Sistemul global pentru comunicații mobile ( GSM ) (istoric „Special Mobile Group”) este un standard digital de a doua generație ( 2G ) pentru telefonie mobilă . Grupul de lucru responsabil pentru definirea acestui standard a fost înființat în 1982 de Conferința europeană a administrațiilor poștale și de telecomunicații (CEPT).
Acesta a fost specificat și dezvoltat de ETSI (Institutul European pentru Standarde de Telecomunicații) pentru gama de frecvențe de 900 MHz .
O variantă numită Digital Communication System ( DCS ) utilizează gama de 1800 MHz .
Acest standard este utilizat în special în Europa, Africa, Orientul Mijlociu și Asia. Sunt utilizate și alte două variante, 850 MHz și 1900 MHz PCS (servicii de comunicații personale). Protecția datelor este asigurată de algoritmii de criptare A5 / 1 și A5 / 2 .
Așa cum a fost proiectată, rețeaua GSM este ideală pentru comunicațiile de tip „voce” ( telefonie ). Pe măsură ce rețeaua este comutată , resursele sunt alocate numai pe durata conversației, cum ar fi atunci când se utilizează linii telefonice fixe. Clienții pot fie să cumpere un card preplătit, fie să își subscrie un abonament.
Sub egida organizației 3GPP , standardul GSM a fost apoi extins pentru a suporta viteze mai mari și transportul datelor în modul „pachet” prin extensiile GPRS (General Packet Radio Services) apoi EDGE (Enhanced Data rate for GSM Evolution). Aceste două moduri pot coexista cu modul „voce comutată” al GSM și pot utiliza aceleași antene și aceleași benzi de frecvență.
Conceptul de rețea celulară provine din rețelele de primă generație puse în funcțiune la începutul anilor 1980. Mai multe țări dezvoltă la rândul lor rețele folosind așa-numitele lor sisteme analogice (conversațiile sunt transmise în clar), funcționând pe benzi digitale. frecvențe adesea diferite de la o stare la alta. Rețelele sunt organizate în cel mai bun caz, în funcție de zone (celule) de dimensiuni variabile care corespund aproximativ cercurilor de 30 până la 50 de kilometri pe rază, adiacente sau nu, în centrul fiecăreia dintre care este instalată o antenă de releu . În funcție de topografie, este posibil ca unele celule să acopere aceeași porțiune a teritoriului. Atunci când un abonat la serviciu își pornește terminalul (cel mai adesea telefonul mobil la bord), acesta caută automat o stație de bază (BTS) prin scanare radio . Dacă se găsesc mai multe stații de bază, conexiunea la rețeaua terminalului de bord se face cu stația oferind cea mai bună calitate a semnalelor necesare pentru comunicație. Se spune apoi că terminalul este recunoscut și înregistrat în rețea, că este configurat în „modul de așteptare”. Acum poate primi apeluri destinate acestuia, precum și să le trimită prin această stație de bază. Această conexiune rămâne activă, atât timp cât semnalele rămân la un nivel adecvat. Fiecare stație de bază are un număr de canale bidirecționale (sau full duplex) diferite atribuite dinamic (după cum este necesar) terminalelor înregistrate. Dacă în timpul unei comunicări terminalul părăsește celula și pierde legătura cu stația la care este conectată, conversația este degradată treptat, sau chiar brusc întreruptă, chiar dacă se întâmplă să fie într-o altă celulă a aceleiași rețele în care terminalul se află imediat caută să se înregistreze din nou. Acest dezavantaj îi obligă adesea pe utilizatori să își oprească vehiculul pentru a menține (când pot) sau pentru a-și recâștiga o bună calitate a comunicării. De mult necunoscută, tehnica predării (posibilitatea de a menține comunicarea fără limite de spațiu în interiorul granițelor naționale) rămâne să fie definită și dezvoltată. În ciuda costului ridicat al instalării terminalelor și a câtorva neajunsuri, diferitele sisteme au înregistrat un anumit succes, ceea ce a dus la blocarea resurselor. Capacitatea fiecărei stații de bază limitată în conexiunile de așteptare, în plus față de comunicațiile simultane, face obligatorie îmbunătățirea unor sisteme prin alocarea unei benzi de frecvență a serviciului, făcând posibilă creșterea numărului de abonați până la o anumită etapă, în ipoteza că acestea nu telefonați în același timp. Sistemele de telefonie mobilă sunt încă la început. Cele mai antenele releu ale BTS apoi nevoie de o putere suficientă pentru a servi terminalele mobile de 2 sau 10 wați cu greutăți diferite , în funcție de faptul dacă acestea echipează pietoni rare sau automobiliști. Pentru a evita interferențele, cercurile de acoperire adiacente nu pot reutiliza aceleași frecvențe, reducând astfel spectrul de frecvență disponibil în fiecare celulă.
În 1987, opțiunile tehnice privind utilizarea a 2 doua generație de telecomunicații mobile au fost stabilite de AGA (Grupul pentru un Serviciu Mobil) a ETSI . Astfel, se utilizează transmisia digitală (criptată) și nu mai analogică, criptarea informațiilor și multiplexarea în timp a canalelor radio.
În 1988, Ericsson a dezvoltat primul său sistem GSM pentru compania Vodafone .
În 1991, o primă comunicare experimentală a fost făcută de grupul GSM. Acronimul GSM își schimbă de asemenea semnificația pentru a deveni Sistem Global pentru comunicații mobile . Specificațiile tehnice sunt apoi completate pentru a putea opera în banda de 1800 MHz .
La spectacolul Telecom 91 din Geneva, prin intermediul stațiilor de transmisie de bază instalate pe teritoriul francez din apropiere, se demonstrează utilizarea terminalelor GSM la bordul autovehiculelor.
Sunt prezenți în Statele Unite și Canada. Unele țări folosesc doar standardul GSM 850 (Ecuador, Panama etc.). GSM 1900 se mai numește și PCS 1900 ( Serviciul de comunicații personale ).
Aceste două tipuri de rețele se găsesc în Europa, în special în Belgia, Spania, Franța, Germania, Italia, Elveția.
GSM 900 folosește banda de 880-915 MHz pentru a trimite voce sau date de pe mobil și banda de 925-960 MHz pentru a primi informații din rețea.
GSM 1800 folosește banda de 1710 MHz -1 785 MHz pentru trimiterea de date de la terminalul mobil ( încărcare ) și banda de 1 805 MHz -1 880 MHz pentru primirea informațiilor ( descărcare ).
Dispozitivele care funcționează atât în 900, cât și în 1800 sunt numite GSM dual band sau pur și simplu dual band .
GSM 1800 se mai numește și DCS 1800 ( Digital Communication System ).
Configurarea unei rețele GSM de 900 MHz cu o acoperire bună este adesea costisitoare în țările în curs de dezvoltare. Zonele care urmează să fie acoperite sunt enorme, densitatea populației scăzută pe alocuri și mijloacele financiare pentru amenajarea infrastructurii sunt reduse. Principala problemă în zonele slab populate este numărul mare de stații de bază care urmează să fie instalate. Chiar și țările industrializate se confruntă cu această problemă de acoperire în zonele rurale.
Folosirea frecvențelor mai mici mărește semnificativ gama stațiilor de bază. Astfel, la 450 MHz , raza lor de acțiune ar fi aproape dublă față de 900 MHz . Ericsson și Nokia au lucrat la începutul anilor 2000 pentru a dezvolta un standard GSM care funcționează în benzile de frecvență de 450 MHz și 480 MHz . Cu aceste frecvențe, acoperirea radio ar putea ajunge la 120 km . Acest lucru ar fi deosebit de potrivit pentru zonele de coastă, deșertice sau rurale, unde traficul este ușor și terenul este plat.
Dar această tehnologie nu a avut succes comercial; în 2012, această bandă de frecvență nu a fost utilizată nicăieri pentru rețelele GSM și nu a fost vândut niciun telefon compatibil GSM-450.
Frecvențele din banda de 900 MHz pot fi utilizate pentru GSM și, din 2008, pentru UMTS .
Rețeaua GSM-R este o rețea privată dedicată comunicațiilor feroviare Sol-Trains. Este incompatibil cu terminalele GSM sau UMTS „public general” și, prin urmare, este inaccesibil de către abonații convenționali GSM. În Franța, banda de frecvență dedicată GSM-R (876 - 880 MHz și 921 - 925 MHz ) este alocată mai multor întreprinderi feroviare, în special SNCF Réseau și Eurotunnel, care au fiecare propria rețea GSM-R.
Alocarea GSM frecvențelor și evoluția acesteia sunt descrise în următoarele secțiuni.
Înainte de jumătatea anului 2011Pe întreg teritoriul metropolitan și în anumite zone foarte dense până la sfârșitul anului 2012:
Din 12 iulie 2011 (sosirea telefonului mobil gratuit )Operatorii pot partaja această bandă de frecvență între GSM și UMTS . În cazul utilizării mixte, operatorii cu 10 MHz lățime de bandă alocă 5 MHz UMTS și 5 MHz GSM.
În cea mai mare parte a zonei metropolitane :
Aproximativ 13 tabere militare :
Pe întreg teritoriul metropolitan, cu excepția zonelor foarte dense:
În zone foarte dense:
In perioada 1 st octombrie 2013 și 24 mai 2016Bouygues Telecom își poate partaja banda de frecvență redusă la 2 x 21,6 MHz între GSM și LTE în Franța continentală:
Din 25 mai 2016Conform deciziilor Arcep din iulie 2015, Bouygues Telecom, Orange și SFR au putut utiliza această bandă de frecvență pentru GSM și LTE din mai 2016 .
Free are duplex de 15 MHz în această bandă de frecvență utilizabilă pentru LTE . Benzile de frecvență ale celorlalți 3 operatori au fost mutate și reduse la 20 MHz duplex în Franța metropolitană:
De telefoane mobile conțin o cartelă SIM amovibil pentru identificarea utilizatorului (abonat) și , opțional , pentru a stoca un număr de numere de telefon . În unele terminale recente, cartela SIM poate fi înlocuită cu o cartelă SIM virtuală nedemovibilă , eSIM .
Fiecare dispozitiv ( echipament de utilizator ) este de asemenea identificat, indiferent de marca acesteia, un număr IMEI obținut prin introducerea pe tastatură, secvența USSD : *#06#. Acest identificator IMEI poate fi notat și raportat operatorului său , în caz de furt, astfel încât să îl blocheze. Acest identificator nu trebuie confundat cu IMSI-ul conținut pe cartela SIM.
Codul PIN este parola pentru cartela SIM ; codul PUK este utilizat pentru a debloca o cartelă SIM, blocată după introducerea a 3 coduri PIN incorecte. Codul PIN2, dacă există, este o parolă pentru un anumit subset al funcțiilor cartelei SIM; codul PUK2 este asociat cu acesta, în același mod.
Într-o rețea celulară , un dispozitiv este identificat printr-un cod TMSI ( Temporary Mobile Station Identifier ) derivat din codul IMSI. Datorită acestui sistem IMSI / TMSI, un telefon mobil nu are numărul său de apel dezvăluit în rețeaua radio , ceea ce garantează confidențialitatea apelurilor: deoarece TMSI-urile se schimbă adesea și sunt atribuite alternativ mai multor terminale, o persoană care interceptează traficul are foarte puțin șansa de a asocia un număr de telefon cu un TMSI.
Rețeaua specifică pentru GSM se numește PLMN ( Public Land Mobile Network ), fiecare operator având propriul său. Este conectat la rețeaua publică de telefonie cu comutare (PSTN), dar și direct la alte rețele de telefonie mobilă ( UMTS , LTE ) și la cele ale altor operatori.
TDMA ( time division access multiple sau engleză pentru TDMA Time Division Multiple Access ) și FDMA ( division multiple access frequency sau engleză pentru FDMA Frequency Division Multiple Access ) sunt utilizate pentru a permite mai multor utilizatori să fie conectați la stațiile de bază fără să satureze rețeaua.
GSM utilizează două benzi de frecvență, una pentru legătura în sus (TX), cealaltă pentru legătura descendentă (RX) la care sunt integrate canalele de semnalizare; puterea semnalului este modulată în funcție de distanța dintre antenă și GSM luată în considerare, ceea ce face posibilă o estimare a distanței dintre un utilizator și antenă.
Banda de 880-915 MHz este utilizată în Europa, pentru legătura în sus , în timp ce banda de 925-960 MHz este utilizată pentru legătura descendentă. Fiecare dintre aceste benzi cuprinde 175 de purtători ( canale ) distanțați la 200 kHz ; în Franța, acestea sunt distribuite între 4 operatori (a se vedea frecvențele GSM în Franța ). Modulația utilizată pe acești purtători este GMSK , ceea ce face posibilă evitarea suprapunerilor purtătorului.
Fiecare operator are opt intervale de timp (TS). Durează aproximativ 577 μs. Canalele fizice utilizate pentru a transmite voce (sau semnalizare) sunt aceste sloturi.
Fiecare operator are o rată brută de 271 kbit / s , în timp ce canalele fizice au o rată brută de 33,8 kbit / s . Viteza utilă este de 24,7 kbit / s în GSM. Această viteză este mai mare cu standardele, optimizate pentru transferul de date GPRS și EDGE care derivă din GSM și utilizează aceleași benzi de frecvență și aceleași antene de releu.
Planul de frecvență GSM este destul de complex, deoarece este necesar să se distribuie lungimile de undă utilizate între antene, astfel încât să se evite un efect de rezonanță care ar bloca comunicațiile. Așadar, gama antenelor, precum și distribuția lungimilor de undă este o treabă destul de delicată, astfel încât celulele să nu se amestece între ele (o celulă = suprafața radiantă a unei antene).
În practică, dacă este plasat la marginea unei celule radio, un GSM poate vedea până la 7 antene, cea la care este atașat în prezent și 6 în rezervă pe care se poate comuta în caz de deplasare, imediat ce emisia de energie necesară pentru a comunica cu una dintre antenele de rezervă va deveni mai slabă decât cea necesară pentru a ajunge la antena sa curentă; o regulă constă în utilizarea constantă a energiei minime pentru a comunica.
Rețeaua GSM permite mai multe servicii:
Rețelele GSM sunt situate pe o porțiune mare a suprafeței pământului; o condiție necesară pentru conectarea la o rețea este disponibilitatea stațiilor de bază („celule radio”) aproape de locația telefonului mobil (încărcarea bateriei telefonului influențează și raza de recepție). Astfel, zonele slab populate (munți înalți, zone rurale largi, deșerturi), altitudini mari (cu avionul de exemplu), cavitățile terestre (peșteri, tuneluri) și marea (deasupra și sub suprafață) sunt adesea fără acces la rețeaua GSM.
Rețelele GSM ( Global System for Mobile Communications ) au acoperit 219 de țări sau teritorii în 2014.
În 2016, asociația GSMA a reprezentat rețelele mobile GSM și derivate ( UMTS și LTE ) 4,8 miliarde de utilizatori unici și 7,9 miliarde de cartele SIM conectabile la nivel mondial.
În Germania, patru operatori au coexistat:
Rețelele E-Plus și O 2fuzionat în 2014 sub marca O 2 ; Germania trece apoi la 3 operatori în urma achiziției E-Plus de către Telefònica.
În Belgia, există trei operatori: Base , Orange , Proximus . GSM sau mai mult colocvial G este, de asemenea, expresia utilizată în mod obișnuit pentru a desemna un telefon mobil în Belgia, atât vorbitor de franceză , cât și vorbitor de olandeză .
În Spania, există patru operatori:
În Franța, există patru operatori :
Primele trei rețele oferă acces la servicii mobile în mod GSM și GPRS / EDGE pe benzile de frecvență 900 MHz și 1 800 MHz , și în modul UMTS , completat acum de tehnologia 4G LTE mai recentă pentru Orange, SFR, Bouygues Telecom și Free mobil. Rețeaua mobilă gratuită utilizează standardul 3G UMTS pe benzile de frecvență 900 MHz și 2100 MHz , iar standardul LTE pe benzile de frecvență 700 MHz , 1800 MHz și 2600 MHz ; nu este compatibil GSM. Abonații de telefonie mobilă gratuită au totuși acces la rețelele GSM / EDGE și UMTS ale Orange, grație unui acord de roaming semnat între cei doi operatori.
În Marea Britanie există patru operatori, în urma fuziunii dintre Orange și T-Mobile .
În Italia, există patru operatori:
Elveția are trei operatori de telefonie mobilă:
Portugalia are trei operatori de telefonie mobilă :
În Republica Democrată Congo, există cinci operatori de telecomunicații:
În Maroc, există trei operatori:
În Algeria, există trei operatori:
În Tunisia, există trei operatori:
În Togo, există doi operatori:
În Senegal, există trei operatori:
În Congo, există patru operatori:
În Mauritania, există trei operatori:
În Niger există patru operatori:
Burkina Faso are trei operatori:
În Mali, există doi operatori:
Côte d'Ivoire are 3 operatori:
În Camerun există 3 operatori principali:
Statele Unite, care, din motive istorice, au folosit un alt standard: CDMA , au din 2004, prin rețelele naționale ale operatorilor AT&T și T-Mobile, acoperire GSM / UMTS a aproape întregului teritoriu.
Există, de asemenea, operatori virtuali care nu au o infrastructură radio GSM și nici o bandă de frecvență alocată, dar care închiriază rețelele altor operatori : MVNO - urile .
Rețeaua GSM are particularitatea de a autentifica numai utilizatorul, utilizând cartela SIM . Telefonul nu autentifică rețeaua. Apoi este posibil să efectuați atacuri IMSI-catcher sau man-in-the-middle pentru a intercepta comunicațiile.
28 decembrie 2009, inginerul software și expert în criptare Karsten Nohl a dezvăluit la Chaos Communication Congress că el și un grup au „rupt” codul de criptare GSM, A5 / 1 . Atacul lor a demonstrat posibilitatea decriptării comunicațiilor în timp aproape real. În ciuda acestui fapt, oficialii de dezvoltare GSM au indicat că, deși algoritmul este acum disponibil pentru toată lumea, interceptarea unui apel rămâne complicată.
Mulți furnizori de telefonie mobilă oferă o pagină pe site-ul lor care vă permite să cunoașteți zonele de recepție pentru fiecare tip de transmisie (2G, 3G). Acestea sunt în multe cazuri supraestimate. Din acest motiv, există mai multe proiecte care vizează construirea acestui tip de hartă din informațiile furnizate de recepția efectivă a telefoanelor și smartphone-urilor care încorporează un GPS ; putem găsi de exemplu: