Gsm (communicatie)

De ontwikkeling van de mobiele telefonie kende verschillende systemen zonder dat er een echte standaard was. Hierdoor waren er problemen met de compatibiliteit tussen die verschillende systemen. In 1982 werd daarom de "Groupe Spécial Mobile" opgericht, die uiteindelijk de initialen leverde voor het systeem, hoewel de betekenis daarna veranderd werd. De groep werd oorspronkelijk ondergebracht onder de CEPT.

Van 1982 tot 1985 werd gediscussieerd over het oprichten van een analoog of een digitaal systeem. Na verschillende praktijktesten werd gekozen voor een digitaal systeem. De volgende vraag was de keuze tussen smalband of breedband. In mei 1987 werd gekozen voor smalband met TDMA.

De technische kenmerken voor het gsm-systeem werden vastgelegd in 1987. In 1989 werd de verantwoordelijkheid overgenomen door ETSI en in 1990 was de eerste gsm-specificatie een feit, met meer dan 6000 pagina's tekst. De commerciële uitbating begon in 1991 met Radiolinja in Finland.

In 1998 werd het 3rd Generation Partnership Project (3GPP) opgericht, met de bedoeling specificaties voor een derde generatie van mobiele netwerken vast te leggen. 3GPP nam uiteindelijk ook het onderhoud en de ontwikkeling van de gsm-specificatie over. ETSI is een partner van 3GPP.

Gsm geeft aanbevelingen, geen verplichtingen. De gsm-specificaties bepalen de functies en interfacevereisten, maar zeggen niets over de hardware.

Er bestaan toegevoegde uitbreidingen van de standaard zoals HSCSD en GPRS voor een snellere dataoverdracht. Gsm was de eerste wereldwijd genormeerde standaard voor digitale telefonie, waardoor het mogelijk werd om dezelfde telefoon en simkaart over de hele wereld te gebruiken. Alle mobiele telefonienetwerken in Nederland en België zijn momenteel gebaseerd op gsm of de combinatie van gsm en UMTS.

GSM-telefoontoestel

Voor spraak maakt gsm gebruik van een efficiënte digitale codering, hierdoor wordt er tussen de 11.400 bit en 22.800 bit per seconde gebruikt voor de spraak (in het geval van 22.800 bit/s zijn deze verdeeld in 13.000 bit/s voor het spraaksignaal, en 9800 bit/s voor bescherming tegen bitfouten op het radiokanaal), dit in tegenstelling tot ISDN waar 64.000 bit per seconde wordt gebruikt om menselijke spraak digitaal over te sturen (gecodeerd volgens G.711).

De besparing ten opzichte van ISDN wordt bereikt door klanken te coderen. Dat zorgt voor een verstaanbaar signaal maar er is ten opzichte van ISDN sprake van kwaliteitsvermindering op het punt van de natuurgetrouwheid en de herkenbaarheid.

Het is mogelijk om mobiele fax- of data-gesprekken op te zetten. In dat geval wordt de data overgestuurd met een maximale snelheid van 9600 bit per seconde. Daarnaast is het mogelijk in een gsm-netwerk om korte berichten te versturen via sms. De opvolger van sms is mms. Mms maakt het mogelijk om afbeeldingen, geluiden of videobeelden aan het bericht toe te voegen.

Andere, in Nederland en België maar weinig gebruikte, mogelijkheden van gsm zijn de mogelijkheden om korte berichten naar alle gebruikers binnen een gebied te versturen (z.g. cell broadcast), om direct data naar gebruikers te sturen (USSD) en de mogelijkheid om speciaal gecodeerde webpagina's op te halen, WAP.

Ook een andere, maar weinig/nooit gebruikte techniek in Nederland en België, is PTT (Push-To-Talk). Men kan dan als het ware de gsm als een Walkietalkie (zie het als C2000) gebruiken door groepen aan te maken en mensen toe te voegen, en dan met 1 druk op de knop tegen iedereen praten in die groep.

De optie van cell broadcast werd in de Nederlandse gemeenten Zoetermeer en Veere als proef gebruikt om burgers te alarmeren bij noodgevallen. Cell broadcasting wordt vanaf 12 november 2012 landelijk gebruikt om te alarmeren tijdens noodgevallen. Dit gebeurt door middel van de dienst NL-Alert maar werkt niet met alle toestellen. Libertel gebruikte cell broadcasting in de eerste jaren om de gebruiker de regio's weer te geven, waarin hij met korting kon bellen. Op Luchthaven Schiphol werd in die tijd de tekst 'Welkom in Nederland' via cell broadcast verstuurd.

Gsm-mast

Gsm-mast T-mobile op ongeveer 60 meter hoogte

GSM-installatie in klokkentoren van de Ontmoetingskerk te Eefde (mei 2007)

Gsm-zendinstallatie

Een gsm-verbinding loopt van het toestel naar de gsm-mast (BTS - Base Transceiver Station, of kortweg basisstation) met het sterkste signaal (in de meeste gevallen de dichtstbijzijnde). Aan deze mast hangen meestal drie antennes die samen een gebied van 360 graden bestrijken (zogenaamde cellen), herkenbaar aan hun smalle, rechthoekige vormen, boven in de mast. GSM-900-antennes zijn daarbij over het algemeen een stuk groter dan GSM-1800-antennes.

In de kast van de BTS wordt het gesprek ontdaan van de foutcorrecties die nodig waren voor de radiotransmissie van toestel naar mast. Vanaf deze mast gaat het gesprek naar een centraal punt waaraan meerdere masten in hetzelfde gebied zijn aangesloten (BSC, of Base Station Controller). Vanaf de BSC wordt het verkeer gesplitst:

• Circuitgeschakelde verbindingen (meestal gecodeerde spraak) gaan naar een MSC of Mobile Switching Centre (de "centrale"). Van daaruit wordt een verbinding gemaakt naar de centrale van de andere partij.
• Pakketgeschakelde verbindingen (meestal data) gaan naar de SGSN, de Serving GPRS Support Node. Van daaruit wordt een verbinding gemaakt met het pakketgeschakelde bestemmingsnetwerk.

Een nieuwe ontwikkeling is femtocells, waarbij een kleine BTS met een laag zendvermogen in een woonhuis of klein bedrijf wordt geïnstalleerd. Deze BTS communiceert via een internetverbinding met het netwerk van de aanbieder van mobiele telefonie.

Sms-verkeer gaat als signaleringsverkeer van handset via BTS naar BSC en MSC naar de SMSc (sms-centrale), de SMSc slaat het bericht op in zijn buffer en zal vervolgens trachten de locatie van de ontvanger te bepalen (via het signaleringsnetwerk zal de MSC waar de ontvanger op is "ingelogd" worden opgevraagd in de HLR van het netwerk van de ontvanger). De SMSc zal het sms'je vervolgens afleveren aan die MSC, die op zijn beurt probeert het sms'je af te leveren op het toestel van de ontvanger. Als dit is gelukt dan stuurt het ontvangende toestel een bevestiging terug aan de SMSc die - indien de verzender daarom heeft gevraagd bij verzending - een afleverbevestiging zal sturen aan het toestel van de afzender. Dit toestel zal dat onmiddellijk in het display weergeven. Indien aflevering is mislukt dan zal de SMSc op een vooraf ingesteld ritme (retry-schedule) opnieuw proberen het sms'je af te leveren. Dit ritme is in het begin met korte tussenpozen en zal na verloop van de tijd een steeds grotere tussenpoos hebben. Als na enige dagen (vaak 72 uur) het bericht nog niet is afgeleverd zal het bericht uit de buffer van de SMSc worden gewist. De zender kan dit korter instellen maar nooit langer dan het staat ingesteld in de SMSc.

De verbinding tussen de verschillende netwerkelementen kan ondergronds via (glasvezel-)kabel verlopen, of radiotechnisch via een straalverbinding. Straalverbindingen zijn te herkennen als kleine ronde witte elementen die in dezelfde mast hangen.

Bij een mobiel netwerk, zoals een gsm-netwerk, is het van belang om te weten waar een mobiele telefoon zich bevindt.Dat wordt bereikt door het HLR (Home Location register) en het VLR (het Visitor Location Register). Beide registers zijn eigenlijk een databank. De VLR bevinden zich in de of vlak bij de Mobiele Diensten Centrale (MSC).

In het HLR staan alle klanten die van het netwerk gebruik mogen maken geregistreerd. In het VLR staat de cell-locatie en de identiteit van alle mobiele telefoons die bij een regionaal radionetwerk zijn aangemeld. Dat kunnen ook klanten van een andere operator zijn die via een roamingovereenkomst van het gastnetwerk gebruik mogen maken.

Zodra een mobiele telefoon wordt aangezet gaat deze op zoek naar de signalen van beschikbare basisstations (BTS). Uit deze signalen maakt de mobiele telefoon een keuze op basis van signaalsterkte en contractgegevens. Met welke operator is het toegestaan om te bellen? Of anders gezegd: in welke HLR staat men geregistreerd of kan men zich als gast aanmelden? De aanmelding bij het HLR vindt plaats op basis van gegevens die zich op de SIM-kaart van het mobiel toestel bevinden.

Indien de aanmelding in het HLR positief is afgesloten zullen de gegevens van de mobiele telefoon met de gegevens van het basisstation dat wordt aangestraald worden opgeslagen in het VLR.

Bij gastgebruik in het buitenland worden gegevens tussen het "eigen netwerk" en het "gastnetwerk" uitgewisseld waardoor duidelijk is waar de mobiele telefoon te bereiken is. In het HLR van het "eigen netwerk" staat dan geregistreerd dat de mobiel bij het "gastnetwerk" is aangemeld.

De uitwisseling van deze gegevens verloopt via het signaleringssysteem 7 (SS7), in Nederland C7 genoemd, een afkorting van CCS7 (Common Channel Signalling nr. 7). C7 bevat een set afspraken voor signaleringcommunicatie tussen mobiele netwerken, het zogenaamde Mobile Application Part (MAP). Echter, ook voor vaste telefonie via het PSTN, verloopt in de meeste landen de signalering in het 'core netwerk' via C7. Bij CCS7 wordt er een apart 'signaleringskanaal' gehanteerd voor het gebundeld transporteren van het signaleringsverkeer voor grote aantallen calls.

Oproepen voor de mobiele telefoon worden naar het "gastnetwerk" doorgeschakeld. Oproepen vanuit het "gastnetwerk" kunnen in principe lokaal worden afgewerkt.

Vanwege commerciële redenen worden hiervoor echter vaak internationale tarieven in rekening gebracht. Dit is een reden voor de Europese commissie om deze tarieven eens tegen het licht te houden.

Hoewel het alarmnummer verschilt per land kan in een groot deel van de wereld[2] het Europese noodnummer 112 gebeld worden, in Nederland en België zelfs wanneer de toetsenblokkering aan staat. In Nederland kan men 112 ook bellen als zich geen simkaart in de mobiele telefoon bevindt. In België is dit niet mogelijk om misbruik tegen te gaan. In België en Nederland kan in het geval dat het eigen netwerk géén dekking biedt via andere (concurrerende) netwerken het alarmnummer gebeld worden. Men wordt dan doorverbonden met de meldkamer van de hulpdiensten. In Nederland gaan alle noodoproepen van mobiele telefoons rechtstreeks naar de nationale meldkamer in Driebergen. Deze schakelt de beller door naar de meldkamer van de veiligheidsregio waarin de beller zich bevindt. In België wordt men doorverbonden met de dichtstbijzijnde noodcentrale (Noodcentrale 112 of Communicatie- en Informatiecentrum, afhankelijk van of men het noodnummer 100, 101 of 112 belt).[3] Gsm-netwerken houden altijd capaciteit vrij voor noodoproepen.

Er bestaan verschillende varianten van gsm. Het onderscheid is de frequentieband die gebruikt wordt:

In Nederland werd het eerste gsm-netwerk in juli 1994 geopend door het toenmalige PTT Telecom; in de jaren daarna volgden er nog vier mobiele netwerken van andere gsm-aanbieders.

In België werd het eerste gsm-netwerk in 1994 opengesteld door Proximus,[4] waarna er nog twee andere gsm-operatoren bij kwamen. Dit is in België de derde generatie mobiele telefonie en ze werd in haar begindagen dan ook soms aangeduid met de aanduiding MOB3 naar analogie met haar twee voorlopers MOB1 en MOB2.

Elke aanbieder van mobiele telefonie is herkenbaar aan een code van vijf cijfers. De meeste telefoons kennen deze codes en tonen de naam van de aanbieder op het scherm. De codes zijn:

• Gsm-parkeren
• Cell broadcast
• Short Message Service

• VoIP via de mobiele telefoon

Signaalversterkers zijn kleine zend- en ontvangstations die kunnen worden ingezet als het signaal inpandig niet toereikend is. Door middel van deze frequentieband-versterkers en een buiten- en binnenantenne kan het signaal inpandig worden verbeterd.

Het gebruik van signaalversterkers is in Nederland alleen toegestaan met toestemming van de mobiele providers. Deze zijn namelijk vergunninghouders van de frequenties waarop de signaalversterkers werken. Zonder toestemming is er sprake van illegaal gebruik van de signaalversterker en kunnen er ernstige storingen in de netwerken van de providers ontstaan. Momenteel geven mobiele providers alleen toestemming voor signaalversterkers die bij hen zijn gekocht en door hen zijn geïnstalleerd omdat deze afgestemd worden op het eigen netwerk. Signaalversterkers die niet bij de providers gekocht zijn, zijn niet afgestemd op de netwerken van de providers en veroorzaken daardoor storingen. In het ergste geval zijn de aangeboden diensten niet beschikbaar. Agentschap Telecom, toezichthouder, treedt op bij storingen en illegaal gebruik van signaalversterkers vb. door boetes op te leggen aan de gebruikers van de versterkers. Sinds 2017 voert Agentschap Telecom verscherpt toezicht uit op de handel in en het gebruik van signaalversterkers.

Alle mobiele providers bieden bellen via wifi aan. Dit is een mogelijke oplossing voor dekkingsproblemen binnenshuis.

• (en) Overzicht van GSM, van de geschiedenis tot nieuwste ontwikkelingen
• (en) European Telecommunications Standards Institute
• (en) GSM Association - Global Trade Association for GSM operators
• Overzicht stralingswaarden gsm's en smartphones
• Informatie over signaalversterkers

Zie de categorie GSM Standard van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.