS-uri, numere pin si informatii internationale despre roaming. Un card IMEI (Echipament Mobil International de Identitate) este numarul de serie a telefonului GSM care este echivalent cu numarul ESN intr-un telefon analog, acesta este fixat in telefon si nu poate fi schimbat. Cardul SIM contine un numar IMSI care identifica utilizatorul la retea inainte cu un alt utilizator si informatie de securitate. Prin intermediul telefonului mobil (statia mobila), utilizatorul initiaza o convorbire, care ia calea undelor radio, acestea transmitand apelul catre BTS

Statie BTS

2. Statia Baza de Emisie - Receptie (BTS):

Statia Baza de Emisie - Receptie consta intr-un radio de emisie - receptie cu antena care acopera o singura celula. BTS administreaza comunicatiile cu statia mobila (MS) prin interfata radio. BTS -urile sunt toate conectate impreuna ca sa-ti permita sa te muti de la o celula la alta. Antena poate lua forme diferite, in Marea Britanie au inceput sa fie folosire cele in forma de stalp, dar normal are trei celule directionale.

3. Statie Baza de Control (BSC):

Statia Baza de Control administreza mai multe BTS-uri. Controleaza alocarea, elibereaza canalele radio, face conectare rapida intre celule. O serie de BTS -uri sunt conectate la fiecare statie baza de control. BSC supravegheaza fiecare apel si decide cand si la care BTS sa expedieze un apel.

4. Restul retelei:

Cateva BSC-uri sunt controlate de MSC, MSC-ul lucreaza cu 4 date de baza (HLR, VLR, EIR si AuC) si impreuna administreaza comunicatiile intre Statia Mobila a utilizatorului si alte tipuri de retea. Fiecare dintre baza de date are treaba ei, astea sunt dupa cum urmeaza:

Mobile Switching Center (MSC)

Oficiul central de schimbare este interfata dintre sistemul statie baza si sistemul de schimbare a retelei telefonului mobil. Mai mult, MSC este de asemenea interfata intre reteaua celulara si PSTN. MSC genereaza toate inregistrarile de plata si asigura ca utilizarea totala sa fie directionata la contul care trebuie. MSC trebuie sa asigure ca toate apelurile sunt trimise spre abonati, oriunde s-ar afla ei. Aceasta situatie devine mult mai complexa cand doi abonati mobili doresc sa contacteze un altul din doua locatii distincte. Ca sa se simplifice functia de administrare a abonatului, o zona de serviciu specifica este alocata fiecarui MSC. MSC trebuie sa controleze schimbarea tarifului la si pentru abonati, in interiorul zonei de serviciu care implica coordinarea tuturor resurselor radio si activitatilor de parasire inter-celulare.

Statie Baza de Control (BSC)

Registru de Locatie a Operatorului (HLR)

Este baza de date principala pentru toti abonatii. Contine detalii despre identificarea fiecarui abonat, servicii la care are acces si locatiile in care abonatul a fost ultima data inregistrat. Toate procedurile de administrare ale abonatului sunt comunicate HLR -ului unde datele sunt inregistrate pana cand sunt cerute de alta parte a retelei mobile sau fixe publice (PLMN). Cele doua referinte principale care sunt folosite pentru a directiona apelul spre fiecare abonat sunt: Identitatea Internationala a Abonatului Mobil (IMSI) si Numarul Retelei Digitale de Servicii Integrate a Abonatului Mobil (MSISDN).

IMSI

Este singurul numar alocat abonatului care este memorat pe cartela SIM si este folosit de retea pentru comunicatii interne. Cand cartela SIM este introdusa intr-un echipament mobil devine statie mobila.

MSISDN

Este numarul de mobil al abonatului, care este legat de IMSI in HLR. Apelurile sosite la abonat sunt mutate inapoi de la IMSI la HLR asta permitandu-le sa fie expediate catre Statia Mobila. O data ce statia mobila MSISDN a fost folosita ca sa identifice IMSI, HLR verifica inregistrarile abonamentelor pentru a asigura ca un apel poate fi expediat la ultima locatie cunoscuta a Statiei Mobile.

Registru de locatie a clientului (VLR)

Este o baza de date care este legata la MSC si temporal inmagazineaza informatii despre fiecare statie mobila in interiorul unei zone aprovizionate de MSC. Informatia care este temporar memorata in VLR este suficienta ca sa permita statiei mobile in interiorul acelei zone MSC sa dea sau sa primeasca apeluri. Aceasta include identitatea statiei mobile, zona in care a fost ultima data inregistrat si date apartinand abonatului si orice servicii suplimentare care au fost alese de abonat. MSC se refera la VLR de fiecare data cand Statia Mobila incearca sa dea un apel ca sa verifice daca cererea poate fi indeplinita. Acest proces este ca sa stabileasca daca au loc restrictii de apel sau instructii de blocari de apel.

Functionalitatea retelei GSM

Registru de identitate cu echipament (EIR), asigura ca toate Echipamentele Mobile sa fie valabile si autorizate sa functioneze pe PLMN. Exista trei categorii in EIR, o lista alba, o lista gri si o lista neagra. Lista alba cuprinde domeniile IMEI a tuturor Echipamentelor Mobile care au fost aprobate de oricare dintre cele trei centre de aprobare GSM. Orice Echipament Mobil ce apare pe lista gri ii va fi permis sa functioneze dar va trage alarma la operatorul retelei. Aceasta facilitate permite operatorului retelei sa identifice orice abonat care foloseste un echipament mobil furat sau pierdut. Mobilele care sunt furate sau pierdute pot fi puse pe lista neagra care ii va preveni asupra functionarii a PLMN-ului de acasa sau PLMN -ului din toata lumea.

Centru de autentificare (AUC)

Centru de autentificare este folosit ca sa valideze cartela SIM ca fiind folosita de Statia Mobila. Informatia secreta care este pastrata in AUC si care este inregistrata si in cartela SIM este folosita pentru a indeplini un calcul matematic complex. Autentificarea are loc daca rezultatele acestor doua calcule se potrivesc. SMSC (Centru SMS sau Centru de Serviciu), SMSC-ul administra toate SMS-urile care sunt trimise. Mesajele sunt expediate pe un canal de date deci poti sa le primesti in timpul unui apel. GMSC (Intrare MSC), este o intrare de schimbare unde apelul este directionat in timpul unei setari a utilizatorului GSM. GMSC il cauta pe abonat intreband HLR -ul care apoi intreaba VLR -ul si indreapta apelul primit catre MSC unde abonatul poate fi gasit.

CARACTERISTICILE SISTEMULUI GSM

Sistemul GSM utilizeaza o combinatie de tehnici de acces la canalul radio:

• multiplexarea in frecventa (FDMA - Frecquency Division Multiple Access)
• multiplexarea in timp (TDMA - Time Division Multiple Access).

Initial, pentru sistemul GSM a fost alocata banda de 900 Mhz, iar mai tarziu au fost alocate frecvente si la 1.800 Mhz pentru al doilea sistem, care in esenta este similar cu GSM, numit DCS (Digital Communication System pe 1.800 Mhz). In cadrul GSM, fiecare celula deservita de o statie radio de baza (Base Tranceiver Station - BTS) admite maxim 200 de canale full-duplex. Fiecare canal este constituitdintr-o frecventa purtatoare tur, de la statia mobila la statia de baza (uplink) in gama 890915 Mhz, si o frecventa purtatoare retur, de la statia de baza la statia mobila, (downlink) in gama 935960 Mhz. Fiecare banda de frecventa are o largime de 200 kHz. Intr-un cadru TDMA sunt alocate opt intervale de timp (time-slots) pentru semnalele vocale sau de date. In cadrul benzii standard de 25 Mhz alocata pentru seviciile de telecomunicatii mobile, fiecare dintre cele 124 de canale de frecventa suporta opt conexiuni separate, utilizand multiplexarea prin diviziunea timpului (TDMA), dand astfel posibilitatea alocarii celor 124 de purtatoare la - teoretic - 992 de canale vocale sau de date. Pentru a evita interferentele cu celule vecine, multe canale nu sunt utilizate.

SERVICIILE ASIGURATE DE SISTEMUL GSM

• transmisii de voce, date si fax integrate intr-un singur sistem;
• transferul apelului catre un alt numar sau spre operatoare / serviciul automat de mesaje (sistem voice-mail);
• folosirea serviciului GSM atunci cand utilizatorul calatoreste in strainatate (roaming);
• plasarea unor apeluri in asteptare, atunci cand utilizatorul telefonului mobil este ocupat sau nu doreste sa raspunda;
• indicatii detaliate privind apelurile (nume, numar apeland, durata, costul convorbirii);
• realizarea de apeluri tip conferinta intre trei utilizatori;
• asigurarea unor servicii pentru un grup inchis de utilizatori (CUG) si impartirea utilizatorilor pe clase de abonati cu prioritati ierarhizate;
• serviciul de transmitere de mesaje scurte, MMS si apeluri de urgenta netaxabile;
• utilizarea unor 'cartele inteligente' (SIM card) in care se afla stocate numarul (codul) echipamentului si numarul abonatului.

AVANTAJE ALE SISTEMULUI GSM FATA DE SISTEMELE ANALOGICE

• largimea de banda mai ingusta necesara pentru un canal, datorita utilizarii altgoritmilor de compresie a vocii;
• imbunatatirea calitatii transmisiei prin folosirea codurilor detectoare si corectoare de erori;
• criptarea semnalelor digitale pentru asigurarea securitatii si protectiei impotriva interceptarii nedorite.

'Retea GSM', o sintagma pe care cei mai multi dintre noi am rostit-o macar o data. Dar noua din zece posesori de mobile nu stiu cum si in ce an a aparut. De aceea va prezentam cate ceva din istoria comunicatiilor fara fir.

Primul sistem radio si de telefonie disponibil comercializat este cunoscut sub numele de serviciul de telefonie mobila imbuntatit (IMTS) si a fost pus in functiune in 1946. Sistemul era destul de nesofisticat, dar nu exista nici aparatura electronica solida. Cu IMTS, un turn inalt de transmisie era inaltat aproape de centrul orasului si se transmiteau si receptau mai multe canale alocate, de la antena din varful turnului. Orice instalatie cu o raza de actiune putea incerca sa prinda unul dintre aceste canale si o transmisie completa. Din nefericire numarul canalelor disponile nu au putut satisface nevoile utilizatorilor. Solutia acestei probleme a reprezentat-o celularul. Zonele urbane au fost impartite in celule de cativa kilometri diametru, fiecare celula operand intr-un set de frecvente (transmisie si receptie) diferite fata de frecventa celulelor adiacente. Deoarece puterea transmitatorului intr-o anumita celula a fost mentinuta la un nivel suficient pentru a deservi acea celula, acelasi set de frecvente putea fi folosit in mai multe locuri din oras. Incepand cu anul 1983, doua companii, o companie de cablu si alta denumita Tranportor Aerian, au primit licenta de a opera in fiecare teritoriu important. Doua caracteristici ale sistemelor celulare sunt importante prin utilitatea lor. Prima - sistemul controla hand-off, atunci cand abonatii treceau dintr-o celula intr-alta, telefoanele lor de masina, in conjunctie cu echipamentul electronic sofisticat de pe site-ul celulei (cunoscut si ca statie de baza) si switching offices (cunoscute si ca MTSO) faceau transferul de la o frecventa la alta fara nici o pauza sesizabila. A doua - sistemul era de asemenea proiectat sa localizeze abonatii, chemandu-i in fiecare celula. Atunci cand era localizat vehiculul in care se afla abonatul chemat, echipamentul ii repartiza un set de frecvente si conversatia putea incepe.

Tehnologia de transmisie initiala folosita intre vehicule si amplasamentul celulei (site) era de natura analogica. Este cunoscut ca Serviciul Avansat de Telefonie Mobila (AMPS). Schema analoaga folosita s-a numit FDMA (Frequency Division Multiple Access). Dar era transmisiilor digitale incepea si multe companii care operau in acest domeniu au decis ca schema de transmisie digitala era de preferat. Rezultatul a fost TDMA (Time Division Multiple Access). In Europa, schema aleasa a fost adaptarea TDMA folosita in Statele Unite si a fost denumita Groupe Special Mobile. De atunci, numele a fost shimbat in GSM (Sistemul Global de Comunicatii Mobile).

Dezvoltarea GSM-ului a inceput devreme in anii 80. A fost vazuta apoi ca principalul reazem pentru planurile infrastructurii de comunicatie mobila din Europa pentru anii 90. Azi, GSM -ul si versiunile sale DCS 1800 si PCS 1900 s-au raspandit mult dincolo de Europa de Vest cu retele instalate in toate tarile.

Povestea incepe 1982 cand Conferinta Europeana a Postei si a Administratiilor Telecomunicatiilor (CEPT), fiind alcatuita apoi din administratiile telecomunicatiei a douazeci si sase de natiuni a luat doua decizii foarte importante. Prima a fost sa stabileasca o echipa cu numele 'Grup Special Mobil' (de aici termenul 'GSM', care exista azi pentru Sistem Global pentru Comunicatiile Mobile) pentru a dezvolta un set de standarde comune pentru o viitoare retea celulara pan-Europeana. A doua a fost pentru a recomanda ca doua benzi de frecvente de 900 MHz sa fie puse deoparte pentru sistem. CEPT a luat aceste decizii intr-o incercare de a rezolva problemele create de dezvoltarea necoordonata a sistemelor de comunicatie mobila nationala individuala folosind standarde incompatibile. Imposibilitatea de a folosi acelasi terminal in diferite tari in timp ce o calatorie in Europa a fost una din aceste probleme; alta a fost dificultatea de a stabili o industrie de comunicatii mobile in toata Europa care ar putea fi competitiva pe pietele lumii, datorata lipsei unei piete mai mari cu standarde comune. Din 1986 a fost sigur faptul ca unele din aceste retele celulare analoge ar ramane fara calitate pana la inceputul anilor 90. Ca rezultat, o directiva a fost data pentru doua benzi de frecvente de 900 MHz, cu toate ca intr-o oarecare masura mai mici decat cele recomandate de CEPT, pentru a fi pastrate in mod exclusiv pentru un serviciu pan-european pentru a fi deschis in 1991. In acelasi timp membrii GSM faceau progrese execelente cu producerea standardelor corespunzatoare. O decizie majora a fost de a adopta un sistem digital in locul unuia analog. Sistemul digital ar oferi un spectru de randament imbunatatit, calitate de transmisie mai buna si servicii noi cu trasaturi sporite incluzand securitate. Ar putea deasemenea utilizarea unei tehnologii la Scara Foarte Larga de Integrare, care ar putea duce la niste mobile mai mici si mai ieftine, incluzand agende electronice. In final, o conceptie digitala ar complementa producerea unei Retele Digitale de Servicii Integrate (ISDN) cu care GSM ar putea sa se conecteze. Initial GSM-ul a sustinut Grupul Special Mobil, CEPT-ul a format grupul pentru a produce un sistem celular Pan-European pentru a inlocui multe sisteme deja integrate in Europa care au fost toate incompatibile. Principalele caracteristici ale GSM-ului urmau sa fie capacitatea unui roaming international, receptoare mici ieftine si capacitatea de a administra volumele mari de utilizatori. GSM a fost preluat in 1989 de ETSI (Institutul European de Telecomunicatii si Standarde) si ei au definitivat standardul GSM in 1990. Serviciul GSM a inceput in 1991. De asemenea acest an a fost redenumit in Sistem Global de Comunicatii Mobile (GSM).