GSM – Co to jest i Jak działa?

Standard GSM, czyli Global System for Mobile Communications, to jedna z najważniejszych technologii w historii komunikacji mobilnej. Choć w dzisiejszych czasach utożsamiamy telefony komórkowe z zaawansowanymi smartfonami, sieciami 4G i 5G, to GSM odegrało kluczową rolę w rozwoju tej dziedziny. To właśnie w systemie GSM narodziły się pierwsze telefony komórkowe, a także standardy, które stały się fundamentem dla dzisiejszych zaawansowanych technologii mobilnych.

W niniejszym artykule przyjrzymy się bliżej temu, czym dokładnie jest GSM, jak działa oraz jakie były początki tej technologii. Zrozumienie podstaw GSM to klucz do pojęcia, jak ewoluowały systemy komórkowe i jakie znaczenie ma GSM w dzisiejszym świecie telekomunikacji.

Co to jest GSM?

GSM (Global System for Mobile Communications) to międzynarodowy standard telekomunikacyjny stosowany w telefonii komórkowej. Jest to technologia umożliwiająca przesyłanie głosu i danych za pomocą bezprzewodowych sieci komórkowych. Standard GSM został opracowany w celu stworzenia jednolitej platformy telekomunikacyjnej, która umożliwiłaby komunikację między różnymi sieciami na całym świecie.

GSM wykorzystuje cyfrową modulację głosu, co oznacza, że dźwięk jest próbkowany, przekształcany na dane cyfrowe, a następnie przesyłany za pomocą fal radiowych. Standard ten wprowadza również karty SIM (Subscriber Identity Module), które identyfikują abonenta w sieci i przechowują jego dane, takie jak numer telefonu i kontakty.

Jednym z kluczowych aspektów GSM jest jego interoperacyjność. Oznacza to, że urządzenia GSM mogą działać w różnych sieciach na całym świecie, pod warunkiem, że są odblokowane i obsługują odpowiednie częstotliwości. Dzięki temu podróżujący mogą korzystać ze swojego telefonu w wielu krajach bez konieczności zmiany urządzenia.

GSM odegrało ważną rolę w rozwoju telefonii komórkowej i stanowiło fundament dla wielu późniejszych technologii, takich jak 3G (UMTS) i 4G (LTE). Pomimo coraz szybszego rozwoju nowych standardów, GSM pozostaje szeroko stosowanym standardem w wielu regionach i odgrywa kluczową rolę w globalnej łączności mobilnej.

Jak działa GSM?

Działa on na zasadzie komunikacji radiowej, co oznacza, że umożliwia przesyłanie sygnałów głosowych i danych pomiędzy telefonami komórkowymi a stacjami bazowymi, a następnie między różnymi stacjami bazowymi.

1. Telefon komórkowy a stacja bazowa:
   • Gdy użytkownik korzysta z telefonu komórkowego, urządzenie przekształca dźwięk na sygnał cyfrowy.
   • Sygnał jest przesyłany do najbliższej stacji bazowej, zlokalizowanej w zasięgu telefonu.
2. Stacja bazowa a centrala:
   • Stacja bazowa odbiera sygnał od telefonu i przesyła go do centrali telekomunikacyjnej.
   • W centrali sygnał jest konwertowany na analogowy, jeśli połączenie jest kierowane na tradycyjną linię telefoniczną.
3. Połączenie z innym telefonem:
   • Połączenie jest kierowane do drugiego telefonu komórkowego lub tradycyjnej linii telefonicznej.
   • Jeśli odbiorca jest w innej sieci lub miejscu, połączenie jest przesyłane do odpowiedniej stacji bazowej w jego zasięgu.
4. Odbiorca otrzymuje połączenie:
   • Odbiorca otrzymuje sygnał dźwiękowy na swoim telefonie, po przekształceniu sygnału cyfrowego na dźwięk.
5. Rozmowa:
   • Użytkownik może prowadzić rozmowę, a dźwięk jest przesyłany pomiędzy oboma telefonami w postaci fal radiowych za pośrednictwem stacji bazowych.
6. Zakończenie połączenia:
   • Po zakończeniu rozmowy sygnały zostają przekształcone z powrotem na sygnały cyfrowe i przesyłane do centrali.
   • Centrala kończy połączenie i przesyła odpowiednie informacje na temat czasu trwania połączenia, na których podstawie naliczane są opłaty.

GSM korzysta z cyfrowej modulacji głosu, co pozwala na przesyłanie dźwięku w postaci pakietów danych, co jest bardziej efektywne w porównaniu z analogowym systemem transmisji. Ponadto technologia GSM umożliwia przesyłanie danych tekstowych, takich jak wiadomości SMS, co znacząco rozszerza zakres jej zastosowań.

Działanie GSM jest oparte na rozmieszczeniu wielu stacji bazowych, które tworzą siatkę komórkową, zapewniając użytkownikom dostęp do usług telekomunikacyjnych w ruchu.

Standardy GSM

GSM (Global System for Mobile Communications) to międzynarodowy standard telefonii komórkowej, który wprowadza różne technologie i usługi.

GSM 2G

To podstawowa wersja GSM, znana jako 2G (druga generacja). Standard 2G umożliwia przesyłanie głosu oraz wiadomości tekstowych (SMS). Jego główną zaletą jest efektywność przesyłania głosu w postaci cyfrowej i zdolność do wykrywania błędów w przesyłanych danych.

GPRS (General Packet Radio Service)

GPRS jest rozszerzeniem standardu 2G i wprowadza możliwość przesyłania danych w formie pakietów. Dzięki temu użytkownicy mogą korzystać z usług internetowych i poczty elektronicznej na swoich telefonach komórkowych. GPRS jest często nazywany 2.5G.

EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution)

EDGE to kolejna poprawka do standardu GSM 2G, która wprowadza wyższe prędkości transmisji danych. Jest znany jako 2.75G. Technologia EDGE była szczególnie ważna w rozwoju usług przesyłania danych na urządzeniach mobilnych.

Nowsze standardy

W internecie znajduje się wiele informacji o GSM, niestety pojawiają się w nich różne błędy jak zaliczanie standardów 3G, 4G, LTE i 5G do GSM, a to nie do końca to samo.

Jednak dla uproszczenia w dalszej części artykułu będziemy uznawać, że nowsze sieci zaliczane są do GSM.

3G (UMTS)

Trzecia generacja standardu GSM to 3G lub UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). UMTS umożliwia znacznie wyższe prędkości transmisji danych w porównaniu z poprzednimi standardami. Dzięki temu użytkownicy mogą korzystać z zaawansowanych usług, takich jak wideorozmowy i dostęp do internetu w jakości zbliżonej do szerokopasmowego.

HSPA (High-Speed Packet Access)

HSPA to kolejne ulepszenie standardu 3G, które zapewnia jeszcze wyższe prędkości transmisji danych. Obejmuje technologie takie jak HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) i HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access).

Te standardy i technologie stanowią kolejne etapy rozwoju GSM i telefonii komórkowej. Każdy z nich wprowadza innowacje i poprawia jakość usług dostępnych dla użytkowników mobilnych.

4G (LTE)

Czwarta generacja standardu GSM to LTE (Long-Term Evolution). LTE wprowadza jeszcze szybsze prędkości transmisji danych i umożliwia szerokie zastosowania, takie jak transmisja strumieniowa w jakości HD i gry online. Jest to również technologia wykorzystywana w sieciach 4G LTE-A (Advanced).

5G

Piąta generacja standardów telekomunikacyjnych (5G) jest już wprowadzana na rynek. Ta technologia umożliwia niezwykle szybkie połączenia i wprowadza nowe możliwości, takie jak Internet rzeczy (IoT) i szerokie zastosowanie w przemyśle i medycynie.

Cecha	GSM	3G (UMTS, HSPA)	LTE (4G)	5G
Rodzaj sieci	2G	3G	4G	5G
Prędkość pobierania	Do 0,3 Mbps	Do 42 Mbps (HSPA+)	Do 1 Gbps	Do 10 Gbps
Prędkość wysyłania	Do 0,3 Mbps	Do 5,76 Mbps (HSUPA)	Do 100 Mbps	Do 10 Gbps
Opóźnienia (ping)	Wysokie	Średnie	Niskie	Bardzo niskie
Przeznaczenie	SMS, rozmowy	Dane multimedialne,	Dane, streaming wideo	Wieloskalowe zastosowania, niskie opóźnienia
Rok wprowadzenia	Lata 80.	Lata 2000.	Lata 2010.	Lata 2020.
Technologie zastępcze	3G, 4G	4G, 4G+ (LTE-A)	5G	–
Częstotliwości pracy	850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz	850 MHz, 900 MHz, 2100 MHz, 1900 MHz, 1700/2100 MHz	Od 700 MHz do 2600 MHz	Od 600 MHz do 100 GHz (różne pasma)
Wydajność spektralna	Niska	Średnia	Wysoka	Bardzo wysoka
Opóźnienie transmisji	Wysokie	Średnie	Niskie	Bardzo niskie

Częstotliwości działania GSM

System GSM (Global System for Mobile Communications) działa na różnych częstotliwościach w zależności od regionu świata. Poniżej przedstawiam podstawowe pasma częstotliwości, na których działa GSM:

1. Pasma 900 MHz (GSM900): To pasmo, które jest szeroko używane w Europie, Afryce, Bliskim Wschodzie i innych regionach. W GSM900 nadawanie odbywa się w zakresie częstotliwości 890-915 MHz, a odbiór w zakresie 935-960 MHz.
2. Pasma 1800 MHz (GSM1800 lub DCS): To pasmo jest znane również jako GSM1800 lub DCS (Digital Cellular System). Jest szeroko wykorzystywane w Europie, Azji i innych regionach. W GSM1800 nadawanie odbywa się w zakresie częstotliwości 1710-1785 MHz, a odbiór w zakresie 1805-1880 MHz.
3. Pasma 850 MHz i 1900 MHz (GSM850 i PCS1900): W Stanach Zjednoczonych, Kanadzie, Ameryce Łacińskiej i innych regionach, system GSM działa na częstotliwościach 850 MHz (GSM850) oraz 1900 MHz (PCS1900).
4. Pasma 450 MHz (GSM450): W niektórych regionach, takich jak Rosja, Chiny i kilka innych, system GSM działa na częstotliwościach 450 MHz. Jest to mniej popularne niż pasma 900 MHz i 1800 MHz.
5. Pasma 850 MHz i 900 MHz (AMPS): W niektórych obszarach w Ameryce Północnej stosowano starszy system AMPS (Advanced Mobile Phone System), który działał na częstotliwościach 850 MHz i 900 MHz.
6. Pasma 700 MHz i 850 MHz (North American 3G): W Ameryce Północnej systemy 3G (UMTS i CDMA2000) działają na częstotliwościach 700 MHz i 850 MHz.
7. Pasma 2.1 GHz (UMTS/3G): Systemy 3G (UMTS) działają w pasmach 2.1 GHz w różnych regionach na całym świecie.
8. Pasma 2.6 GHz i wyższe (4G LTE i 5G): Systemy 4G LTE oraz 5G wykorzystują jeszcze wyższe częstotliwości, takie jak pasma 2.6 GHz, 3.5 GHz, 28 GHz i 39 GHz. Są one używane w celu zapewnienia szybszych prędkości transmisji danych i większej przepustowości sieci.

Warto zaznaczyć, że konkretne częstotliwości i pasma mogą się różnić w zależności od kraju i operatora. Dlatego w przypadku korzystania z usług GSM lub innych technologii komórkowych w danym regionie, zawsze warto sprawdzić dostępne pasma i częstotliwości używane przez lokalnych operatorów.

GSM a LTE – jakie są różnice?

LTE (Long-Term Evolution) i GSM to dwie różne technologie telekomunikacyjne, choć są ze sobą powiązane i istnieją pewne wspólne elementy.

1. GSM (Global System for Mobile Communications):
   • GSM to starsza technologia telekomunikacyjna, znana również jako 2G (drugie pokolenie).
   • Została wprowadzona w latach 80. XX wieku.
   • Oferuje przede wszystkim usługi głosowe (rozmowy telefoniczne) i SMS.
   • Jest oparta na komórkach bazowych i zapewnia szeroki zasięg, szczególnie na obszarach wiejskich.
   • Technologia GSM korzysta z kart SIM.
2. LTE (Long-Term Evolution):
   • LTE jest nowocześniejszą technologią telekomunikacyjną, określaną jako 4G (czwarte pokolenie).
   • Została wprowadzona na początku XXI wieku.
   • Głównie skupia się na szerokopasmowej transmisji danych, oferując wyższe prędkości internetu mobilnego.
   • Ma krótszy zasięg w porównaniu z GSM, ale zapewnia znacznie większą przepustowość.
   • LTE może obsługiwać również połączenia głosowe przez protokół VoLTE (Voice over LTE).

Mimo tych różnic, istnieje pewne powiązanie między nimi. W przypadku technologii LTE, korzysta się z sieci GSM do zarządzania połączeniami głosowymi (głównie w przypadku połączeń telefonicznych) i identyfikacji urządzeń poprzez karty SIM.

Oznacza to, że technologia LTE jest częściowo zbudowana na fundamentach technologii GSM. Jednak LTE jest znacznie bardziej zaawansowane w dziedzinie przesyłania danych, co sprawia, że jest bardziej odpowiednie do obsługi aplikacji internetowych, strumieniowania wideo i innych zaawansowanych usług.

GSM a GPRS

Główną różnicą między GSM a GPRS jest to, że GPRS umożliwia przesyłanie danych w trybie pakietowym, co znacznie zwiększa prędkość transmisji danych i umożliwia korzystanie z usług związanych z danymi na urządzeniach komórkowych.

GSM koncentruje się głównie na połączeniach głosowych i wiadomościach tekstowych.

1. GSM (Global System for Mobile Communications):
   • Rodzaj usług: GSM to podstawowa technologia mobilna używana do przesyłania głosu i wiadomości tekstowych (SMS).
   • Sposób transmisji: W technologii GSM dane są przesyłane w sposób cykliczny, a połączenia głosowe są nadawane w sposób ciągły.
   • Prędkość transmisji danych: Prędkość przesyłania danych w technologii GSM jest niska w porównaniu z nowszymi standardami. Obejmuje to prędkości do 9,6 kbps dla połączeń analogowych i do 14,4 kbps dla cyfrowych (GSM 2.5G).
2. GPRS (General Packet Radio Service):
   • Rodzaj usług: GPRS jest ewolucją technologii GSM i wprowadza przesyłanie danych w trybie pakietowym, co umożliwia korzystanie z usług związanych z danymi, takich jak dostęp do internetu i e-mail.
   • Sposób transmisji: W technologii GPRS dane są przesyłane w pakietach, co oznacza, że są one dzielone na małe bloki i przesyłane osobno, co pozwala na efektywne korzystanie z dostępu do internetu i innych usług danych.
   • Prędkość transmisji danych: Prędkości w technologii GPRS mogą wynosić do kilku dziesiątek kilobitów na sekundę (kbps), co jest znacznie szybsze niż w technologii GSM.

Czy korzysta się jeszcze z sieci GSM?

Mimo że technologia GSM (2G) jest już przestarzała i nie jest już używana do przesyłania danych w takim stopniu jak 3G, 4G (LTE) lub 5G, wciąż ma swoje zastosowania i korzyści w dzisiejszym świecie telekomunikacji.

GSM nadal jest używane jako główny standard do przesyłania połączeń głosowych w sieciach komórkowych. To oznacza, że każdy telefon komórkowy musi obsługiwać standard GSM do prowadzenia rozmów.

Standard GSM jest często stosowane w systemach awaryjnych, takich jak systemy alarmowe, monitoringu i śledzenia pojazdów. Jest to spowodowane stabilnością i niezawodnością technologii GSM.

Choć wiele innych aplikacji i usług do komunikacji tekstowej jest dostępnych, to SMS na bazie technologii GSM pozostaje popularnym środkiem komunikacji tekstowej, aż do dziś.

GSM stosuje się również w miejscach zacofanych technologicznie.

Jaka przyszłość czeka GSM?

W miarę jak nowsze technologie, takie jak 4G (LTE) i 5G, rozwijają się i stają się bardziej powszechne, sieci GSM są stopniowo wycofywane. Operatorzy telekomunikacyjni skupiają się na rozwoju i rozbudowie sieci 4G i 5G, co wpływa na ograniczanie zasobów i inwestycji w starsze standardy.

Chociaż standard GSM jako taki jest wycofywany, technologie takie jak LTE-M (Long-Term Evolution for Machines) i NB-IoT (Narrowband Internet of Things) nadal korzystają z istniejącej infrastruktury GSM do obsługi urządzeń IoT (Internet of Things). Dają one możliwość komunikacji urządzeń o niskim zapotrzebowaniu na energię i przepustowość.

Trwają już prace badawcze nad technologią 6G, która ma potencjał dostarczenia jeszcze wyższych prędkości transmisji danych. Jednak zanim 6G stanie się standardem, minie jeszcze wiele lat na badania, rozwój i wdrożenia.

GSM odegrało i wciąż odgrywa istotną rolę w rozwoju świata. Ciężko sobie wyobrazić jakby wyglądał współczesny proces komunikacji, gdyby nie GSM. Mamy nadzieję, że po lekturze tego artykułu Twoja wiedza o GSM została poszerzona a nam udało się odpowiedzieć na pytania, które kotłowały się w Twojej głowie.