Google
 
Showing posts with label GSM. Show all posts
Showing posts with label GSM. Show all posts

GSM

Global System for Mobile communications (GSM: originally from Groupe Spécial Mobile) is the most popular standard for mobile phones in the world. Its promoter, the GSM Association, estimates that 82% of the global mobile market uses the standard.[1] GSM is used by over 2 billion people across more than 212 countries and territories.[2][3] Its ubiquity makes international roaming very common between mobile phone operators, enabling subscribers to use their phones in many parts of the world. GSM differs from its predecessors in that both signalling and speech channels are digital call quality, and thus is considered a second generation (2G) mobile phone system. This has also meant that data communication was easy to build into the system.

The ubiquity of the GSM standard has been advantageous to both consumers (who benefit from the ability to roam and switch carriers without switching phones) and also to network operators (who can choose equipment from any of the many vendors implementing GSM[4]). GSM also pioneered a low-cost alternative to voice calls, the Short message service (SMS, also called "text messaging"), which is now supported on other mobile standards as well.

Newer versions of the standard were backward-compatible with the original GSM phones. For example, Release '97 of the standard added packet data capabilities, by means of General Packet Radio Service (GPRS). Release '99 introduced higher speed data transmission using Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE).


History

In 1982, the European Conference of Postal and Telecommunications Administrations (CEPT) created the Groupe Spécial Mobile (GSM) to develop a standard for a mobile telephone system that could be used across Europe.[5] In 1987, a memorandum of understanding was signed by 13 countries to develop a common cellular telephone system across Europe.[6][7]

In 1989, GSM responsibility was transferred to the European Telecommunications Standards Institute (ETSI) and phase I of the GSM specifications were published in 1990. The first GSM network was launched in 1991 by Radiolinja in Finland with joint technical infrastructure maintenance from Ericsson.[8] By the end of 1993, over a million subscribers were using GSM phone networks being operated by 70 carriers across 48 countries.

Technical Details

GSM is a cellular network, which means that mobile phones connect to it by searching for cells in the immediate vicinity. GSM networks operate in four different frequency ranges. Most GSM networks operate in the 900 MHz or 1800 MHz bands. Some countries in the Americas (including Canada and the United States) use the 850 MHz and 1900 MHz bands because the 900 and 1800 MHz frequency bands were already allocated.

The rarer 400 and 450 MHz frequency bands are assigned in some countries, notably Scandinavia, where these frequencies were previously used for first-generation systems.

In the 900 MHz band the uplink frequency band is 890–915 MHz, and the downlink frequency band is 935–960 MHz. This 25 MHz bandwidth is subdivided into 124 carrier frequency channels, each spaced 200 kHz apart. Time division multiplexing is used to allow eight full-rate or sixteen half-rate speech channels per radio frequency channel. There are eight radio timeslots (giving eight burst periods) grouped into what is called a TDMA frame. Half rate channels use alternate frames in the same timeslot. The channel data rate is 270.833 kbit/s, and the frame duration is 4.615 ms.

The transmission power in the handset is limited to a maximum of 2 watts in GSM850/900 and 1 watt in GSM1800/1900.

GSM has used a variety of voice codecs to squeeze 3.1 kHz audio into between 5.6 and 13 kbit/s. Originally, two codecs, named after the types of data channel they were allocated, were used, called Half Rate (5.6 kbit/s) and Full Rate (13 kbit/s). These used a system based upon linear predictive coding (LPC). In addition to being efficient with bitrates, these codecs also made it easier to identify more important parts of the audio, allowing the air interface layer to prioritize and better protect these parts of the signal.

GSM was further enhanced in 1997[10] with the Enhanced Full Rate (EFR) codec, a 12.2 kbit/s codec that uses a full rate channel. Finally, with the development of UMTS, EFR was refactored into a variable-rate codec called AMR-Narrowband, which is high quality and robust against interference when used on full rate channels, and less robust but still relatively high quality when used in good radio conditions on half-rate channels.

There are five different cell sizes in a GSM network—macro, micro, pico, femto and umbrella cells. The coverage area of each cell varies according to the implementation environment. Macro cells can be regarded as cells where the base station antenna is installed on a mast or a building above average roof top level. Micro cells are cells whose antenna height is under average roof top level; they are typically used in urban areas. Picocells are small cells whose coverage diameter is a few dozen meters; they are mainly used indoors. Femtocells are cells designed for use in residential or small business environments and connect to the service provider’s network via a broadband internet connection. Umbrella cells are used to cover shadowed regions of smaller cells and fill in gaps in coverage between those cells.

Cell horizontal radius varies depending on antenna height, antenna gain and propagation conditions from a couple of hundred meters to several tens of kilometers. The longest distance the GSM specification supports in practical use is 35 kilometres (22 mi). There are also several implementations of the concept of an extended cell, where the cell radius could be double or even more, depending on the antenna system, the type of terrain and the timing advance.

Indoor coverage is also supported by GSM and may be achieved by using an indoor picocell base station, or an indoor repeater with distributed indoor antennas fed through power splitters, to deliver the radio signals from an antenna outdoors to the separate indoor distributed antenna system. These are typically deployed when a lot of call capacity is needed indoors, for example in shopping centers or airports. However, this is not a prerequisite, since indoor coverage is also provided by in-building penetration of the radio signals from nearby cells.

The modulation used in GSM is Gaussian minimum-shift keying (GMSK), a kind of continuous-phase frequency shift keying. In GMSK, the signal to be modulated onto the carrier is first smoothed with a Gaussian low-pass filter prior to being fed to a frequency modulator, which greatly reduces the interference to neighboring channels (adjacent channel interference).


Network Structure

The network behind the GSM system seen by the customer is large and complicated in order to provide all of the services which are required. It is divided into a number of sections and these are each covered in separate articles.

The structure of a GSM network

Subscriber Identity Module

One of the key features of GSM is the Subscriber Identity Module (SIM), commonly known as a SIM card. The SIM is a detachable smart card containing the user's subscription information and phonebook. This allows the user to retain his or her information after switching handsets. Alternatively, the user can also change operators while retaining the handset simply by changing the SIM. Some operators will block this by allowing the phone to use only a single SIM, or only a SIM issued by them; this practice is known as SIM locking, and is illegal in some countries.

In Australia, Canada, Europe and the United States many operators lock the mobiles they sell. This is done because the price of the mobile phone is typically subsidised with revenue from subscriptions, and operators want to try to avoid subsidising competitor's mobiles. A subscriber can usually contact the provider to remove the lock for a fee, utilize private services to remove the lock, or make use of ample software and websites available on the Internet to unlock the handset themselves. While most web sites offer the unlocking for a fee, some do it for free. The locking applies to the handset, identified by its International Mobile Equipment Identity (IMEI) number, not to the account (which is identified by the SIM card). It is always possible to switch to another (non-locked) handset if such a handset is available.

Some providers will unlock the phone for free if the customer has held an account for a certain time period. Third party unlocking services exist that are often quicker and lower cost than that of the operator. In most countries, removing the lock is legal. United States-based T-Mobile provides free unlocking services to their customers after 3 months of subscription.[11]

In some countries such as Belgium, Costa Rica, India, Indonesia, Pakistan, and Malaysia, all phones are sold unlocked. However, in Belgium, it is unlawful for operators there to offer any form of subsidy on the phone's price. This was also the case in Finland until April 1, 2006, when selling subsidized combinations of handsets and accounts became legal, though operators have to unlock phones free of charge after a certain period (at most 24 months).


GSM security

GSM was designed with a moderate level of security. The system was designed to authenticate the subscriber using a pre-shared key and challenge-response. Communications between the subscriber and the base station can be encrypted. The development of UMTS introduces an optional USIM, that uses a longer authentication key to give greater security, as well as mutually authenticating the network and the user - whereas GSM only authenticated the user to the network (and not vice versa). The security model therefore offers confidentiality and authentication, but limited authorization capabilities, and no non-repudiation.

GSM uses several cryptographic algorithms for security. The A5/1 and A5/2 stream ciphers are used for ensuring over-the-air voice privacy. A5/1 was developed first and is a stronger algorithm used within Europe and the United States; A5/2 is weaker and used in other countries. A large security advantage of GSM over earlier systems is that the cryptographic key stored on the SIM card is never sent over the wireless interface. Serious weaknesses have been found in both algorithms, however, and it is possible to break A5/2 in real-time in a ciphertext-only attack. The system supports multiple algorithms so operators may replace that cipher with a stronger one.


Read More..

MENGENAL GSM

Komunikasi bergerak (mobile communication) mulai dirasakan perlu sejak orang semakin sibuk pergi ke sana kemari dan memerlukan alat telekomunikasi yang siap dipakai sewaktu-waktu di mana saja ia berada. Kebutuhan ini ternyata tidak dibiarkan begitu saja oleh para engineer telekomunikasi. Mereka telah memikirkan standardisasi untuk komunikasi bergerak ini, salah satunya adalah GSM (Global System for Mobile communications)

Alokasi spektrum frekuensi untuk GSM awalnya dilakukan pada tahun 1979. Spektrum ini terdiri atas dua buah sub-band masing-masing sebesar 25MHz, antara 890MHz - 915MHz dan 935MHz - 960MHz. Sebuah sub-band dialokasikan untuk frekuensi uplink dan sub-band yang lain sebagai frekuensi downlink.

Karena konsekuensi logis dari kenaikan redaman atas kenaikan frekuensi, biasanya sub-band terendah dipakai untuk uplink, agar daya yang ditransmisikan oleh MS (mobile system atau lebih dikenal handphone) ke BTS (Base Transmitter Station yaitu seperti sentral telepon di PSTN/POTS, namun memiliki fungsi lebih) tidak perlu besar. Kalau digunakan sub-band yang satu lagi, mungkin anda perlu melakukan recharge batere handphone berulang kali untuk mendapatkan kualitas sama dengan saat ini.

GambarKemudian kedua sub-band tersebut dibagi lagi menjadi kanal-kanal, sebuah kanal pada satu sub-band memiliki pasangan dengan sebuah kanal pada sub-band yang lain. Tiap sub-band dibagi menjadi 124 kanal, yang kemudian masing-masing diberi nomor yang dikenal sebagai ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number). Jadi sebuah MS yang dialokasikan pada sebuah ARFCN akan beroperasi pada satu frekuensi untuk mengirim dan satu frekuensi untuk menerima sinyal.

Untuk GSM, jarak antar pasangan dengan ARFCN sama selalu 45MHz, dan bandwidth tiap kanal sebesar 200kHz. Kanal pada tiap awal sub-band digunakan sebagai guard band. Silakan anda hitung, maka spektrum GSM akan menghasilkan 124 ARFCN, masing-masing diberi nomor 1 sampai 124. Kanal sebanyak 124 inilah yang nantinya dibagi-bagi buat operator-operator GSM yang ada di suatu negara.

Untuk mengantisipai perkembangan jaringan di masa mendatang, telah dilokasikan tambahan 10MHz frekuensi pada masing-masing awal sub-band. Ini dikenal sebagai EGSM (Extended GSM). Jadi spektrum EGSM ini 880MHz - 915MHz buat uplink dan 925MHz - 960MHz buat downlink. Hal tersebut memberi tambahan 50 ARFCN menjadi 174. Tambahan ARFCN ini diberi nomor 975 - 1023.

DCS 1800

Seiring dengan evolusi GSM, diputuskan untuk menerapkan teknologi ini pada PCN (Personal Communication Networks). Hal ini membutuhkan perubahan pada interafce udara untuk memodifikasi frekuensi operasinya. Frekuensi modifikasinya antara 1710MHz - 1785MHz untuk uplink dan 1805MHz - 1880MHz untuk downlink. Teknik ini menyediakan 374 ARFCN dengan pemisahan frekuensi sebesar 95MHz antara uplink dan downlink.

Teknik PCN ini dikembangkan di Eropa, khususnya di Inggris. Di Inggris (Raya) ARFCN ini telah dibagi-bagi antara keempat operator jaringan yang ada di sana. Dua di antaranya, Orange dan One to One, beroperasi pada daerah GSM 1800, sementara dua yang lainnya, Vodafone dan Cellnet, telah dialokasikan kanal GSM 1800 pada puncak jaringan GSM 900 mereka. ARFCN ini diberi nomor 512 - 885. Porsi pada puncak band digunakan oleh DECTs (Digital Enhanced Cordless Telephony).

PCS 1900

PCS 1900 merupakan adaptasi GSM yang lain ke dalam band 1900MHz. Teknik ini digunakan di Amerika Serikat di mana FCC (Federal Communication Commission) telah membaginya menjadi 300 ARFCN dan mengumumkan lisensi pada berbagai macam operator untuk mengimplementasikan jaringan GSM. Pemisahan frekuensinya sebesar 80MHz, dan pembagian frekuensinya adalah 1850MHz - 1910MHz untuk uplink dan 1930MHz - 1990MHz untuk downlink.

Teknik Modulasi dan Bandwidth

Teknik modulasi yang digunakan pada GSM adalah GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying). Teknik ini bekerja dengan melewatkan data yang akan dimodulasikan melalui Filter Gaussian. Filter ini menghilangkan sinyal-sinyal harmonik dari gelombang pulsa data dan menghasilkan bentuk yang lebih bulat pada ujung-ujungnya. Jika hasil ini diaplikasikan pada modulator fasa, hasil yang didapat adalah bentuk envelope yang termodifikasi (ada sinyal pembawa). Bandwidth envelope ini lebih sempit dibandingkan dengan data yang tidak dilewatkan pada filter gaussian.

Bandwidth yang dialokasikan untuk tiap frekuensi pembawa pada GSM adalah sebesar 200kHz. Pada kenyataannya, bandwidth sinyal tersebut lebih besar dari 200kHz, bahkan setelah dilakukan pemfilteran gaussian pun hal itu tetap terjadi. Akibatnya sinyal akan memasuki kanal-kanal di sebelahnya. Jika pada satu sel (akan dijelaskan kemudian) terdapat BTS dengan frekuensi pembawa yang sama atau bersebelahan kanal, maka akan terjadi interferensi akibat overlapping tersebut. Begitu juga jika sel-sel yang bersebelahan memiliki frekuensi pembawa sama atau berdekatan. Alasan inilah yang menyebabkan mengapa dalam satu sel atau antara sel-sel yang berdekatan tidak boleh menggunakan kanal yang sama atau berdekatan.

Pembagian Sel

Pembagian area dalam kumpulan sel-sel merupakan prinsip penting GSM sebagai sistem telekomunikasi selular. Sel-sel tersebut dimodelkan sebagai bentuk heksagonal seperti pada gambar berikut. Tiap sel mengacu pada satu frekuensi pembawa / kanal / ARFCN tertentu. Pada kenyataannya jumlah kanal yang dialokasikan terbatas, sementara jumlah sel bisa saja berjumlah sangat banyak. Untuk memenuhi hal ini, dilakukan teknik pengulangan frekuensi (frequency re-use). Pada gambar terlihat contoh frequency re-use dengan jumlah kanal 7 buah. Antara sel-sel yang berdekatan frekuensi yang digunakan tidak boleh bersebelahan kanal atau bahkan sama.

Jelas bahwa semakin besar jumlah himpunan kanal, semakin sedikit jumlah kanal tersedia per sel dan oleh karenanya kapasitas sistem menurun. Namun, peningkatan jumlah himpunan kanal menyebabkan jarak antara sel yang berdekatan kanal semakin jauh, dan ini mengurangi resiko terjadi interferensi. Sekali lagi, desain sistem GSM memerlukan kompromi antara kualitas dan kapasitas.

GambarPada kenyataannya, model satu sel dengan satu kanal transceiver (TRx, tentunya menggunakan antena omni-directional) jarang digunakan. Untuk lebih meningkatkan kapasitas dan kualitas, desainer melakukan teknik sektorisasi. Prinsip dasar sektorisasi ini adalah membagi sel menjadi beberapa bagian (biasanya 3 atau 6 bagian; dikenal dengan sektorisasi 120o atau 30o). Tiap bagian ini kemudian menjadi sebuah BTS (Base Transceiver Station). Kebanyakan vendor memperbolehkan sampai dengan 4 TRx per BTS untuk sektorisasi 120o. Jika digunakan TDMA pada TRx, menghasilkan 8 kanal TDMA tiap TRx, Anda bisa menghitung bahwa dalam satu sel dapat menampung trafik yang setara dengan 3 X 4 X 8 = 96 kanal TDMA atau sebesar 82,42 erlang dengan GoS 2%. (Erlang merupakan satuan trafik dan GoS(Grade of Service) menyatakan derajat keandalan layanan, berapa jumlah blocking yang terjadi terhadap panggilan total)

Pada prakteknya tidak semua kanal TDMA tersebut bisa digunakan untuk kanal pembicaraan (TCH = Traffic Channel). Dalam sebuah BTS juga diperlukan SDCCH (Stand-alone Dedicated Control Channel) yang digunakan untuk call setup dan location updating serta BCCH (Broadcast Control Channel) yang merupakan kanal downlink yang memberikan informasi dari BTS ke MS mengenai jaringan, sel yang kedatangan panggilan, dan sel-sel di sekitarnya.

Struktur Sistem Selular

Bagian paling rendah dari sistem GSM adalah MS (Mobile Station). Bagian ini berada pada tingkat pelanggan dan portable. Pada tiap sel terdapat BTS (Base Transceiver Station). BTS ini fungsinya sebagai stasiun penghubung dengan MS. Jadi, merupakan sistem yang langsung berhubungan dengan handphone Anda.

BTS pada dasarnya hanya merupakan "pesuruh" saja. Otak yang mengatur lalu-lintas trafik di BTS adalah BSC (Base Station Controller). Location Updating, penentuan BTS dan proses handover pada percakapan ditentukan oleh BSC ini. Beberapa BTS pada satu region diatur oleh sebuah BSC.

BSC-BSC ini dihubungkan dengan MSC (Mobile Switching Center). MSC merupakan pusat penyambungan yang mengatur jalur hubungan antar BSC maupun antara BSC dan jenis layanan telekomunikasi lain (PSTN, operator GSM lain, AMPS, dll).Saat ini teknik switching terus berkembang, dan begitu pula pada layanan GSM. Beberapa operator GSM di Indonesia telah menerapkan Intelegent Network lanjutan dalam teknik switchingnya.


Frequency Hopping


Frequency hopping merupakan fitur yang diterapkan pada interface udara, yakni lintasan radio ke MS. Teknik ini dapat mengurangi redaman akibat efek multipath fading. GSM hanya merekomendasikan satu jenis frequency hopping, yakni baseband hopping. Namun beberapa vendor, seperti Motorola, menyediakan tipe frequency hopping yang lain, yang disebut Synthesizer Hopping.

Baseband Hopping digunakan jika base station memiliki beberapa DRCU/TCU tersedia. Aliran data secara sederhana dilalukan pada frekuensi dasar ke berbagai macam DRCU/TCU. Setiap data beroperasi pada frekuensi yang tetap, mengacu pada urutan hopping yang ditentukan. DRCU/TCU yang berbeda akan menerima sebuah timeslot yang spesifik pada setiap frame TDMA, berisi informasi yang ditujukan kepada MS-MS yang berbeda.

Synthesizer Hopping menggunakan kelincahan ferkuensi dari DRCU/TCU untuk mengubah frekuensi-frekuensi pada sebuah basis timeslot untuk transmisi maupun menerima. SCB pada DRCU serta sistem kontrol dan pemrosesan digital pada TCU akan menghitung dan menentukan frekuensi selanjutnya, dan memprogram sebuah pasangan synthesizer Tx dan Rx untuk menuju ke frekuensi yang telah dihitung.

Teknik synthesizer hopping ini sangat baik untuk diterapkan pada sel-sel dengan jumlah carrier yang sedikit. Untuk sel-sel dengan jumlah carrier yang banyak, teknik baseband hopping merupakan teknik yang paling baik. Dan kedua teknik ini tidak bisa diterapkan sekaligus pada sebuah site BTS.

Sumber : http://cahbuton.tripod.com/id16.html

Read More..