GSM چیست؟

مطالعه گروه GSM  بر روی یک سیستم موبایل دیجیتالی با roaming بین‌المللی، رابط‌های خوب بین عناصر شبکه و کیفیت صدای بهتر در سال ۱۹۸۰ آغاز شد. امروزه بر اساس ایده جهانی شدن شبکه رادیویی موبایل، علامت GSM نشان دهنده عبارت Global System for Mobile Communication می‌باشد.

باند فرکانسی سیستم GSM در سال ۱۹۹۰، MHZ 900 و با علامت اختصاری ۹۰۰ GSM و در سال ۱۹۹۱ با ارتقا سیستم، باند فرکانسی به MHZ 1800 با علامت ۱۸۰۰ DCS مبدل شد. در سال ۱۹۹۵ در آمریکا، این سیستم با باند فرکانسی MHZ 1900 و با علامت اختصاری ۱۹۰۰ PCS مورد استفاده قرار گرفت.سیستم GSM نمونه‌ای از فن آوری های موبایل نسل دوم است که به خوبی کاربردهای صوتی را پوشش می‌دهد. اما در ارتباط با اینترنت و انتقال اطلاعات، پشتیبانی محدودی دارد. GSM بر اساس فن آوری مشابه سیستم TDMA طراحی شده است با این تفاوت که از فرکانس‌های بالاتری بهره می‌برد. همچنین در این سیستم از تکنیک سلول کوچک برای افزایش ظرفیت استفاده شده است.

مقدمه

در طی چند دهه اخیر استفاده از تلفن‌های همراه با استقبال فراوانی روبرو شده است. این تلفن‌ها علاوه برسرویسهای مخابراتی قابلیت جابجای در مسافت‌های زیاد را نیز به همراه دارند. سیستم ارتباط سیار از آغاز تا به امروز بر اساس توانایی‌های موجود دارای کاربردهای گوناگونی بوده‌اند، همراه با رشد صنعت الکترونیک (در زمینه قطعات) توانایی‌های سیستم ارتباط سیار نیز گسترش یافته و تنوع بسیاری در این زمینه ایجاد گردیده است بطوریکه در این زمینه تکنولوژی‌ها و نسل‌های مختلفی ایجاد شده است.سیستم‌های نسل اول مخابرات سیار که آنالوگ بودند.

همگی برپایه فن آوری سلولی ایجاد شدند. نمونه‌ای از این سیستم‌ها NMT ، AMPS و TACS بودند. در این سیستم‌ها ظرفیت بسیار پایین بود و فقط در انتقال داده‌های صوتی از این سیستم استفاده می‌شد. مسئله تداخل یکی از مهمترین مشکلات این گونه سیستم‌ها بود که اجازه نصب ایستگاه‌های بیشتر را از این سیستم‌ها گرفته بود.

در این سیستم‌ها مکانیز امنیتی خاصی وجود نداشت. با در نظر گرفتن مشکلات این نسل و برطرف سازی این معایب، نسل دیگری از مخابرات سیار به نام نسل دوم ۲G پا به عرصه گذاشت. در این نسل، شبکه‌های آنالوگ جای خود را به شبکه‌های دیجیتالی دادند. در شبکه‌های دیجیتالی کانال ترافیک به صورت دیجیتال می‌باشد، یعنی صحبت در آنها به صورت کد شده است. مهمترین استاندارد نسل دوم همان GSM است که مقبولیت جهانی پیدا کرده است و به پرکاربردترین سیستم ارتباطات سلولی در دنیا تبدیل شده است.

معماری GSM

سیستم GSM از ترکیب ۳ زیر سیستم اصلی بوجود آمده است :
۱٫زیر سیستم شبکه
۲٫ زیر سیستم رادیویی
۳٫ زیر سیستم پشتیبانی و نگهداری
در سیستم GSM برای برقراری ارتباطات اپراتورهای شبکه بامنابع مختلف و تجهیزات زیر ساختار سلولی ، نه تنها رابطی هوایی بلکه چندین رابط اصلی دیگر برای مرتبط کردن قسمتهای مختلف این سیستم تعریف شده است ( این رابطه ها را میتوانید در شکل بالا مشاهده نمایید )
سه رابط مهم در سیستم GSM در زیر آمده است :

• رابط A که میان MSC و BSC قرار دارد .
•  A-bis که میان BSC و BTS قرار دارد .
• رابط UM که میانBTS و MS قرار دارد .
•  دیگری نیز بنام MAP وجود دارد که پروتکلی استکه میان عناصر MSC ، VLR ، HLR ، EIR و AUC رد وبدل میشود .

زیر سیستم شبکه :

این سیستم شامل تجهیزات و فانکشنهای مربوط به مکالمات end-to-end ، مدیریت مشترکین ، Mobility می باشد و نیز مانند رابطی میان سیستم GSM و مراکز تلفن ثابت ( PSTN ) عمل میکند .
زیر سیستم شبکه ، یک زیر سیستم سوئیچینگ می باشد که شامل MSC ها ، VLR ، HLR ، AUC و EIR می باشد .
در زیر تعریف کوتاهی از هر یک از این عناصر ارائه شده است :

MSC یا مرکز سرویسهای سوئیچینگ موبایل فانکشنهای راه اندازی مکالمه (call setup) را انجام میدهد ، رابطی نیز با مراکز تلفن ثابت دارد و فانکشنهایی نیز مانند ارائه صورت حساب مشترکین نیز برعهده این مرکز است .
HLR  یا ثبت کننده محل HOME یک پایگاه داده متمرکز شامل اطلاعات تمامی مشترکین ثبت شده در یک PLMN است . ممکن است در یک PLMN بیشتر از یک HLR وجود داشته باشد ولی هر مشترک مشخص تنها به یک HLR میتواند وارد شود .

بدین ترتیب که به هر مشترک یک کد شناسایی تخصیص داده میشود. این کدها در مرکز EIR به سه دسته تقسیم میشوند:
لیست سفید – شامل گوشیهایی است که بدون هیچ محدودیتی میتواند در شبکه بکار گرفته شوند.
لیست خاکستری – شامل گوشیهایی میشود که میتوانند در شبکه استفاده شوند ولی باید مورد پیگیری قرار گیرند. مثلا آیا گوشی دزدی است؟

لیست سیاه – شامل گوشیهایی است که در شبکه قابل استفاده نیستند. مثل گوشی های دزدی یا معیوب.

این مرکز چک میکند که کد شناسایی تخصیص داده شده به گوشی موبایل، در کدامیک از سه لیست فوق قرار دارد. و بدین ترتیب وضعیت اجازه بکار گرفته شدن گوشی در شبکه را تعیین میکند.

چند نکته قابل توجه:

• کد شناسایی IMIE براساس شماره سریال گوشی موبایل تخصیص می یابد.
• در صورت مفقود شدن گوشی موبایل، می توان شماره سریال آن را به یکی از مراکز امور مشترکین تلفن همراه اعلام کرد تا مورد پیگیری واقع شود.

یکی دیگر از ترکیبات زیر سیستم شبکه Echo Canceller استکه مسایل آزار دهنده ای ( مانند انعکاس صدا ) که از طریق شبکه موبایل در زمان اتصال به یک مدار PSTN ایجاد میشود را کاهش میدهد .
شبکه IWF یا فانکشن داخل شبکه ای نیز رابطی میان MSC و دیگر شبکه ها  PSTN و ISDNمیباشد .

 زیرسیستم رادیویی

شامل تجهیزات و فانکشنهای مرتبط با مدیریت اتصالات مسیر رادیویی ، مانند مدیریت handover ها می باشد . این زیر سیستم شامل BSC ، BTS و MS است . MS بطور قراردادی در زیر سیستم رادیویی قرار گرفته و همیشه آخرین مسیر یک مکالمه است و از برقراری یک مکالمه ، بهمراه زیر سیستم شبکه ، جهت مدیریت mobility ، محافظت میکندMS . دارای قابلیتهای پایانه شبکه و همچنین پایانه کاربر است . هر سلول در سیستم GSM یک BTS با چندین گیرنده وفرستنده دارد . هر منطقه جغرافیایی به صورت سلولی تقسیم میشود و هرسلول تحت پوشش و سرویس دهی یک ایستگاه BTS قرار دارد.

یک گروه از BTS ها توسط یک BSC کنترل میشوند . پیکربندیهای مختلفی برای BSC-BTS وجود دارد . برخی از این پیکر بندیها برای وضعیت ترافیک بالا و تعدادی برای مناطقی با ترافیک متوسط طراحی شده اند . یک BSC فانکشنهایی چون handover و power control را نیز کنترل مینماید .BSC و BTSبا هم بنام BSS شناخته میشوند . BSS

از دید MSC بصورت یک رابط که ارتباطات لازم را با MS ها در حوزه ای مشخص برقرار میکند ، به نظر می رسد . BSS دائما با یک مدیریت کانال رادیویی ، فانکشنهای انتقال ، کنترل link رادیویی و تخمین کیفیت و مهیا سازی سیستم برای handover ها ، مرتبط است . BSS میتواند به N سلول پوشش بدهد که N میتواند یک یا بیشتر باشد .

زیرسیستم مرکز نگهداری و پشتیبانی:

(OMC ) شامل فانکشنهای نگهداری و پشتیبانی تجهیزات GSM میباشد و پشتیبانی رابط اپراتور شبکه را نیز برعهده دارد .
OMC به تمام تجهیزات داخل سیستم سوئیچینگ و BSC متصل میشود  OMC در حقیقت فانکشنهای نظارتی GSM یک کشور را انجام میدهد ( مانند صورتحساب دادن ) و یکی دیگر از مهمترین فانکشنهای آن هم ، فانکشن نگهداری HLR یک کشور است .
بسته به سایز شبکه هر کشور میتواند بیشتر از یک OMC داشته باشد . مدیریت سراسری و متمرکز شبکه نیز توسط مرکز مدیریت شبکه NMC انجام میپذیرد و OMC نیز مسئول مدیریت منطقه ای شبکه میباشد .

در شبکه موبایل اولین بخشی که به مستقیما با گوشی موبایل در ارتباط است به لفظ عوام آنتن موبایل و به تعبیر تخصصی BTS ‪(base transceiver station)‬ می باشد .در نهایت توسط خطوط انتقال این دستگاه به دستگاه دیگری به نام BSC که وظیفه مدیریت بین چند BTS را دارد متصل می شود. دومین مرحله بعد از آنتن موبایل (BTS) در شبکه دستگاهی است به نام BSC . ‪(Base Station Controller )‬ که مخفف آن BSC میشود همانطور که از اسمش پیداست وظیفه کنترل چند BTS به عهده یک BSC است و کار آن بسیار با اهمیت می باشند چون تنظیم یکسری از پارامترهای مهم شبکه که راجع به کیفیت مکالمه و تماس مطلوب است در این دستگاه تعریف می شود.

در شبکه GSM900 از محدوده فرکانسی ۸۹۰-۹۶۰MHZ استفاده می‌شود. این محدوده فرکانسی به دو بخش (۸۹۰-۹۱۵) Uplink و (۹۳۵-۹۶۰) Downlink تقسیم گردید.

هر کدام از باندهای فوق شامل ۱۲۴  کانال با عرض باند ۲۰۰k بوده که از روش FDMA/TDMA استفاده می‌شود. همچنین هر فریم (کاریر) FDMA به ۸ بازه زمانی تقسیم شده و بطور متناوب هر تایم اسلات ۵۷۷   میکرو ثانیه و هر فریم ۴٫۶۱۵  میلی ثانیه زمان نیاز دارد. از این ۵۷۷ میکرو ثانیه ۳۰٫۵ میکروثانیه آن Space Guard بوده و جهت جلوگیری از تداخل با تایم اسلات بعدی می‌باشد. هر بازه زمانی ۱۴۸ بیت می‌باشد.

تخصیص فرکانس و بازه‌های زمانی نامبرده در شکل نشان داده شده‌اند. هر شبکه تلفنی احتیاج به یک ساختار معین و مشخص به منظور مسیردهی مکالمات ورودی به سمت مشترک مخاطب را دارد. در شبکه تلفن همراه، این ساختار از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا مشترک قابلیت تحرک و تغییر موقعیت مکانی را دارد.

جمع بندی

این استاندارد با نسل اول که به صورت آنالوگی میباشد تفاوتهایی عمده دارد و دارای مزایای زیادی نسبت به سایر فناوری های این نسل از جمله‌ی دیجیتالی بودن آن و کیفیت کیفیت عالی صوت با تلفن همراه ،قابلیت ارتقا، رومینگ بین المللی و… می باشد به عبارتی یک سیستم نسل دوم تلفن همراه تلقی می‌شود و یک استاندارد متداول پذیرفته شده برای ارتباطات دیجیتال سلولی است در هر حال ظرفیت و نرخ بیت انتقال داده GSM بسیار ضعیف است.

و با رشد سیستم های تلفن سیار  ، افزایش کاربران اینترنت و بالا رفتن انتظار و نیاز های کاربران ، مانند تقاضای دسترسی به اینترنت با کیفیت بالا از طریق سیستم های بیسیم ، منجر به طراحی سیستم هایی نسل جدید شده است که قادر به برآورده کردن این نیازها باشند.