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O que é GSM: Primer

O que é GSM: Primer

GSM é um sistema de telefonia móvel de segunda geração ou 2G. Introduzido originalmente em 1991, ainda é usado para muitas chamadas de voz e alguns serviços de baixa taxa de dados que exigem seu uso.

A sigla para GSM originalmente significava Groupe Speciale Mobile, mas mudou para Global System for Mobile Communications à medida que o sistema se espalhava globalmente.

O uso do GSM cresceu além de todas as expectativas originais. Inicialmente, ele foi concebido como um sistema europeu, mas seu uso se espalhou globalmente e em 2004 havia mais de um bilhão de assinaturas - uma conquista marcante, pois levaram mais de 100 anos para os telefones fixos chegarem a este ponto.

Embora a tecnologia tenha evoluído significativamente desde a introdução do GSM como uma tecnologia 2G, ainda é amplamente utilizada, pois os telefones são de baixo custo e o uso da bateria é pequeno, permitindo que os intervalos de carga da bateria sejam de uma semana ou mais.

O que é GSM - visão geral do sistema

O sistema GSM foi projetado como uma tecnologia de telefone celular de segunda geração (2G). Um dos objetivos básicos era fornecer um sistema que permitisse alcançar uma maior capacidade do que os sistemas analógicos da primeira geração anteriores. O GSM conseguiu isso usando um TDMA digital (abordagem de acesso múltiplo por divisão de tempo).

Ao adotar essa técnica, mais usuários poderiam ser acomodados na largura de banda disponível. Além disso, a cifragem do discurso codificado digitalmente foi adotada para manter a privacidade. Usando as tecnologias celulares analógicas anteriores, era possível para qualquer pessoa com um receptor de scanner ouvir chamadas e várias personalidades famosas foram "espionadas" com consequências embaraçosas.

Nota sobre a história da tecnologia do telefone móvel:

A tecnologia de telefonia móvel é desenvolvida a cada ano. Desde os primeiros lançamentos de sistemas de telefonia celular na década de 1980 até os dias atuais, o desenvolvimento de novas tecnologias tem melhorado constantemente os sistemas disponíveis. Começando com os sistemas analógicos de primeira geração, novos sistemas digitais 2G foram introduzidos e evoluíram de forma que a tecnologia 5G agora está sendo desenvolvida.

Leia mais sobre Histórico do telefone móvel.

Serviços GSM

As chamadas de voz ou voz são obviamente a função principal do sistema celular GSM. Para conseguir isso, a fala é codificada digitalmente e posteriormente decodificada usando um vocoder. Uma variedade de vocoders estão disponíveis para uso, sendo destinados a diferentes cenários.

Além dos serviços de voz, a tecnologia celular GSM oferece suporte a uma variedade de outros serviços de dados. Embora seu desempenho não esteja nem perto do nível do fornecido pelo 3G, eles ainda são importantes e úteis. Uma variedade de serviços de dados são suportados com taxas de dados de usuário de até 9,6 kbps. Serviços incluindo fax do Grupo 3, videotexto e teletex podem ser suportados.

Um serviço que cresceu enormemente é o serviço de mensagens curtas. Desenvolvido como parte da especificação GSM, também foi incorporado a outras tecnologias celulares. Pode ser considerado semelhante ao serviço de paging, mas é muito mais abrangente, permitindo o envio de mensagens bidirecionais, armazenamento e encaminhamento, e também permite mensagens alfanuméricas de comprimento razoável. Este serviço tem se tornado particularmente popular, inicialmente entre os jovens, pois oferece um custo fixo simples e baixo.

Noções básicas de GSM

A tecnologia celular GSM tinha vários objetivos de design quando o desenvolvimento começou:

  • Deve oferecer boa qualidade subjetiva de fala
  • Deve ter um telefone ou custo de terminal baixo
  • Os terminais devem ser portáteis
  • O sistema deve suportar roaming internacional
  • Deve oferecer boa eficiência espectral
  • O sistema deve oferecer compatibilidade ISDN

A tecnologia celular GSM resultante que foi desenvolvida forneceu para todos eles. A definição geral do sistema para GSM descreve não apenas a interface aérea, mas também a rede ou tecnologia de infraestrutura.

Ao adotar esta abordagem é possível definir a operação de toda a rede para permitir roaming internacional, bem como permitir que elementos de rede de diferentes fabricantes operem lado a lado, embora esta última característica não funcionasse totalmente, especialmente com itens mais antigos.

A RF ou interface aérea da tecnologia celular GSM usa canais RF de 200 kHz. Eles são multiplexados por divisão de tempo para permitir que até oito usuários acessem cada operadora. Desta forma, é um sistema TDMA / FDMA.

As estações transceptoras de base (BTS) são organizadas em pequenos grupos, controlados por um controlador de estação de base (BSC), que é tipicamente co-localizado com um dos BTSs. O BSC com seus BTSs associados é denominado subsistema de estação base (BSS).

Mais adiante na rede central está a principal área de comutação. Isso é conhecido como centro de comutação móvel (MSC). Associados a ele estão os registros de localização, nomeadamente o registro de localização de casa (HLR) e o registro de localização do visitante (VLR), que rastreiam a localização de celulares e permitem que as chamadas sejam encaminhadas para eles. Além disso, há o Centro de Autenticação (AuC) e o Registro de Identificação de Equipamento (EIR) que são usados ​​na autenticação do celular antes que ele seja permitido na rede e para faturamento. A operação deles é explicada nas páginas a seguir.

Por último, mas não menos importante, é o próprio celular. Freqüentemente denominado ME ou equipamento móvel, este é o item que o usuário final vê. Esse elemento da arquitetura geral da rede introduziu alguns novos itens e alimentou o crescimento do ecossistema geral de telefonia móvel.

Um recurso importante que foi implementado pela primeira vez no GSM foi o uso de um Módulo de Identidade do Assinante. Esse cartão trazia consigo a identidade do usuário e outras informações para permitir que o usuário atualizasse um telefone com muita facilidade, mantendo a mesma identidade na rede. Ele também foi usado para armazenar outras informações como "lista telefônica" e outros itens.

A introdução do SIM permitiu que as pessoas trocassem de telefone com muita facilidade, o que alimentou a indústria de fabricação de telefones e possibilitou o lançamento de novos telefones com recursos adicionais. Isso permitiu que as operadoras de telefonia móvel aumentassem sua receita média por usuário (ARPU), garantindo que os usuários pudessem acessar quaisquer novos recursos que possam ser lançados na rede que requerem telefones mais sofisticados.

A duração da bateria era outro aspecto importante e o uso do GMSK significava que a deficiência do amplificador do transmissor de RF poderia ser alta, permitindo que a vida da bateria ultrapassasse vários dias, especialmente com o aprimoramento da tecnologia da bateria.

Mensagens SMS GSM

Outra capacidade do GSM que decolou de uma maneira inesperada foi o envio de mensagens de texto. As mensagens SMS foram utilizadas pela primeira vez a 3 de Dezembro de 1992, quando Neil Papworth, utilizou um computador pessoal para enviar a mensagem de texto "Feliz Natal" através da rede GSM Vodafone do Reino Unido.

Embora o princípio das mensagens de texto tenha sido estabelecido em 1992, foi apenas em 1994 que o provedor de rede finlandês Radiolinja se tornou o primeiro a oferecer um serviço comercial de mensagens de texto SMS pessoa a pessoa.

Assim que as mensagens de texto se estabeleceram, elas logo decolaram, pois forneciam uma forma muito mais barata de enviar mensagens do que fazer uma chamada. Como resultado, muitos de vocês o usaram quando o uso do telefone móvel se espalhou e a geração mais jovem conseguia gerenciar os custos muito melhor enviando textos.

Como resultado do uso de mensagens SMS na rede GSM, ela foi adotada por outros sistemas 2G, pois proporcionou receita adicional para os provedores de rede e uma forma barata de comunicação para os usuários.

Visão geral do sistema GSM

A tabela abaixo resume os principais pontos da especificação do sistema GSM, mostrando alguns dos principais recursos de interesse técnico.


Resumo de especificações para sistema celular GSM
Tecnologia de acesso múltiploFDMA / TDMA
Técnica duplexFDD
Banda de frequência de uplink890 - 915 MHz
(banda básica de 900 MHz apenas)
Banda de frequência de downlink933 -960 MHz
(banda básica de 900 MHz apenas)
Espaçamento de canal200 kHz
ModulaçãoGMSK
Codificação de falaVários - o original era RPE-LTP / 13
Canais de fala por canal RF8
Taxa de dados do canal270,833 kbps
Duração do quadro4,615 ms

Novos desenvolvimentos do GSM

GSM foi um sistema de telecomunicações móveis particularmente bem-sucedido. Inicialmente, ele foi planejado para uso na Europa, mas em um período relativamente curto de tempo o sistema estava sendo usado bem além das fronteiras da Europa, tornando-se um sistema aceito internacionalmente.

Além de seu sucesso como um sistema de comunicação de voz, foi desenvolvido além da capacidade básica de voz para ser capaz de transportar dados. Com a crescente utilização da Internet, o GSM foi desenvolvido para começar a atender a essas necessidades.

  • GPRS: GPRS, o General Packet Radio Service, foi uma evolução do sistema de telecomunicações celulares GSM 2G. Usando dados de pacote em vez de circuitos de dados comutados por circuito, ele permitiu velocidades semelhantes às experimentadas usando serviços de rede dial-up a serem alcançadas em condições ideais. No entanto, as velocidades de dados eram muito lentas em comparação com os sistemas usados ​​hoje.

    Nota sobre 2G GPRS:

    O GPRS - General Packet Radio System introduziu os dados de pacote no sistema de telefonia celular GSM. Embora os dados fossem lentos para os padrões atuais, eles permitiam que os dados se tornassem uma parte principal do sistema.

    Leia mais sobre 2G GPRS.

  • GSM EDGE: GSM EDGE, Enhanced Data rates for GSM Evolution, foi a evolução do GSM e GPRS que usava modulação 8PSK para atingir taxas de transferência de dados de até 384 kbps. Embora isso proporcionasse um aumento significativo em relação ao GPRS, as velocidades de dados ainda eram muito lentas.

    Nota sobre 2G GSM EDGE:

    GSM EDGE - Taxas de dados aprimoradas para GSM Evolution proporcionam um aumento nas taxas de dados alcançáveis ​​pelo sistema baseado em 2G GSM. Usando dados de pacote (já usados ​​em GPRS) e alterando o formato de modulação para 8PSK, aumentos consideráveis ​​no desempenho de dados foram obtidos.

    Leia mais sobre 2G GSM EDGE.

À medida que o GSM evoluiu, fornecendo mais do que apenas chamadas de voz, à medida que começou a transportar dados, ele começou a mostrar como a tecnologia de comunicações móveis se desenvolveria.

Embora tenha levado alguns anos, o GSM se tornou continuamente o sistema de telefonia móvel 2G dominante. Atributos inovadores, como o cartão SIM, permitindo que o mesmo número e conta sejam retidos quando o telefone for atualizado, juntamente com aspectos como roaming internacional, deram-lhe uma vantagem significativa sobre outros sistemas.

Mesmo muitos anos depois, a rede GSM básica e as tecnologias e arquitetura de atualização do GSM estão sendo usadas para fornecer serviço legado para muitos sistemas que utilizam uma tecnologia básica. Embora as operadoras tenham reduzido o espectro disponível, o GSM provavelmente ainda será mantido por muitos anos.

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