Global System for Mobile Communications ( GSM ) (früher „Special Mobile Group“) ist ein digitaler Standard der zweiten Generation ( 2G ) für die Mobiltelefonie . Die für die Definition dieses Standards zuständige Arbeitsgruppe wurde 1982 von der European Conference of Postal and Telecommunications Administrations (CEPT) eingerichtet.
Es wurde von ETSI (European Institute for Telecommunications Standards) für den 900 MHz Frequenzbereich spezifiziert und entwickelt .
Eine Variante namens Digital Communication System ( DCS ) verwendet den 1800- MHz-Bereich .
Dieser Standard wird insbesondere in Europa, Afrika, dem Mittleren Osten und Asien verwendet. Zwei weitere Varianten, 850 MHz und 1900 MHz PCS (Personal Communications Services), kommen ebenfalls zum Einsatz. Der Datenschutz wird durch die Verschlüsselungsalgorithmen A5/1 und A5/2 gewährleistet .
Aufgrund seiner Konzeption ist das GSM-Netz ideal für die Kommunikation vom Typ „Sprache“ ( Telefonie ). Da das Netz umgeschaltet ist , werden Ressourcen nur für die Dauer des Gesprächs zugewiesen, z. B. bei der Nutzung von Festnetzanschlüssen. Kunden können entweder eine Prepaid-Karte kaufen oder ein Abonnement abschließen.
Unter der Ägide der 3GPP- Organisation wurde der GSM-Standard dann um die Erweiterungen GPRS (General Packet Radio Services) und dann EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) erweitert, um höhere Geschwindigkeiten und den Transport von Daten im "Paket"-Modus zu unterstützen . Diese beiden Modi können mit dem „Switched Voice“-Modus von GSM koexistieren und dieselben Antennen und dieselben Frequenzbänder verwenden.
Das Konzept des zellularen Netzes geht auf die Netze der ersten Generation zurück, die Anfang der 80er Jahre in Betrieb genommen wurden, mehrere Länder wiederum bauen Netze mit ihren eigenen sogenannten analogen Systemen (Gespräche werden im Klartext übertragen) auf digitalen Bändern aus. Frequenzen unterscheiden sich oft von einem Staat zum anderen. Die Netze sind bestenfalls nach Zonen (Zellen) unterschiedlicher Größe organisiert, die ungefähr Kreisen mit einem Radius von 30 bis 50 Kilometern entsprechen, zusammenhängend oder nicht, in deren Mitte jeweils eine Relaisantenne installiert ist . Je nach Topographie ist es möglich, dass einige Zellen denselben Teil des Territoriums abdecken. Wenn ein Abonnent des Dienstes sein Endgerät (meist ein Bordmobiltelefon) einschaltet, sucht es automatisch per Funkabtastung nach einer Basisstation (BTS). Werden mehrere Basisstationen gefunden, wird die Verbindung zum Netz des Bordterminals mit der Station hergestellt, die die für die Kommunikation notwendige Signalqualität in bester Qualität bietet. Es heißt dann, dass das Endgerät erkannt und im Netzwerk angemeldet ist, dass es im "Standby-Modus" konfiguriert ist. Er kann nun über diese Basisstation die für ihn bestimmten Anrufe entgegennehmen und versenden. Diese Verbindung bleibt aktiv, solange die Signale auf einem geeigneten Pegel bleiben. Jede Basisstation hat eine Anzahl unterschiedlicher bidirektionaler (oder Vollduplex-)Kanäle, die registrierten Endgeräten dynamisch (nach Bedarf) zugewiesen werden. Wenn das Endgerät während einer Kommunikation die Zelle verlässt und die Verbindung mit der Station verliert, mit der es verbunden ist, wird das Gespräch allmählich beeinträchtigt oder sogar plötzlich unterbrochen, selbst wenn es sich zufällig in einer anderen Zelle desselben Netzes befindet, in der sich das Endgerät sofort befindet versucht sich neu anzumelden. Dieser Nachteil zwingt Benutzer oft, ihr Fahrzeug anzuhalten, um eine gute Kommunikationsqualität aufrechtzuerhalten (wenn sie können) oder wiederzugewinnen. Die lange Zeit unbekannte Technik des Handovers (Möglichkeit, die Kommunikation ohne räumliche Begrenzung innerhalb der Landesgrenzen aufrechtzuerhalten) muss noch definiert und entwickelt werden. Trotz der hohen Kosten für die Installation der Terminals und einiger Unzulänglichkeiten haben die verschiedenen Systeme einige Erfolge erzielt, was zu einem Ressourcenengpass führte. Die begrenzte Kapazität jeder Basisstation in Standby-Verbindungen zusätzlich zur gleichzeitigen Kommunikation macht es zwingend erforderlich, einige Systeme durch Zuweisung eines Dienstfrequenzbandes zu verbessern, um die Anzahl der Teilnehmer bis zu einer bestimmten Stufe zu erhöhen, unter der Annahme, dass sie telefonieren nicht alle gleichzeitig. Handy- Systeme sind immer noch in den Kinderschuhen. Die Relaisantennen der BTS benötigen dann ausreichend Leistung, um die mobilen Endgeräte von 2 oder 10 Watt mit unterschiedlichen Gewichten zu versorgen, je nachdem, ob sie seltene Fußgänger oder Autofahrer ausstatten. Damit können Störungen, benachbarte Abdeckung Kreise vermeiden nicht die gleichen Frequenzen wieder verwenden somit die Frequenz Reduktions Spektrum in jeder Zelle.
Im Jahr 1987 sind die technischen Möglichkeiten der Verwendung von über 2 nd Generation Mobilfunk wurden von der GSM (Group für Mobile Service) des eingestellten ETSI . So wird die digitale Übertragung (verschlüsselt) und nicht mehr analog, die Verschlüsselung von Informationen und das Zeitmultiplexing der Funkkanäle verwendet.
1988 entwickelte Ericsson sein erstes GSM-System für die Firma Vodafone .
1991 wurde von der GSM-Gruppe eine erste experimentelle Kommunikation hergestellt. Auch das Akronym GSM ändert seine Bedeutung zu Global System for Mobile Communications . Anschließend werden die technischen Spezifikationen vervollständigt, um im 1800- MHz-Band arbeiten zu können .
Auf der Messe Telecom 91 in Genf wird mit Hilfe von Basisstationen, die auf dem nahegelegenen französischen Territorium installiert sind, der Einsatz von GSM-Terminals an Bord von Kraftfahrzeugen demonstriert.
Sie sind in den USA und Kanada präsent. Einige Länder verwenden nur den GSM 850-Standard (Ecuador, Panama usw.). GSM 1900 wird auch PCS 1900 ( Personal Communications Service ) genannt.
Diese beiden Arten von Netzwerken finden sich in Europa, insbesondere in Belgien, Spanien, Frankreich, Deutschland, Italien und der Schweiz.
GSM 900 verwendet das 880-915- MHz- Band zum Senden von Sprache oder Daten vom Mobiltelefon und das 925-960- MHz- Band zum Empfangen von Informationen aus dem Netz.
Das GSM 1800 verwendet das Band 1710 MHz – 1 785 MHz zum Senden von Daten vom mobilen Endgerät ( Upload ) und das Band 1805 MHz – 1 880 MHz zum Empfangen von Informationen ( Download ).
Geräte, die sowohl in 900 als auch 1800 arbeiten, werden als GSM-Dualband oder einfach als Dualband bezeichnet .
GSM 1800 wird auch DCS 1800 ( Digital Communication System ) genannt.
Der Aufbau eines 900 MHz GSM-Netzes mit guter Abdeckung ist in Entwicklungsländern oft teuer. Die abzudeckenden Flächen sind enorm, die Bevölkerungsdichte stellenweise gering und die finanziellen Mittel zum Aufbau der Infrastruktur sinken. Das Hauptproblem in dünn besiedelten Gebieten ist die hohe Anzahl an zu installierenden Basisstationen. Auch Industrieländer stehen vor diesem Versorgungsproblem im ländlichen Raum.
Die Verwendung niedrigerer Frequenzen erhöht die Reichweite von Basisstationen erheblich. Somit wäre ihre Reichweite bei 450 MHz fast doppelt so groß wie bei 900 MHz . Ericsson und Nokia arbeiteten Anfang der 2000er Jahre an der Entwicklung eines GSM-Standards, der in den Frequenzbändern 450 MHz und 480 MHz funktioniert . Mit diesen Frequenzen könnte die Funkabdeckung 120 km erreichen . Dies wäre besonders geeignet für Küsten-, Wüsten- oder ländliche Gebiete, wo wenig Verkehr und das Gelände flach ist.
Aber diese Technologie war kommerziell nicht erfolgreich; 2012 wurde dieses Frequenzband nirgendwo für GSM-Netze verwendet und es wurde kein GSM-450-kompatibles Telefon verkauft.
Frequenzen im 900- MHz-Band können für GSM und seit 2008 auch für UMTS genutzt werden .
Das GSM-R- Netz ist ein privates Netz für die Bahnkommunikation von Sol-Trains. Es ist nicht kompatibel mit „allgemeinen“ GSM- oder UMTS-Endgeräten und daher für herkömmliche GSM-Teilnehmer nicht erreichbar. In Frankreich ist das GSM-R-Frequenzband (876 - 880 MHz und 921 - 925 MHz ) mehreren Eisenbahnunternehmen zugeteilt, insbesondere SNCF Réseau und Eurotunnel, die jeweils über ein eigenes GSM-R-Netz verfügen.
Die Vergabe von GSM- Frequenzen und ihre Entwicklung werden in den folgenden Abschnitten beschrieben.
Vor Mitte 2011Auf dem gesamten Stadtgebiet und in einigen sehr dichten Gebieten bis Ende 2012:
Seit 12. Juli 2011 (Ankunft von Free Mobile )Betreiber können dieses Frequenzband zwischen GSM und UMTS teilen . Bei gemischter Nutzung weisen Betreiber mit 10 MHz Bandbreite 5 MHz UMTS und 5 MHz GSM zu.
In den meisten Metropolregionen :
Etwa 13 Militärlager :
Auf dem gesamten Stadtgebiet außer in sehr dichten Gebieten:
In sehr dichten Gebieten:
Zwischen 1 st Oktober 2013 und 24. Mai 2016Bouygues Telecom kann sein auf 2 x 21,6 MHz reduziertes Frequenzband zwischen GSM und LTE auf dem französischen Festland teilen :
Seit 25. Mai 2016Nach den Entscheidungen von Arcep von Juli 2015, Bouygues Telecom, Orange und SFR können dieses Frequenzband seit Mai 2016 für GSM und LTE nutzen .
Free hat 15 MHz Duplex in diesem für LTE nutzbaren Frequenzband . Die Frequenzbänder der 3 anderen Betreiber wurden verschoben und auf 20 MHz Duplex im französischen Mutterland reduziert :
Die Mobiltelefone enthalten eine herausnehmbare SIM-Karte zur Identifizierung des Benutzers (Teilnehmer) und optional zum Speichern mehrerer Telefonnummern . In einigen neueren Terminals kann die SIM-Karte durch eine nicht entfernbare virtuelle SIM-Karte, die eSIM, ersetzt werden .
Jedes Gerät ( Endgerät ) wird auch, unabhängig von seiner Marke, durch eine IMEI- Nummer identifiziert, die durch Eingabe auf der Tastatur der Sequenz USSD : erhalten wird *#06#. Diese IMEI-Kennung kann notiert und im Falle eines Diebstahls an seinen Betreiber gemeldet werden , um ihn zu blockieren. Diese Kennung darf nicht mit der auf der SIM-Karte enthaltenen IMSI verwechselt werden .
Der PIN-Code ist das Passwort für die SIM-Karte ; Der PUK-Code wird verwendet, um eine SIM-Karte zu entsperren, die nach Eingabe von 3 falschen PIN-Codes gesperrt wird. Der PIN2-Code, falls vorhanden, ist ein Passwort für eine bestimmte Teilmenge der Funktionen der SIM-Karte; der PUK2-Code ist auf die gleiche Weise damit verbunden.
In einem Mobilfunknetz wird ein Gerät durch einen TMSI- Code ( Temporary Mobile Station Identifier ) identifiziert , der aus dem IMSI-Code abgeleitet wird. Dank dieses IMSI / TMSI-Systems wird einem Mobiltelefon seine Rufnummer im Funknetz nicht bekannt gegeben , was die Vertraulichkeit von Anrufen garantiert: Da sich die TMSIs häufig ändern und abwechselnd mehreren Endgeräten zugewiesen werden, hat ein Abhörender nur sehr wenig Möglichkeit, eine Telefonnummer mit einer TMSI zu verknüpfen.
Das spezifische Netz für GSM wird PLMN ( Public Land Mobile Network ) genannt, wobei jeder Betreiber sein eigenes hat. Es ist an das öffentliche Telefonnetz (PSTN), aber auch direkt an andere Mobilfunknetze ( UMTS , LTE ) und an die anderer Betreiber angeschlossen.
TDMA ( Zeitmultiplex-Vielfachzugriff oder Englisch für TDMA-Zeitmultiplex- Vielfachzugriff ) und FDMA ( Division-Vielfachzugriffsfrequenz oder Englisch für FDMA- Frequenzmultiplex-Vielfachzugriff ) werden verwendet, um mehr Benutzer mit Basisstationen zu verbinden, ohne das Netzwerk zu sättigen.
GSM verwendet zwei Frequenzbänder, eines für den Uplink (TX), das andere für den Downlink (RX), in die Signalisierungskanäle integriert sind; die Leistung des Signals wird entsprechend der Entfernung zwischen der Antenne und dem betrachteten GSM moduliert, was eine Schätzung der Entfernung zwischen einem Benutzer und der Antenne ermöglicht.
Das 880-915 MHz Band wird in Europa für den Uplink verwendet , während das 925-960 MHz Band für den Downlink verwendet wird. Jedes dieser Bänder umfasst 175 Träger ( Kanäle ) im Abstand von 200 kHz ; in Frankreich sind sie auf 4 Betreiber verteilt (siehe GSM-Frequenzen in Frankreich ). Die auf diesen Trägern verwendete Modulation ist GMSK , was es ermöglicht, Trägerüberlappungen zu vermeiden.
Jeder Träger hat acht Zeitschlitze (TS). Sie dauern etwa 577 μs. Die physikalischen Kanäle, die verwendet werden, um Sprache (oder Signalisierung) zu übertragen, sind diese Schlitze.
Jeder Träger hat eine Rohrate von 271 kbit/s , während die physikalischen Kanäle eine Rohrate von 33,8 kbit/s haben . Die Nutzgeschwindigkeit beträgt 24,7 kbit/s in GSM. Diese Geschwindigkeit ist bei den Standards höher, die für die Übertragung von GPRS- und EDGE- Daten optimiert sind, die von GSM stammen und die gleichen Frequenzbänder und die gleichen Relaisantennen verwenden.
Der GSM-Frequenzplan ist ziemlich komplex, da es notwendig ist, die verwendeten Wellenlängen zwischen den Antennen zu verteilen , um einen Resonanzeffekt zu vermeiden, der die Kommunikation stören würde. Die Reichweite der Antennen sowie die Verteilung der Wellenlängen ist also eine ziemlich heikle Aufgabe, damit die Zellen nicht miteinander verwürfeln (eine Zelle = die strahlende Fläche einer Antenne).
In der Praxis kann ein GSM, wenn er am Rand einer Funkzelle platziert wird, bis zu 7 Antennen sehen, diejenige, an die er gerade angeschlossen ist und 6 in Reserve, auf die er bei Verschiebung umschalten kann, sobald die die zum Kommunizieren mit einer der Reserveantennen erforderliche Leistungsabgabe wird schwächer als die, die zum Erreichen ihrer aktuellen Antenne erforderlich ist; eine Regel ist, ständig minimale Energie zu verwenden, um zu kommunizieren.
Das GSM-Netz ermöglicht mehrere Dienste:
GSM-Netze sind über einen großen Teil der Erdoberfläche verteilt; Voraussetzung für den Anschluss an ein Netz ist die Verfügbarkeit von Basisstationen („Funkzellen“) in der Nähe des Standorts des Mobiltelefons (auch die Akkuladung des Telefons beeinflusst die Empfangsreichweite). So sind dünn besiedelte Gebiete (hohe Berge, weite Landschaften, Wüsten), große Höhen (z. B. mit dem Flugzeug), Erdhöhlen (Höhlen, Tunnel) und das Meer (ober- und unterhalb der Oberfläche) oft ohne GSM-Netzzugang.
GSM-Netze ( Global System for Mobile Communications ) deckten im Jahr 2014 219 Länder oder Territorien ab.
Im Jahr 2016 verbuchte der GSMA- Verband für GSM und abgeleitete Mobilfunknetze ( UMTS und LTE ) 4,8 Milliarden Unique User und 7,9 Milliarden anschließbare SIM-Karten weltweit.
In Deutschland existierten vier Betreiber nebeneinander:
Die Netze E-Plus und O 2 22014 unter der Marke O 2 fusioniert ; Deutschland geht dann nach der Übernahme von E-Plus durch Telefònica an 3 Betreiber über.
In Belgien gibt es drei Betreiber: Base , Orange , Proximus . GSM oder umgangssprachlicher G ist auch der in Belgien gebräuchliche Ausdruck zur Bezeichnung eines Mobiltelefons , sowohl im französischsprachigen als auch im niederländischsprachigen Bereich .
In Spanien gibt es vier Betreiber:
In Frankreich gibt es vier Betreiber :
Die ersten drei Netze bieten Zugang zu Mobilfunkdiensten im GSM- und GPRS / EDGE- Modus auf den Frequenzbändern 900 MHz und 1 800 MHz sowie im UMTS- Modus , jetzt ergänzt durch die neuere 4G LTE- Technologie für Orange, SFR, Bouygues Telecom und Free Handy, Mobiltelefon. Das kostenlose Mobilfunknetz verwendet den 3G-UMTS-Standard auf den Frequenzbändern 900 MHz und 2100 MHz und den LTE-Standard auf den Frequenzbändern 700 MHz , 1800 MHz und 2600 MHz ; es ist nicht GSM-kompatibel. Dank einer zwischen den beiden Betreibern unterzeichneten Roaming- Vereinbarung haben jedoch kostenlose Mobilfunkteilnehmer Zugang zu den GSM / EDGE- und UMTS-Netzen von Orange .
In Großbritannien gibt es nach der Fusion von Orange und T-Mobile vier Betreiber .
In Italien gibt es vier Betreiber:
Die Schweiz hat drei Mobilfunkanbieter:
Portugal hat drei Mobilfunkanbieter :
In der Demokratischen Republik Kongo gibt es fünf Telekommunikationsanbieter:
In Marokko gibt es drei Betreiber:
In Algerien gibt es drei Betreiber:
In Tunesien gibt es drei Betreiber:
In Togo gibt es zwei Betreiber:
Im Senegal gibt es drei Betreiber:
Im Kongo gibt es vier Betreiber:
In Mauretanien gibt es drei Betreiber:
In Niger gibt es vier Betreiber:
Burkina Faso hat drei Betreiber:
In Mali gibt es zwei Betreiber:
Côte d'Ivoire hat 3 Betreiber:
In Kamerun gibt es 3 Hauptanbieter:
Die Vereinigten Staaten, die aus historischen Gründen einen anderen Standard verwendeten: CDMA , haben seit 2004 über die nationalen Netze der Betreiber AT&T und T-Mobile eine GSM / UMTS-Abdeckung fast des gesamten Territoriums.
Es gibt auch virtuelle Betreiber, die weder über eine GSM-Funkinfrastruktur noch über ein zugewiesenes Frequenzband verfügen, sondern die Netze anderer Betreiber vermieten : die MVNOs .
Das GSM-Netz hat die Besonderheit, dass nur der Benutzer über die SIM-Karte authentifiziert wird . Das Telefon authentifiziert das Netzwerk nicht. Es ist dann möglich, IMSI-Catcher oder Man-in-the-Middle- Angriffe durchzuführen, um die Kommunikation abzufangen.
Das 28. Dezember 2009, gab der Software-Ingenieur und Verschlüsselungsexperte Karsten Nohl auf dem Chaos Communication Congress bekannt, dass er und eine Gruppe den GSM-Verschlüsselungscode A5/1 "geknackt" haben . Ihr Angriff demonstrierte die Möglichkeit, die Kommunikation nahezu in Echtzeit zu entschlüsseln . Trotzdem haben Beamte der GSM-Entwicklung darauf hingewiesen, dass das Abfangen eines Anrufs kompliziert bleibt, obwohl der Algorithmus jetzt für jeden verfügbar ist.
Viele Mobilfunkanbieter bieten auf ihrer Website eine Seite an, auf der Sie die Empfangsgebiete für jede Übertragungsart (2G, 3G) kennen. Diese werden in vielen Fällen überschätzt. Aus diesem Grund gibt es mehrere Projekte, die darauf abzielen, diese Art von Karte aus den Informationen zu erstellen, die der tatsächliche Empfang von Telefonen und Smartphones mit GPS liefert ; finden wir zum Beispiel: