O Sistema Global para Comunicações Móveis ( GSM ) (historicamente “Grupo Móvel Especial”) é um padrão digital de segunda geração ( 2G ) para telefonia móvel . O grupo de trabalho responsável pela definição desta norma foi criado em 1982 pela Conferência Europeia das Administrações de Correios e Telecomunicações (CEPT).
Foi especificado e desenvolvido pelo ETSI (Instituto Europeu de Padrões de Telecomunicações) para a faixa de frequência de 900 MHz .
Uma variante chamada Sistema de Comunicação Digital ( DCS ) usa a faixa de 1800 MHz .
Este padrão é particularmente usado na Europa, África, Oriente Médio e Ásia. Duas outras variantes, 850 MHz e 1900 MHz PCS (serviços de comunicações pessoais), também são usadas. A proteção de dados é garantida pelos algoritmos de criptografia A5 / 1 e A5 / 2 .
Como foi projetada, a rede GSM é ideal para comunicações do tipo “voz” ( telefonia ). Como a rede é comutada , os recursos são alocados apenas para a duração da conversação, como ao usar linhas de telefone fixas. Os clientes podem comprar um cartão pré-pago ou fazer uma assinatura.
Sob a égide da organização 3GPP , o padrão GSM foi então estendido para suportar velocidades mais altas e o transporte de dados em modo "pacote" pelas extensões GPRS (General Packet Radio Services) e EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution). Esses dois modos podem coexistir com o modo de “voz comutada” do GSM e usar as mesmas antenas e as mesmas bandas de frequência.
O conceito de rede celular origina-se das redes de primeira geração postas em serviço no início da década de 1980. Vários países, por sua vez, estão desenvolvendo redes utilizando seus próprios sistemas chamados analógicos (as conversas são transmitidas à revelia), operando em bandas digitais. frequências frequentemente diferentes de um estado para outro. As redes são organizadas na melhor das hipóteses, de acordo com zonas (células) de tamanhos variáveis correspondendo aproximadamente a círculos de 30 a 50 quilômetros de raio, contíguos ou não, no centro de cada uma das quais está instalada uma antena relé . Dependendo da topografia, é possível que algumas células cubram a mesma porção do território. Quando um assinante do serviço liga seu terminal (na maioria das vezes, um telefone móvel de bordo), ele procura automaticamente uma estação base (BTS) por varredura de rádio . Se forem encontradas várias estações base, a conexão com a rede do terminal de bordo é feita com a estação que oferece a melhor qualidade de sinais necessários para a comunicação. Diz-se então que o terminal é reconhecido e registado na rede, que está configurado em "modo de espera". Agora, ele pode receber chamadas destinadas a ele e também enviá-las por meio desta estação base. Esta conexão permanece ativa, desde que os sinais permaneçam em um nível adequado. Cada estação base tem vários canais bidirecionais (ou full duplex) diferentes atribuídos dinamicamente (conforme necessário) aos terminais registrados. Se durante uma comunicação o terminal sai da célula e perde o link com a estação à qual está conectado, a conversa é gradativamente degradada, ou mesmo interrompida repentinamente, mesmo que passe a ser em outra célula da mesma rede onde está o terminal imediatamente procura registrar-se novamente. Esta desvantagem muitas vezes força os usuários a parar seu veículo para manter (quando podem) ou para recuperar a boa qualidade de comunicação. Desconhecido há muito tempo, a técnica de transferência (possibilidade de manter a comunicação sem limite de espaço dentro das fronteiras nacionais) ainda precisa ser definida e desenvolvida. Apesar do alto custo de instalação dos terminais e de algumas deficiências, os vários sistemas tiveram algum sucesso, levando a um gargalo de recursos. A capacidade de cada estação base limitada em ligações standby para além das comunicações simultâneas torna obrigatória a melhoria de alguns sistemas através da atribuição de uma banda de frequência de serviço, permitindo aumentar o número de assinantes até um determinado nível, desde que estes nem todos telefonem ao mesmo tempo. Os sistemas de telefonia móvel ainda estão em sua infância. As antenas de retransmissão do BTS então requerem energia suficiente para atender os terminais móveis de 2 ou 10 watts com pesos diferentes dependendo se equipam raros pedestres ou motoristas. Para evitar interferência, os círculos de cobertura adjacentes não podem reutilizar as mesmas frequências, reduzindo assim o espectro de frequência disponível em cada célula.
Em 1987, as escolhas técnicas sobre o uso de 2 nd geração de telecomunicações móveis foram definidos pela GSM (Grupo de um serviço móvel) do ETSI . Assim, utiliza-se a transmissão digital (criptografada) e não mais analógica, a criptografia de informações e a multiplexação por divisão no tempo dos canais de rádio.
Em 1988, a Ericsson desenvolveu o seu primeiro sistema GSM para a empresa Vodafone .
Em 1991, uma primeira comunicação experimental foi feita pelo grupo GSM. A sigla GSM também muda seu significado para se tornar Sistema Global para Comunicações Móveis . As especificações técnicas são então concluídas para poder operar na banda de 1800 MHz .
Na feira Telecom 91, em Genebra, por meio de estações base de transmissão instaladas em território francês próximo, são feitas demonstrações da utilização de terminais GSM a bordo de veículos automotores.
Eles estão presentes nos Estados Unidos e Canadá. Alguns países usam apenas o padrão GSM 850 (Equador, Panamá, etc.). O GSM 1900 também é denominado PCS 1900 ( Personal Communications Service ).
Esses dois tipos de redes são encontrados na Europa, em particular na Bélgica, Espanha, França, Alemanha, Itália, Suíça.
O GSM 900 usa a banda 880-915 MHz para enviar voz ou dados do celular e a banda 925-960 MHz para receber informações da rede.
O GSM 1800 usa a banda 1710 MHz -1 785 MHz para enviar dados do terminal móvel ( upload ) e a banda 1 805 MHz -1 880 MHz para receber informações ( download ).
Dispositivos que funcionam em 900 e 1800 são chamados de banda dupla GSM ou simplesmente banda dupla .
O GSM 1800 também é chamado de DCS 1800 ( Sistema de Comunicação Digital ).
Configurar uma rede GSM de 900 MHz com boa cobertura costuma ser caro nos países em desenvolvimento. As áreas a serem cobertas são enormes, a densidade populacional baixa nas localidades e os meios financeiros para implantar a infraestrutura são reduzidos. O principal problema em áreas escassamente povoadas é o alto número de estações base a serem instaladas. Mesmo os países industrializados enfrentam esse problema de cobertura nas áreas rurais.
O uso de frequências mais baixas aumenta significativamente o alcance das estações base. Assim, em 450 MHz , seu alcance seria quase o dobro do que é em 900 MHz . A Ericsson e a Nokia trabalharam no início dos anos 2000 para desenvolver um padrão GSM operando nas bandas de frequência de 450 MHz e 480 MHz . Com essas frequências, a cobertura de rádio pode chegar a 120 km . Isso seria particularmente adequado para áreas costeiras, desérticas ou rurais, onde o tráfego é leve e o terreno é plano.
Mas essa tecnologia não teve sucesso comercial; em 2012 esta banda de frequência não foi usada em nenhum lugar para redes GSM e nenhum telefone compatível com GSM-450 foi vendido.
As frequências na banda de 900 MHz podem ser utilizadas para GSM e, desde 2008, para UMTS .
A rede GSM-R é uma rede privada dedicada às comunicações ferroviárias da Sol-Trains. É incompatível com terminais GSM ou UMTS do “público em geral” e, portanto, inacessível para assinantes GSM convencionais. Em França, a faixa de frequências dedicada ao GSM-R (876 - 880 MHz e 921 - 925 MHz ) está atribuída a várias empresas ferroviárias, nomeadamente a SNCF Réseau e a Eurotunnel, cada uma com a sua rede GSM-R própria.
A atribuição de frequências GSM e a sua evolução são descritas nas secções seguintes.
Antes de meados de 2011Em todo o território metropolitano e em algumas áreas muito densas até final de 2012:
Desde 12 de julho de 2011 (chegada do celular grátis )As operadoras podem compartilhar essa banda de frequência entre GSM e UMTS . No caso de uso misto, as operadoras com 10 MHz de largura de banda alocam 5 MHz para UMTS e 5 MHz para GSM.
Na maior parte da área metropolitana :
Cerca de 13 acampamentos militares :
Em todo o território metropolitano, exceto em áreas muito densas:
Em áreas muito densas:
Entre 1 st outubro de 2013 e 24 de maio de 2016A Bouygues Telecom pode compartilhar sua banda de frequência reduzida para 2 x 21,6 MHz entre GSM e LTE na França continental:
Desde 25 de maio de 2016De acordo com as decisões da Arcep da julho de 2015, Bouygues Telecom, Orange e SFR podem usar esta banda de frequência para GSM e LTE desde maio de 2016 .
O Free tem 15 MHz duplex nesta banda de frequência utilizável para LTE . As bandas de frequência das outras 3 operadoras foram deslocadas e reduzidas para duplex de 20 MHz na França metropolitana:
Os telefones celulares contêm um cartão SIM removível para identificação do usuário (assinante) e opcionalmente para armazenar uma série de números de telefone . Em alguns terminais recentes, o cartão SIM pode ser substituído por um cartão SIM virtual não removível, o eSIM .
Cada dispositivo ( equipamento de utilizador ) também é identificado, independentemente da sua composição, um número IMEI obtida através da entrada no teclado, a sequência de USSD : *#06#. Este identificador IMEI pode ser anotado e comunicado ao seu operador , em caso de furto, de forma a bloqueá-lo. Este identificador não deve ser confundido com o IMSI contido no cartão SIM.
O código PIN é a senha do cartão SIM ; o código PUK é usado para desbloquear um cartão SIM, bloqueado após inserir 3 códigos PIN incorretos. O código PIN2, se existir, é uma senha para um subconjunto específico de funções do cartão SIM; o código PUK2 está associado a ele, da mesma forma.
Em uma rede celular , um dispositivo é identificado por um código TMSI ( Temporary Mobile Station Identifier ) derivado do código IMSI. Graças a este sistema IMSI / TMSI, um telemóvel não tem o seu número de chamada divulgado na rede de rádio , o que garante a confidencialidade das chamadas: como os TMSIs mudam frequentemente e são atribuídos alternadamente a vários terminais, uma pessoa que intercepta o tráfego tem muito pouco chance de associar um número de telefone a um TMSI.
A rede específica para GSM é denominada PLMN ( Public Land Mobile Network ), sendo que cada operadora tem a sua. Está ligado à Rede Telefónica Pública Comutada (PSTN), mas também directamente a outras redes de telefonia móvel ( UMTS , LTE ) e de outros operadores.
O TDMA ( TDMA ou Inglês para TDMA Time Division Multiple Access ) e FDMA ( FDMA ou Inglês para FDMA Frequency Division Multiple Access ) são usados para permitir que mais usuários sejam conectados a estações base sem saturar a rede.
O GSM usa duas bandas de frequência, uma para o uplink (TX) e outra para o downlink (RX), às quais os canais de sinalização estão integrados; a potência do sinal é modulada de acordo com a distância entre a antena e o GSM considerado, o que permite fazer uma estimativa da distância entre um usuário e a antena.
A banda 880-915 MHz é usada na Europa, para o uplink , enquanto a banda 925-960 MHz é usada para o downlink. Cada uma dessas bandas compreende 175 portadoras ( canais ) espaçadas de 200 kHz ; na França, eles são distribuídos entre 4 operadoras (ver frequências GSM na França ). A modulação utilizada nessas portadoras é GMSK , o que permite evitar sobreposições de portadoras.
Cada operadora possui oito slots de tempo (TS). Eles duram cerca de 577 μs. Os canais físicos usados para transmitir voz (ou sinalização) são esses slots.
Cada portadora tem uma taxa bruta de 271 kbit / s , enquanto os canais físicos têm uma taxa bruta de 33,8 kbit / s . A velocidade útil é de 24,7 kbit / s em GSM. Essa velocidade é maior com os padrões, otimizados para a transferência de dados GPRS e EDGE que derivam do GSM e usam as mesmas bandas de frequência e as mesmas antenas de retransmissão.
O plano de frequência do GSM é bastante complexo porque é necessário distribuir os comprimentos de onda usados entre as antenas para evitar um efeito de ressonância que obstruiria as comunicações. Portanto, o alcance das antenas, bem como a distribuição dos comprimentos de onda, é um trabalho bastante delicado para que as células não se misturem (uma célula = a superfície radiante de uma antena).
Na prática, se for colocado na extremidade de uma célula de rádio, um GSM pode ver até 7 antenas, aquela à qual está atualmente acoplado e 6 de reserva nas quais pode comutar em caso de deslocamento, assim que o a emissão de energia necessária para se comunicar com uma das antenas de reserva se tornará mais fraca do que a necessária para alcançar sua antena atual; uma regra é usar constantemente o mínimo de energia para se comunicar.
A rede GSM permite vários serviços:
As redes GSM estão localizadas em uma grande parte da superfície terrestre; uma condição necessária para a conexão a uma rede é a disponibilidade de estações base (“células de rádio”) perto da localização do telefone móvel (a carga da bateria do telefone também influencia o alcance de recepção). Assim, áreas escassamente povoadas (altas montanhas, vastos campos, desertos), grandes altitudes (por avião, por exemplo), cavidades terrestres (cavernas, túneis) e o mar (acima e abaixo da superfície) muitas vezes não têm acesso à rede GSM.
As redes GSM ( Sistema Global para Comunicações Móveis ) cobriram 219 países ou territórios em 2014.
Em 2016, a associação GSMA foi responsável pelas redes móveis GSM e derivadas ( UMTS e LTE ) de 4,8 bilhões de usuários únicos e 7,9 bilhões de cartões SIM conectáveis em todo o mundo.
Na Alemanha, quatro operadoras coexistiram:
As redes E-Plus e O 2fundido em 2014 sob a marca O 2 ; A Alemanha então passa para 3 operadoras após a aquisição da E-Plus pela Telefónica.
Na Bélgica, existem três operadoras: Base , Orange , Proximus . GSM ou mais coloquialmente G também é a expressão comumente usada para designar um telefone celular na Bélgica, tanto de língua francesa quanto holandesa .
Na Espanha, existem quatro operadoras:
Na França, existem quatro operadoras :
As três primeiras redes oferecem acesso a serviços móveis em modo GSM e GPRS / EDGE nas bandas de frequência de 900 MHz e 1.800 MHz e em modo UMTS , agora complementado pela mais recente tecnologia 4G LTE para Orange, SFR, Bouygues Telecom e Free Móvel. A rede móvel gratuita usa o padrão 3G UMTS nas bandas de frequência de 900 MHz e 2100 MHz , e o padrão LTE nas bandas de frequência de 700 MHz , 1800 MHz e 2600 MHz ; não é compatível com GSM. No entanto, os assinantes móveis gratuitos têm acesso às redes GSM / EDGE e UMTS da Orange, graças a um acordo de roaming assinado entre as duas operadoras.
No Reino Unido, existem quatro operadoras, após a fusão da Orange e da T-Mobile .
Na Itália, existem quatro operadoras:
A Suíça tem três operadoras móveis:
Portugal tem três operadoras de telefonia móvel :
Na República Democrática do Congo, existem cinco operadoras de telecomunicações:
No Marrocos, existem três operadoras:
Na Argélia, existem três operadoras:
Na Tunísia, existem três operadoras:
No Togo, existem dois operadores:
No Senegal, existem três operadores:
No Congo, existem quatro operadoras:
Na Mauritânia, existem três operadoras:
No Níger, existem quatro operadoras:
Burkina Faso tem três operadoras:
No Mali, existem duas operadoras:
A Costa do Marfim tem 3 operadores:
Nos Camarões, existem 3 operadores principais:
Os Estados Unidos, que, por razões históricas, utilizaram outro padrão: o CDMA , têm desde 2004, através das redes nacionais das operadoras AT&T e T-Mobile, cobertura GSM / UMTS em quase todo o território.
Existem também operadoras virtuais que não possuem infra-estrutura de rádio GSM, nem faixa de freqüência alocada, mas que alugam redes de outras operadoras : os MVNOs .
A rede GSM tem a particularidade de autenticar apenas o usuário, utilizando o cartão SIM . O telefone não autentica a rede. É então possível realizar ataques IMSI-catcher ou man-in-the-middle para interceptar comunicações.
O 28 de dezembro de 2009, o engenheiro de software e especialista em criptografia Karsten Nohl revelou no Chaos Communication Congress que ele e um grupo "quebraram" o código de criptografia GSM, A5 / 1 . O ataque demonstrou a possibilidade de descriptografar comunicações em tempo quase real. Apesar disso, os funcionários de desenvolvimento do GSM indicaram que, embora o algoritmo agora esteja disponível para todos, a interceptação de uma chamada continua complicada.
Muitos provedores de telefonia móvel oferecem uma página em seu site que permite conhecer as áreas de recepção de cada tipo de transmissão (2G, 3G). Em muitos casos, esses valores são superestimados. Por este motivo, existem vários projetos que visam construir este tipo de mapa a partir das informações fornecidas pela própria recepção de telefones e smartphones incorporando um GPS ; podemos encontrar por exemplo: