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Che cos'è GSM: Primer

Che cos'è GSM: Primer

GSM è un sistema di telefonia mobile di seconda generazione o 2G. Introdotto originariamente nel 1991, è ancora utilizzato per molte chiamate vocali e alcuni servizi a bassa velocità di trasmissione dati che ne richiedono l'utilizzo.

L'acronimo per GSM in origine significava Groupe Speciale Mobile, ma questo è cambiato in Global System for Mobile Communications poiché il sistema si è diffuso su base globale.

L'uso del GSM è cresciuto oltre tutte le aspettative originarie. Inizialmente era stato concepito come un sistema europeo, ma il suo utilizzo si è diffuso a livello globale e nel 2004 ci sono stati oltre un miliardo di abbonamenti: un traguardo importante poiché sono stati necessari oltre 100 anni prima che i telefoni fissi arrivassero a questo punto.

Sebbene la tecnologia sia progredita in modo significativo dall'introduzione del GSM come tecnologia 2G, è ancora ampiamente utilizzata poiché i telefoni sono a basso costo e l'utilizzo della batteria ridotto consente intervalli di carica della batteria spesso una settimana o più.

Cos'è il GSM - panoramica del sistema

Il sistema GSM è stato progettato come tecnologia per telefoni cellulari di seconda generazione (2G). Uno degli obiettivi fondamentali era quello di fornire un sistema che consentisse di raggiungere una maggiore capacità rispetto ai precedenti sistemi analogici di prima generazione. Il GSM ha ottenuto questo risultato utilizzando un TDMA digitale (approccio ad accesso multiplo a divisione di tempo).

Adottando questa tecnica, un maggior numero di utenti potrebbe essere adattato alla larghezza di banda disponibile. Inoltre, è stata adottata la cifratura del parlato codificato digitalmente per mantenere la privacy. Utilizzando le precedenti tecnologie cellulari analogiche era possibile per chiunque avesse un ricevitore scanner ascoltare le chiamate e un certo numero di personaggi famosi erano stati "intercettati" con conseguenze imbarazzanti.

Nota sulla storia della tecnologia dei telefoni cellulari:

La tecnologia dei telefoni cellulari si è sviluppata ogni anno. Dalle prime introduzioni di sistemi di telefonia cellulare negli anni '80 ad oggi, lo sviluppo di nuove tecnologie ha costantemente migliorato i sistemi disponibili. A partire dai sistemi analogici di prima generazione, sono stati introdotti nuovi sistemi digitali 2G e questi sono andati avanti così che la tecnologia 5G è ora in fase di sviluppo.

Per saperne di più Cronologia del telefono cellulare.

Servizi GSM

Le chiamate vocali o vocali sono ovviamente la funzione primaria del sistema cellulare GSM. Per ottenere ciò, il parlato viene codificato digitalmente e successivamente decodificato utilizzando un vocoder. È disponibile una varietà di vocoder, mirati a diversi scenari.

Oltre ai servizi vocali, la tecnologia cellulare GSM supporta una varietà di altri servizi dati. Sebbene le loro prestazioni non siano affatto vicine al livello di quelle fornite dal 3G, sono comunque importanti e utili. Una varietà di servizi dati è supportata con velocità dati utente fino a 9,6 kbps. Possono essere supportati servizi tra cui fax del gruppo 3, videotext e teletex.

Un servizio che è cresciuto enormemente è il servizio di messaggi brevi. Sviluppato come parte della specifica GSM, è stato anche incorporato in altre tecnologie cellulari. Può essere considerato simile al servizio di paging, ma è molto più completo e consente la messaggistica bidirezionale, l'archiviazione e la consegna inoltrata e consente anche messaggi alfanumerici di lunghezza ragionevole. Questo servizio è diventato particolarmente popolare, inizialmente tra i giovani in quanto prevedeva un costo fisso semplice e contenuto.

Nozioni di base sul GSM

La tecnologia cellulare GSM aveva una serie di obiettivi di progettazione quando è iniziato lo sviluppo:

  • Dovrebbe offrire una buona qualità vocale soggettiva
  • Dovrebbe avere un costo telefonico o terminale basso
  • I terminali dovrebbero poter essere tenuti in mano
  • Il sistema dovrebbe supportare il roaming internazionale
  • Dovrebbe offrire una buona efficienza spettrale
  • Il sistema dovrebbe offrire la compatibilità ISDN

La tecnologia cellulare GSM risultante che è stata sviluppata ha fornito tutto questo. La definizione generale del sistema per GSM descrive non solo l'interfaccia aerea ma anche la rete o la tecnologia dell'infrastruttura.

Adottando questo approccio è possibile definire il funzionamento dell'intera rete per consentire il roaming internazionale oltre a consentire agli elementi di rete di diversi produttori di operare fianco a fianco, sebbene quest'ultima funzionalità non abbia funzionato completamente, soprattutto con gli articoli più vecchi.

L'interfaccia RF o aerea della tecnologia cellulare GSM utilizza canali RF a 200 kHz. Questi sono multiplex a divisione di tempo per consentire a un massimo di otto utenti di accedere a ciascun vettore. In questo modo è un sistema TDMA / FDMA.

Le stazioni ricetrasmittenti di base (BTS) sono organizzate in piccoli gruppi, controllati da un controller di stazione base (BSC) che è tipicamente collocato insieme a uno dei BTS. Il BSC con i suoi BTS associati è definito il sottosistema della stazione base (BSS).

Più avanti nella rete centrale c'è la principale area di commutazione. Questo è noto come il centro di commutazione mobile (MSC). Ad esso sono associati i registri di posizione, vale a dire il registro di posizione domestica (HLR) e il registro di posizione dei visitatori (VLR) che tracciano la posizione dei cellulari e consentono di instradare le chiamate a loro. Inoltre vi è il Centro di autenticazione (AuC) e il Registro di identificazione delle apparecchiature (EIR) che vengono utilizzati per autenticare il cellulare prima che sia consentito nella rete e per la fatturazione. Il funzionamento di questi è spiegato nelle pagine seguenti.

Ultimo ma non meno importante è il cellulare stesso. Spesso definito ME o apparecchiatura mobile, questo è l'elemento che l'utente finale vede. Questo elemento dell'architettura di rete complessiva ha introdotto alcuni nuovi elementi e ha alimentato la crescita dell'ecosistema globale dei telefoni cellulari.

Una caratteristica importante che è stata implementata per la prima volta su GSM è stata l'uso di un modulo di identità dell'abbonato. Questa carta portava con sé l'identità dell'utente e altre informazioni per consentire all'utente di aggiornare un telefono molto facilmente, pur mantenendo la stessa identità sulla rete. È stato utilizzato anche per memorizzare altre informazioni come "rubrica" ​​e altri elementi.

L'introduzione della SIM ha consentito alle persone di cambiare telefono molto facilmente, e questo ha alimentato l'industria manifatturiera dei telefoni e ha consentito il lancio di nuovi telefoni con funzionalità aggiuntive. Ciò ha consentito agli operatori di telefonia mobile di aumentare il ricavo medio per utente (ARPU) garantendo che gli utenti siano in grado di accedere a tutte le nuove funzionalità che possono essere lanciate sulla rete che richiedono telefoni più sofisticati.

La durata della batteria era un altro aspetto importante e l'uso di GMSK significava che la carenza dell'amplificatore del trasmettitore RF poteva essere elevata, consentendo ai tempi di durata della batteria di superare diversi giorni, soprattutto con il miglioramento della tecnologia della batteria.

Messaggi SMS GSM

Un'altra capacità del GSM che è decollata in un modo inaspettato è stata quella di inviare messaggi di testo. La messaggistica SMS è stata utilizzata per la prima volta il 3 dicembre 1992, quando Neil Papworth, ha utilizzato un personal computer per inviare il messaggio di testo "Merry Christmas" tramite la rete GSM Vodafone del Regno Unito.

Sebbene il principio della messaggistica di testo sia stato stabilito nel 1992, è stato solo nel 1994 che il fornitore di rete finlandese Radiolinja è diventato il primo a offrire un servizio di messaggistica di testo SMS commerciale da persona a persona.

Una volta che i messaggi di testo si sono affermati, presto è decollato come fornitore un modo molto più economico di inviare messaggi rispetto a effettuare una chiamata. Di conseguenza, molte persone lo hanno utilizzato poiché l'utilizzo del telefono cellulare si era diffuso e le giovani generazioni potevano gestire i costi molto meglio inviando messaggi.

Come risultato dell'utilizzo della messaggistica SMS sulla rete GSM, è stato adottato da altri sistemi 2G in quanto ha fornito entrate aggiuntive per i fornitori di rete e una forma di comunicazione economica per gli utenti.

Panoramica del sistema GSM

La tabella sottostante riassume i punti principali della specifica del sistema GSM, mostrando alcune delle caratteristiche salienti di interesse tecnico.


Riepilogo delle specifiche per il sistema cellulare GSM
Tecnologia ad accesso multiploFDMA / TDMA
Tecnica duplexFDD
Banda di frequenza di uplink890-915 MHz
(solo banda 900 MHz di base)
Banda di frequenza downlink933-960 MHz
(solo banda 900 MHz di base)
Spaziatura dei canali200 kHz
ModulazioneGMSK
Codifica vocaleVarie: l'originale era RPE-LTP / 13
Canali vocali per canale RF8
Velocità dati del canale270,833 kbps
Durata del frame4.615 ms

Ulteriori sviluppi del GSM

Il GSM è stato un sistema di telecomunicazioni mobili particolarmente efficace. Inizialmente era stato concepito per l'uso in Europa, ma in un tempo relativamente breve il sistema è stato utilizzato ben oltre i confini dell'Europa, diventando un sistema accettato a livello internazionale.

Oltre al suo successo come sistema di comunicazione vocale, è stato sviluppato oltre la capacità vocale di base per essere in grado di trasportare dati. Con Internet sempre più utilizzato, il GSM è stato sviluppato per iniziare a soddisfare queste esigenze.

  • GPRS: GPRS, il General Packet Radio Service, era un'evoluzione del sistema di telecomunicazioni cellulari GSM 2G. Utilizzando dati a pacchetto piuttosto che circuiti dati a commutazione di circuito, ha consentito di raggiungere velocità simili a quelle sperimentate utilizzando i servizi di connessione in rete in condizioni ideali. Tuttavia, la velocità dei dati era molto bassa rispetto ai sistemi utilizzati oggi.

    Nota su 2G GPRS:

    GPRS - General Packet Radio System ha introdotto i dati a pacchetto nel sistema di telefonia cellulare GSM. Sebbene i dati fossero lenti per gli standard attuali, consentivano ai dati di diventare una parte principale del sistema.

    Per saperne di più 2G GPRS.

  • GSM EDGE: GSM EDGE, Enhanced Data rate for GSM Evolution, è stata l'evoluzione di GSM e GPRS che utilizzavano la modulazione 8PSK per raggiungere velocità di trasferimento dati fino a 384 kbps. Sebbene ciò abbia fornito un aumento significativo rispetto al GPRS, la velocità dei dati era ancora molto bassa.

    Nota su 2G GSM EDGE:

    GSM EDGE - Enhanced Data rate per GSM Evolution ha previsto un aumento delle velocità dati ottenibili dal sistema basato su 2G GSM. Utilizzando dati a pacchetto (già utilizzati su GPRS) e cambiando il formato di modulazione in 8PSK, sono stati ottenuti notevoli aumenti nelle prestazioni dei dati.

    Per saperne di più 2G GSM EDGE.

Man mano che il GSM si è evoluto fornendo più di semplici chiamate vocali e ha iniziato a trasportare dati, ha iniziato a mostrare il modo in cui si sarebbe sviluppata la tecnologia delle comunicazioni mobili.

Anche se ci sono voluti alcuni anni, il GSM è diventato costantemente il sistema di telefonia mobile 2G dominante. Attributi innovativi come la scheda SIM che consente di mantenere lo stesso numero e account quando il telefono è stato aggiornato, insieme ad aspetti come il roaming internazionale, gli hanno dato un vantaggio significativo rispetto ad altri sistemi.

Anche molti anni dopo la rete GSM di base e le tecnologie e l'architettura di aggiornamento GSM vengono utilizzate per fornire servizi legacy a molti sistemi che si basano su una tecnologia di base. Sebbene gli operatori abbiano ridotto lo spettro a sua disposizione, è probabile che il GSM venga mantenuto ancora per molti anni a venire.

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