Tecnología GSM

El Sistema Global para las comunicaciones Móviles “Global System for Mobile communications”, es un sistema estándar digital inalámbrico abierto (sin propietario) de comunicaciones de segunda generación (2G) para telefonía celular más expandido en el mundo, que presta servicios de voz de alta calidad y servicios de datos conmutados por circuitos en una amplia gama de bandas o rangos de frecuencia espectrales.


Su definición se origino en el oriente como “un estándar europeo abierto para que una red digital de teléfono móvil soporte voz, datos, mensajes de texto y roaming en varios países alrededor del mundo”.

HISTORIA

GSM nació ante la necesidad de mejorar la sencillez y disminuir las limitaciones que tenía la tecnología de primera generación de tecnología móvil analógica llamada AMPS (Advanced Mobile Phone System o Sistema Avanzado de Telefonía Móvil), la cual permitía solo la transmisión de voz. Dicha tecnología fue creado por Laboratorios Bell e implementada en los Estados Unidos en 1982, y posteriormente en Inglaterra bajo el nombre de TACS (Total Access Communications System o sistema de comunicación de acceso total).

Desde 1982 se crea el Grupo de trabajo (Groupe Spécial Mobile o GSM), con el objetivo de desarrollar un estándar europeo de telefonía móvil que se encargo de la configuración técnica de una norma de transmisión y recepción para la telefonía celular europea, en la cual participaron 26 compañías de telecomunicaciones europeas. Para el año 1991 se presentan los primeros prototipos de equipos telefónicos GSM y en 1992 las redes europeas implementan la tecnología y lanzan al mercado, en noviembre, el Nokia 1001 siendo el primer teléfono celular GSM.

En la década de los 90s, empresas de operadores móviles que implementaron técnicas como TDMA (Acceso múltiple por división de tiempo) y CDMA (acceso múltiple por división de código) sobre sus redes de tecnología AMPS, convirtiéndolas en redes de señal digital (D-AMPS), tuvieron una gran ventaja al no tener que invertir en nuevas torres, cableado, antenas y demás, ya que se podía transmitir en los mismos canales y frecuencias de radio existentes de la red analógica. Esta conversión hizo posible la técnica de multiplexion permitiendo transmitir varias conversaciones simultáneas por en la misma celda.

En esa época el estándar europeo GSM marco el inicio de la segunda generación (2G), se introdujo la capacidad de transmitir voz y datos a una velocidad de 9,6 kbit/s, lo que permitió proveer el servicio de mensajes cortos (SMS) diseñado como parte del estándar GSM. Esta tecnología tan conocida nació bajo principios de:

• Buena calidad de voz (gracias la señal digital). 
• Habilitar el servicio de Itinerancia o roaming 
• Deseo de implantación internacional. 
• Terminales “teléfonos celulares” realmente portátiles a un precio accesible. 
• Compatibilidad con la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI) 
• Restauración de un mercado competitivo con multitud de operadores y fabricantes. 

ASOCIACIÓN GSM (GSMA)

La Asociación GSM es una organización de operadores móviles y compañías relacionadas, dedicada al apoyo de la normalización, la implementación y promoción del sistema de telefonía móvil GSM. Es una de las asociaciones comerciales más poderoso del mundo.

Fue creada como el MdE (Memorando de Entendimiento) de la Asociación GSM en 1995. Afirma que tiene como miembros a cerca de 800 operadores de telefonía móvil y más de 200 empresas relacionadas.

CONCEPTO DE RED CELULAR

 Las redes de telefonía móvil se basan en el concepto de celdas, son redes formada por celdas de radio cada una con su propio transmisor-receptor central, denominado estación base (o Estación base transceptora, BTS). 

Estas celdas son usadas con el fin de cubrir diferentes zonas geográficas para proveer cobertura de radio. Cuanto menor sea el radio de una celda, mayor será el ancho de banda disponible. En zonas urbanas muy pobladas, hay celdas con un radio de unos cientos de metros y en zonas rurales hay celdas enormes de hasta 30 kilómetros que proporcionan cobertura.

En una red celular, cada celda está rodeada por 6 celdas contiguas y para evitar interferencia, las celdas adyacentes no pueden usar la misma frecuencia.

                       

CARACTERÍSTICAS

La tecnología GSM es usada por más de 4 billones de usuarios GSM en varios países alrededor del mundo, lo que representa 85% del mercado mundial de telefonía móvil, aproximadamente 234 países. Es considerada como una tecnología de segunda generación por su velocidad de transmisión de 9.6 kbit/s y otras características importantes como:

• Tecnología libre y abierta que presta servicios de voz de alta calidad y servicios de datos conmutados por circuitos. 
• Trabaja en una amplia gama de bandas de espectro con frecuencias de 850, 900, 1800 y 1900 MHz, 
• Permite que varios usuarios compartan un mismo canal al hacer llamadas simultáneamente sin interferir con las demás. 
• Permite el servicio de mensajería texto (SMS). 
• Utiliza una técnica llamada “frequency hopping o salto de frecuencias” que minimiza la interferencia de las fuentes externas y hace que las escuchas no autorizadas sean imposibles. 
• Capacidad de servicio internacional roaming o itenerancia. 

MOVILIDAD GSM

Una de las características principales en todas las redes GSM es la capacidad que tiene un usuario para realizar o recibir llamadas telefónicas, enviar y recibir información o acceder a otros servicios mientras viaja fuera de área geográfica cubierta por el operador local usando las redes de otros operadores.

Utilizando la red de señalización de control, los MSCs interactúan para localizar y conectar a los usuarios en toda la red. Los "Registros de Localización" se encuentran incluidos en las Bases de Datos del MSC y ayudan a localizar a los usuarios GSM, cada uno tiene asignado un HLR que se utiliza para contener la localización del usuario y los servicios del abonado en cuestión. Un registro separado, denominado VLR se utiliza para seguir la pista de localización de un usuario.

Cuando el usuario cruza el área cubierta por el HLR, la estación móvil notifica a una nueva VLR de su paradero actual. El VLR utiliza la red de control para señalar la HLR de la nueva localización de la estación móvil. Utilizando esta información, las llamadas terminadas en el móvil se pueden encaminar al usuario utilizando la información de localización contenida en el HLR del usuario.

Seguridad

La seguridad en GSM consta de los siguientes aspectos:

• Autenticación de la Identidad del Abonado 
• Confidencialidad de la Identidad del Abonado 
• Confidencialidad de los Datos de Señalización 
• Confidencialidad de los Datos del Usuario 

El abonado se le identifica de forma única utilizando la Identidad de Abonado Móvil Internacional (IMSI). Esta información junto con la clave individual de autenticación de abonado (Ki) constituyen las "credenciales de identificación". Se utiliza un mecanismo de "desafio-respuesta" para realizar la autenticación., cuando se realizan llamadas las conversaciones reales se cifran utilizando una clave temporal aleatoria de cifrado (Kc). La Estación Móvil (MS) se identifica por medio de la Identidad Temporal de Abonado Movil (TMSI) que emite la red y puede cambiarse periódicamente para mayor seguridad.

Los mecanismos de seguridad de GSM se implementan en tres elementos diferentes del sistema, los cuales siempre deben estar para que funcionen los mecanismos de autentificación y de confidencialidad requeridos:
El Modulo de Identidad del Abonado (SIM)
El Aparato portátil GSM o Estación Móvil (MS)
La Red GSM


Una tarjeta SIM contiene la siguiente información: 

• El número telefónico del abonado (MSISDN). 
• El número internacional de abonado (IMSI, Identificación internacional de abonados móviles). 
• El estado de la tarjeta SIM. 
• El código de servicio (operador). 
• La clave de autenticación. 
• El PIN (Código de identificación personal). 
• El PUK (Código personal de desbloqueo). 

La estación móvil contiene el algoritmo de cifrado, medida de seguridad más para asegurar la privacidad de conversaciones telefónicas y la prevención de fraude en la telefónica celular.

En la red GSM se encuentra el Centro de Autentificación (AuC) que forma parte del Subsistema de Operacion y Mantenimiento (OMS), consiste en una base de datos de información de identificación y autenticación de abonados, es el responsable de generar los conjuntos de RAND (Numero aleatorio), SRES (Respuesta Firmada) y Kc (clave de cifrado temporal generada aleatoriamente) . Estos se encuentran almacenados en el HLR y en el VLR para su utilización en los procesos de autenticación y cifrado.

Autentificación GSM

La red GSM autentifica la identidad del abonado utilizando un mecanismo de "desafio-respuesta, mediante el siguiente proceso:

1. Se envía a la estación móvil un número aleatorio de 128 bits (RAND). 
2. La estación móvil (MS) calcula la respuesta firmada de 32 bits (SRES) basándose en el cifrado del número aleatorio (RAND) con el algoritmo de autenticación (A3) utilizando la clave individual de autenticación de abonado (Kc). 
3. Al recibir del abonado la respuesta firmada (RAND), la red GSM repite el cálculo para verificar la identidad del abonado. 
4. Si el RAND recibido coincide con el valor calculado, la estación móvil ha sido autentificada con éxito y puede continuar. 
5. Si los valores no coinciden la conexión se termina y se indica un fallo de autenticación a la estación móvil. 

El cálculo de la respuesta firmada (RAND) se realiza dentro del SIM, esto proporciona mayor seguridad, debido a que la información del abonado confidencial como la IMSI o la clave Ki nunca salen del SIM durante el proceso de autenticación.

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

Entre las especificaciones técnicas más importante de GSM están:

• Método de modulación: GSM utiliza el método de modulación Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK), es una técnica de filtrado de modulación Gausiana, usada en las comunicaciones de radio, basada en la modulación MSK, su gran ventaja es la capacidad de llevar modulación digital mientras se sigue usando eficientemente el espectro electromagnético. El método GMSK consiste en un proceso de cambio que modifica la información entrante en un formato adecuado para su transmisión y la desmodula una vez que llega a su destino.
• Métodos de acceso: En GSM se diseño un método combinado de TDMA / FDMA como su método, dado a que el espectro radioeléctrico es un recurso escaso compartido por todos los usuarios y se necesitaba un método que pudiera dividir el ancho de banda entre tantos usuarios como fuese posible.
• La parte FDMA implica la división de la frecuencia del ancho de banda total de 25 MHz en 124 frecuencias portadoras de ancho de banda de 200 kHz, estas frecuencias con asignadas a cada BSS de GSM.
• El esquema TDMS se encarga de dividir las frecuencias portadoras o canal en 8 ranuras de tiempo, uno tiempo usado para la para la transmisión por el terminal móvil y otro para recepción, esta separación de tiempo permite que la unidad móvil no reciba ni transmita al mismo tiempo.
• Canales de voz por canal RF. Cada canal de circuito RF, que permite la transmisión en diferentes frecuencias, consta de 8 canales de voz.
• Distancia a doble cara ( dúplex): La distancia dúplex es de 80 MHz de separación, es la distancia entre el enlace ascendente y descendente de frecuencias, cada canal tiene dos frecuencias.
• Técnica dúplex : Modo de acceso de División de Frecuencia dúplex (FDD), antes conocido como WCDMA. Consiste en definir un canal de frecuencia con dos frecuencias de operación separadas, una para el transmisor y otra para el receptor, se añaden sistemas de filtros llamados duplexores, en los caminos del transmisor y del receptor para que mantengan energía del transmisor fuera de la entrada del receptor, que permiten usar el canal (par de frecuencias) en el modo full-duplex permitiendo el usuario puede hablar y escuchar al mismo tiempo.
• Velocidad de transmisión: GSM es un sistema digital con una tasa transmisión de 270 kbps y la tasa de transmisión por ranura de tiempo es de 22.8 kbps.
• Banda de frecuencia para GSM
• El rango de frecuencia de enlace ascendente (uplink) es de 933 - 960 MHz (900 MHz básica solamente). 
• El rango de frecuencia de enlace descendente (downlink ) es de 890 a 915 MHz (900 MHz básica solamente).
• Separación entre canales: En GSM la separación entre frecuencias portadoras adyacentes es de 200 kHz.
• Codificación de voz: GSM utiliza codificación de predicción lineal (LPC) que reduce la tasa de bits. El LPC proporciona los parámetros de un filtro que simula la voz, la señal pasa a través de este filtro, dejando una señal residual y el habla es codificada a 13 kbps.

VENTAJAS

Las ventajas de GSM pueden dividirse en dos categorías principales, dependiendo de los beneficios aportados al usuario y al operador. Los principales beneficios al usuario incluyen:

1. Extensa cobertura mundial: GSM es la principal tecnología de Roaming mundial, con capacidades y socios de Roaming en casi todas las áreas del mundo. Gracias a acuerdos entre operadores la tecnología GSM permite que una vez que el cliente viaja al extranjero y enciende su teléfono, la red local lo registra como visitante autorizado, permitiéndole al usuario hacer y recibir llamadas, tener acceso a servicios de voz de alta calidad y a servicios optimizados, utilizando el mismo teléfono y número telefónico en cualquier país con tecnología GSM. Es muy atractiva para los ejecutivos de negocios que desean estar accesibles a través del mismo dispositivo móvil y número telefónico mientras se encuentran de viaje por el mundo.
2. Amplia variedad de dispositivos móviles. GSM brinda una amplia cantidad de marcas de dispositivos móviles con gran variedad de funciones y características que le ofrecen a cada usuario en particular una mejor relación costo/beneficio y una gran cantidad de modelos para todos los gustos, edades y aplicaciones.Dado a que es una tecnología de norma libre permite que cualquier proveedor pueda fabricar equipos GSM, por lo que pone a disposición de los operadores y clientes una amplia selección de equipos y proveedores. Los usuarios tienen la libertad de escoger cualquiera de acuerdo a sus necesidades y preferencias o de cambiarlos por otros sin perder sus datos o servicios contratados con solo colocar su tarjeta SIM en el nuevo.
3. Calidad de voz: GSM provee al usuario claridad de voz y nitidez en sus conversaciones.
4. Flexibilidad: La tecnología GSM está basada en el uso de la tarjeta Módulo de Identidad del Abonado (SIM) que almacena todos los datos del cliente. El servicio está asociado a la tarjeta SIM y no al equipo móvil, lo que permite a los clientes poder cambiar de dispositivo GSM cuando quieran de manera sencilla sin tener que configurar de nuevo, ni perder los datos de servicios de suscripción personalizados o de cambiar el operador GSM y mantener el mismo teléfono.
5. Servicios innovadores: GSM es más que comunicación de voz que brindó nuevas formas de comunicación a sus usuarios. GSM es innovación en comunicación y fue precursora para muchos de los servicios más populares del mundo como enviar y recibir mensajes de texto (SMS), mensajes multimedia, imágenes, videos, fotos, juegos, disfrutar de salas de chat, ringtones y televisión móvil en tiempo real. Y también de la capacidad de roaming que permite a los usuarios acceder a los servicios mientras se encuentran de viaje. 

Los principales beneficios al operador incluyen:

1. Economías de escala: GSM es la tecnología inalámbrica más ampliamente utilizada en el mundo. Se encuentra disponible en más de 210 países y territorios del mundo. Más de mil millones de clientes en toda América, Asia y Europa, o más del 75% de los clientes inalámbricos del mundo, utilizan GSM. Un mercado de esta envergadura requiere grandes volúmenes de terminales e infraestructura, lo que atrae a los proveedores y desarrolladores de aplicaciones al tiempo que reduce los costos. Con costos generales inferiores, los operadores GSM a su vez pueden fijar precios más competitivos para sus servicios.
2. Extensa cobertura mundial: GSM se encuentra disponible en más de 234 países y territorios del mundo. Los operadores GSM hacen contratos o acuerdos con otros para que los clientes tengan acceso constante a servicios de voz de alta calidad y servicios optimizados en cualquier lugar. La extensa cobertura es especialmente atractiva para los ejecutivos de negocios que representan un segmento de clientes que genera alta facturación.
3. Flexibilidad: La infraestructura y los dispositivos GSM están disponibles para las bandas de espectro más populares, entre ellas las de 850 y 1900 MHz, lo que presenta una variedad opciones de despliegue para los operadores a fin de satisfacer sus necesidades de espectro y de mercado. La gran atención que presta la comunidad GSM a las normas también asegura que exista interoperabilidad entre la infraestructura y los dispositivos de múltiples fabricantes, lo que les brinda a los operadores diversas opciones en la selección de equipos. 
4. Eficiencia: GSM utiliza el espectro de manera eficiente y provee siete veces mayor capacidad que la tecnología analógica AMPS de primera generación (1G).
5. Actualización: GSM es el primer paso de una migración fluida, flexible y costo-efectiva a 3G. Cada uno de los pasos se aprovecha del paso anterior y provee compatibilidad en sentido regresivo, lo que preserva tanto las inversiones como los clientes a lo largo de la migración. Las normas que rigen la capacidad de actualización y la interoperabilidad de GSM están coordinadas y respaldadas por organizaciones internacionales clave tales como el Proyecto de Asociación para la Tercera Generación (3GPP) y 3G Americas.

DESVENTAJAS

Entre las desventajas que presenta la tecnología GSM, están:

1. Pérdida de cobertura: Se puede dar por falta de antenas o por estar en una zona de un edificio donde no llegue la cobertura, por ejemplo un garaje, montañas.
2. Colapso de la red: En eventos que inducen a muchos usuarios a utilizar los servicios de SMS o de voz, como el año nuevo, noche buena, entre otros, suele colapsarse la red ante la multitud de usuarios que utilizan el mismo ancho de banda para los servicios simultáneamente.
3. Riesgo de pérdida de información personal: Debido al tamaño y la facilidad de manipular la tarjeta SIM, se podría dañar, por lo que reemplazarla sería caro.
4. Facilidad de robos: debido a que se puede reemplazar la tarjeta SIM en los celulares, los delincuentes encuentran más fácil robar los celulares, quitarles las tarjeras y revenderlos.
5. Interferencias: ante algunos dispositivos electrónicos puede presentar interferencias en las transmisiones.
6. Seguridad baja: el nivel de seguridad respecto a otras tecnologías es de menor calidad.
7. Gran cantidad de antenas: Se necesitan muchas antenas para garantizar la cobertura de la red.

SERVICIOS GSM

GSM tiene mucho que ofrecer en telefonía de voz entre otros servicios adicionales que permite una mayor flexibilidad a la hora de usar un teléfono, ya que gestiona las comunicaciones proporcionando una serie de servicios al cliente. Hay 3 clases de servicios básicos que ofrece GSM:
1.Servicios de telefonía o tele servicios 

• Utiliza la capacidad del servicio de transporte de datos definiendo que capacidades son requeridas y como se debería establecer, entre los servicios están:
• Llamadas de voz: El teleservicio más básico de GSM, incluye velocidad de transmisión de voz de 13 Kbps y llamadas de emergencia al servicio de emergencia más cercano como el 911
• Videotexto y Facsmile: Incluye teletexto de acceso, transmisión Teletex, discurso de fax alternativo y fax del Grupo 3, Grupo 3 fax automático, etc…
• Servicios de Valor Agregado :

• Servicio de mensajería de texto (SMS): Permite enviar y recibir mensajes de texto desde el teléfono móvil GSM, además de servicios generados por mensajes incluidas las incluye noticias, deportes, finanzas, idiomas, servicios basados en localización y de comercio móvil, tales como acciones y precios de las acciones, instalaciones de banca móvil, entre otros más.
• Servicio de Mensajería Vocal (VMS): Permite dejar un mensaje de voz, en caso de realizar una llamada a un abonado receptor particular y no esté disponible, se tiene la opción de dejar un mensaje de voz o intentarlo mas tarde.

2. Servicios de datos

• Uso del teléfono GSM para enviar y recibir datos de Internet y transferencia de datos entre móviles. GSM tiene una tasa de transferencia de datos de 9.6kbps. 

3. Servicios suplementarios Se ofrecen junto con tele servicios e incluyen características como:

• ·Servicio de conferencia: El servicio de varios permite a un abonado móvil para establecer una conversación simultánea entre tres o más suscriptores para configurar una conferencia telefónica. Este servicio sólo es aplicable a la telefonía normal.
• Llamada en espera: Este servicio permite a un abonado móvil que se le notifique de una llamada entrante durante una conversación. El suscriptor puede contestar, rechazar o ignorar la llamada entrante. Llamada en espera es aplicable a todos los servicios de telecomunicaciones GSM utilizando una conexión de conmutación de circuitos.
• Retención de llamadas: Este servicio permite a un abonado de poner una llamada en espera y retomar la llamada. El servicio de retención de llamadas sólo es aplicable a la telefonía normal.
• Desvío de llamadas: El servicio se utiliza para desviar las llamadas del destinatario original a otro número, y normalmente es creado por el propio suscriptor. Puede ser utilizado por el suscriptor para desviar las llamadas desde la estación móvil cuando el abonado no está disponible, y así garantizar que las llamadas no se pierdan. 
• Restricción de llamadas: permite que el abonado opte por la restricción de llamadas para evitar las llamadas enviadas a destinos internacionales cuando son derrotados. La razón de esto es porque se espera que los suscriptores de roaming cubrirá los gastos incurridos por internacionales re-enrutamiento de llamadas. 
• Número de identificación: Existen los siguientes servicios complementarios relacionados con el número de identificación:
• Llamando Presentación de identificación de línea: este Servicio con la presentación del número de teléfono de la persona que llama. El concepto es que este número se presentan, al inicio del timbre del teléfono, por lo que la persona que llama puede determinar quién está llamando antes de contestar. La persona que suscriba al servicio recibe el número de teléfono de la persona que llama.
• Restricción de la identificación de la línea: Una persona que no desean su número a ser presentado a otros se suscribe a este servicio. En el curso normal del evento, el servicio de restricción anula el servicio de presentación o llamada privada.
• Presentación de identificación de línea: Este servicio se presta a dar a la persona que llama al número de teléfono de la persona a la que están conectados. Esto puede parecer extraño, ya que la persona que hace la llamada debe saber que el número marcado, pero hay situaciones (como las expediciones), donde el número de conectados no es el número marcado. La persona que suscriba al servicio es la persona que llama.
• Restricción de identificación de línea conectada: Esto anula el servicio de presentación.
• Identificación de llamada maliciosa: el servicio de identificación de llamada maliciosa se proporcionan para combatir la propagación de las llamadas obscenas o molestas. La víctima debe suscribirse a este servicio, a continuación, que podrían causar las llamadas maliciosas conocidas que se identifican en la red GSM, con un simple comando. Este número identifica entonces se podría pasar a la autoridad competente para la acción. La definición de este servicio no es estable.
• Asesoramiento del importe (AOC): Este servicio fue diseñado para dar al abonado una indicación del costo de los servicios que se utilizan. Además, los proveedores de servicios que deseen ofrecer servicios de alquiler a los abonados sin su propio módulo de identidad del abonado o tarjeta SIM pueden utilizar este servicio en una forma ligeramente diferente. AOC para las llamadas de datos se proporciona sobre la base de mediciones de tiempo.
• Grupos cerrados de usuarios (CUGs): Este servicio se presta en GSM para que los grupos de suscriptores llamar a sólo uno del otro. Este tipo de servicios se ofrecen con descuento especial y sólo está limitada a aquellos miembros que deseen comunicarse entre sí.
• Servicios suplementarios no estructurados de datos (USSD): Esto permite que el operador define los servicios individuales.

Se han integrado otras funciones de Red Inteligente (IN) en las redes de comunicación móvil GSM, que ha permitido incluir otros servicios como:

• Servicio de Tarjeta Prepagada: Este servicio es muy atractivo para los clientes al tener que pagar de antemano lo que consume y para las operadoras representa una gran ventaja al no requerir contratos de largo plazo con tarifas mensuales regulares o problemas de recaudación de clientes que no pagan, etc…

BANDAS DE FRECUENCIA GSM

Las bandas o rangos de frecuencia fueron diseñadas por la ITU (Unión internacional de telecomunicaciones), organismo especializado con sede en Ginebra, Suiza de la ONU encargado de regular las telecomunicaciones a nivel internacional entre las administraciones y empresas operadoras telefónicos de todo el mundo, para el funcionamiento del estándar GSM en teléfonos móviles.



GSM 900 / GSM 1800 MHz más usado a nivel mundial: Europa, Asia, Australia, Medio Este, África.
GSM 850 / GSM 1900 MHz más usado en Estados Unidos, Canadá, México and y la mayoría de los países de Sur América

Existen 14 bandas de frecuencias debidamente definidas en el 3GPP TS 45.005 (3rd Generation Partnership Project o proyecto de asociación de tercera generación) que consiste en un acuerdo de colaboración de tecnología móvil mundial establecido en 1998. Los sistemas 3GPP están basados en la constante evolución de los sistemas GSM (ahora llamados, sistemas UMTS).


*P-GSM (Banda GSM-900 Estándar o Primaria) *E-GSM, (Banda GSM-900 Extendida y Estándar)
*R-GSM, (Banda GSM-900 Railways, Estándar y la Extendida) *T-GSM, (TETRA-GSM)

ARQUITECTURA

La arquitectura del estándar GSM comprende de una división del sistema en cuatro subsistemas principales (MS, BSS, NSS, OSS) a continuación se especifica cada uno de ellos:

1. Subsistema de estación Móvil (MS):

Una estación móvil permite dar acceso a la red a través de la interfaz Um de radio con funciones de procesado de señales y de radio frecuencia y ofrece una interfaz al usuario humano (un micrófono, altavoz, display y tarjeta) para la gestión de las llamadas de voz y/o una interfaz para otros equipos electrónicos (ordenador personal o fax).

Dentro de la estación móvil existe un dispositivo llamado SIM (Suscriber Identity Module o Módulo de Identificación del Abonado), que consiste en una pequeña tarjeta que sigue las normas ISO que contiene la información personal del abonado almacenada en la parte del usuario de la interfaz de radio, entre sus funciones está proporcionar la información de servicios e identificación en la red, también tiene la capacidad de guardar información y garantizar la confidenciabilidad

La MS es la única parte del sistema completo con la que el usuario interactúa, consisten en diferentes tipos de terminales móviles, como las terminales en vehículos, equipos portátiles y por supuesto los teléfonos celulares.

2. Subsistema de Estación (BSS):

Es un conjunto de dispositivos encargados tanto de la transmisión y recepción de radio como de su gestión. Son controlados y están conectados con el OSS.

Los principales dispositivos del BSS están conectados a través de interfaces Abis (interfaz entre el BTS y el BSC), estos son totalmente distintos a la interfaz A (interfaz entre el BSC y el MSC del NSS), que se introdujeron al principio de la elaboración del estándar GSM.

• BTS ( Base Transceiver Station o transceptor de la estación base): 
• Consta de módems de radio y el equipo de antenas que están en contacto con directo con las estaciones móviles a través de la interfaz de radio.
• La TRAU (Unidad Transcoder y Adaptadora de Velocidad),
•  es el equipo que se encarga de la codificación y descodificación de la voz y de la adaptación de velocidades de los datos
• BSC (Base Station Controller ó Controlador de la Estación Base) 
• Consiste en uno o dos armarios que dependiendo de la capacidad de tráfico gestionan decenas de BTS.
• Consta de un conmutador con una gran capacidad de cómputo que gestiona los canales de radio a través de comandos remotos sobre BTS y MS.
• Gestiona la localización de canales de tráfico y de la gestión del “handover”
•  Está conectado a varios BTSs y a un conmutador NSS. 

3. Subsistema de Conmutación y Red (NSS):

El NSS es el centro de procesamiento de la red GSM, responsable de gestionar una comunicación confiable entre la red GSM y otras redes de telecomunicaciones como la Red Telefónica Pública Conmutada (PSTN). Incluye las funciones de conmutación en GSM y las bases de datos necesarias para los datos de los abonados y para la gestión de la movilidad.

El NSS gestiona y enruta todas las llamadas entre los abonados o subscriptores, sean las:

• Llamadas hacia el PSTN
• Llamadas desde el PSTN hacia terminales móviles.
• Llamadas entre los abonados entre las terminales móviles.

Los elementos o componentes del NSS son los MSCs (Centros de conmutación de Servicios Móviles), se caracterizan por realizar las funciones básicas de conmutación, coordinando el establecimiento de llamadas hacia y desde los usuarios GSM. El MSC tiene interfaces con el BSS (en contacto con los usuarios) y con redes externas, esta última interfaz requiere de un “Gateway” para adaptar las funciones de intercomunicación con otras redes.

Además, contiene los HLR/VLR (Registros de Localización Domestico y de Visitas) y los HLR/AuC (Registro de Ubicación Local con el Centro de Autenticación) y están conectados a sistemas como AuC, EIR, SMSCs, entre otros; que incluyen la gestión, mantenimiento, prueba, tarificación y el conjunto de transcodificadores necesarios para poder transferir las llamadas entre los diferentes tipos de red fija o de diferentes estándares de móvil.

El HRL (home location register, o registro de ubicación base)

Es una base de datos que almacena los datos de identidad y los derechos de acceso de servicio que tiene los usuarios, así como la posición dentro de la red permitiendo el roaming. Es de carácter permanente, ya que cada número de teléfono móvil está agregado a un único HLR, que administra su operador móvil.

• ¿Cómo funcionan? 

Sirve para averiguar el estado de disponibilidad del usuario y su ubicación, cuando un usuario realiza una llamada el MSC pregunta al HLR correspondiente si el número marcado está disponible o no y su ubicación, para que un BSC “Controlador de la Estación Base” procesa a enrutar la llamada a tal terminal, en casa de no estar disponible emite un mensaje de error de conexión.

El VLR (visitor location register o registro de ubicación de visitante)

Es una base de datos de almacenamiento temporal asociados a los MSCs que almacenan los datos de identificación, permisos, tipos de abono y localizaciones en la red de todos los usuarios activos situados en el área de servicio de un determinado MSC, por lo que ayuda a mantener los datos de localización de una forma más precisa controlando todas las llamadas dentro de la red móvil y hacia y desde el PSTN.

• ¿Cómo funcionan? 

Al registrarse un usuario en la red, el VLR al que está conectado el usuario se contacta con el HLR de origen del usuario y verifica si puede o no hacer llamadas según su tipo de servicio abonado. Dicha información permanece almacenada en el VLR mientras el terminal de usuario está encendido y está se actualiza constantemente para evitar fraudes, por ejemplo, si un usuario de prepago se queda sin saldo y su VLR no lo sabe, podría permitirle realizar llamadas.

Además, gracias a que el estándar GSM permite acuerdos bilaterales de roaming e interconexión entre operadores para compartir la red, los usuarios extranjeros pueden conectarse a una red de otro operador, por lo que un usuario al registrarse en una red extranjera un VLR local del operador extranjero recoge información del dicho usuario y se pone en contacto con el HLR del operador móvil de origen del usuario y le pide información sobre las características de abono para permitirle o no realizar llamadas. Sin embargo, esto es posible solo si los operadores están interconectados entre si y eso se logra con protocolos existentes de red especiales como SS7 o IS-41 y depende de los operadores cual estándar escoger en sus acuerdos.

El AuC ( authentication user center, centro de autentificación del usuario) Se encarga del cifrado de las señales y de la identificación y la integridad de usuarios dentro del sistema GSM.

EIR (equipment identification register, registro de identificación de equipo) Almacena las listas de permiso de acceso a terminales, mediante la identificación de su número de serie o IMEI, para evitar que los terminales robados y denunciados puedan usar la red.

Los SMSC (Short Message Service Center o centro de mensajes cortos ) Es un centro intermediario para proveer el servicio de mensajes de texto cortos o SMS, el cual gestiona los mensajes correctamente y los almacena hasta que son enviados y de conectar con el resto de elementos de la red GSM. Entre sus funciones están:

• Recibir y almacenar los mensajes cortos enviados por los usuarios (MO-SM) o por otras fuentes (avisos del operador, buzón de voz, sistemas de publicidad, alertas de correo electrónico...) hasta que puedan ser enviados.
• Verificar los permisos para enviar mensajes, en comunicación con el HLR de origen.
• Verificar si el usuario al que se envía el mensaje está operativo o no, mediante consulta al VLR de destino; si está operativo, el mensaje se envía, y si no se almacena temporalmente en el SMSC.
•  Verificar periódicamente el estado de los usuarios que tienen mensajes pendientes.

4. Subsistema de operación (OSS)

El centro de operaciones y mantenimiento (OMC) proporciona los medios para que el operador controle las MS, BSS y la NSS que forman la parte operacional del sistema GSM. Es responsable del mantenimiento y operación de la Red, de la gestión de los equipos móviles y de la gestión y cobro de cuota.

El centro está conectado a los sistemas de conmutación GSM ( EIR, AuC, HLR, VLR), a los y a los BSC. El centro implementa aplicaciones llamados OSS (Operating support System o Sistema de soporte operacional). Los OSS ofrecen a los clientes apoyo para la administración centralizada, regional y local, su principal función es proporcionar una visión general de la red y apoyar las actividades de mantenimiento de la operación y organizaciones de mantenimiento que requiere una red GSM.

Entre las funciones del centro están del centro OMC, están:

• Administración y gestión comercial de suscripciones de usuario, terminales móviles, la carga y cobro y las estadísticas.
• Gestión de la Seguridad.
• Configuración de la red, operación y gestión del rendimiento.
• Tareas de mantenimiento basadas en conceptos de la Red de Gestión de las Telecomunicaciones (RGT), que es estándar en la serie de la UIT-T M.30.

PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN DE GSM

GSM necesita la utilización de varios protocolos para poder controlar las llamadas, transferir información y proporcionar gestión global del sistema. El modelo de capas de la arquitectura GSM integra y une las comunicaciones punto a punto entre dos diferentes sistemas.



Cada capa inferior satisface los servicios de los protocolos de capas superiores, es decir las notificaciones pasan de una capa a otra para garantizar que la información este el formato correcto para poder transmitir u enviar.

Los protocolos de MS

El protocolo de señalización en las redes GSM está estructurada en tres capas generales, dependiendo de la interfaz.

1. Capa 1 o capa física: Utiliza las estructuras del canal sobre la interfaz aérea 
2. Capa 2 o capa de enlace de datos: Utiliza el protocolo de enlace de acceso en el canal Dm( LAPDm), versión modificada del protocolo LAPD utilizado en el RDSI. 
3. Capa 3 o capa de señalización: se divide en tres subcapas 

• Gestión de recursos de radio (RR)
• Gestión de la Movilidad (MM) 
• Gestión de la conexión o comunicaciones (CM)

Protocolos MS
La interfaz Um entre la MS y la BTS consta de un canal TDMA de salto de frecuencia que se divide en varios subcanales, unos se utilizan para la transmisión de información de usuario y el resto los utilizan los protocolos de control convenidos. Los canales constan de 8 intervalos de tiempo el primero se lo usa para canales común de control CCH y el resto para canales de tráficoTCH.

Los tipos de canales de información existentes en GSM (tráfico y control) de la interfaz aérea Um, son:

Canales de tráfico TCH

• TCH/F: Para voz a 13 Kbps o datos a 12, 6 o 3,6 Kbps.
• TCH/H: Para voz a 7 Kbps o datos a 6 o 3,6 Kbps.

Canales de control CCH

• FCCH: Información de Frecuencias.
• SCH: Proporciona una referencia de sincronización para todas las ranuras de una frecuencia dada.
• AGCH:pide la transmisión de información en el establecimiento de una llamada a una estación móvil 
• RACH: Canal no limitado utilizado por la MS para pedir conexiones aleatorias desde la red terrestre.
• CBCH: Transmisión no frecuente de difusiones.
• BCCH: Información de estado de acceso de los MS activos.
• FACCH: Control de los "Handovers" (Paso de un usuario móvil de una célula a otra) y autentificación. 

Protocolos RR son responsables de proporcionar los procedimientos para la utilización, asignación, reasignación y liberación de los canales de tráfico entre la MS y la BTS, entre sus servicios están:

• · Controlar el acceso inicial al sistema.
• · configuración de los canales de radio y asignación de canales dedicados
• · Paginar para llamadas terminadas en el móvil.
• · "Handover" de llamadas entre células.
• · Control de Potencia.
• · Terminación de llamadas 
• · supervisar el establecimiento de un vínculo, tanto de radio y fija, entre el MS y el MSC.

Protocolos MM se ocupa de: 

• Gestión de la localización de los abonados, consta de procedimientos permiten al sistema conocer la ubicación actual de abonado activo para enrutar las llamadas entrantes.
• Aspectos de autenticación y seguridad. 

Protocolos CM es el responsable de: 

• · La gestión de servicios complementarios 
• · La gestión de servicio de mensajes cortos (SMS) 
• · El establecimiento de llamada y liberación de llamadas.
• · La selección del tipo de servicio (incluyendo alterna entre los servicios durante una llamada)

Protocolos de BSC

Después de pasar la información de la BTS a BSC, se utiliza un conjunto diferente de interfaces. La interfaz Abis se utiliza entre el BTS y el BSC. En este nivel, los recursos de radio en la parte inferior de RR se cambian a la Gestión de Base de estación Transceiver (MLTB). El BSC maneja los recursos de radio, la coordinación de frecuencias, la asignación de frecuencias, y la gestión de la capa de red global para las interfaces de capa 2.

Desde el BSC, se utiliza protocolos SS7, por lo que el MTP 1-3 se utiliza como la arquitectura subyacente, y la parte BSS de aplicaciones móviles o la parte de aplicación directa se utiliza para comunicarse desde el BSC a MSC.

Protocolos de MSC

En el MSC, la información que se asigna a través de la interfaz de un plan de mediano plazo a las capas 1 a 3 de BSC. Aquí el conjunto equivalente de los recursos de radio que se llama el MAP BSS. El MAP BSS / DTaP y el MM y MC se encuentran en las capas superiores de protocolos de Capa 3, esto completa el proceso de retransmisión. El MSC interactuar para localizar y conectar a los usuarios a través de la red de control de señalización.

Ubicación registros se incluyen en las bases de datos MSC para ayudar en el papel de determinar cómo y si las conexiones se harán a los usuarios móviles. Cada usuario de una MS GSM tiene asignado un HLR que se utiliza para contener la ubicación del usuario y servicios de suscripción. Un registro por separado, el VLR, se utiliza para rastrear la ubicación de un usuario. A medida que el usuarios se desplazan fuera de la zona cubierta por el HLR, el MS notifica una nueva VLR de su paradero. El VLR a su vez utiliza la red de control (que pasa a estar basada en SS7) para señalar el HLR de la nueva ubicación del MS. A través de esta información, llama MT se pueden dirigir a los usuarios por la información de la ubicación en el HLR del usuario.

GSM y otras tecnologías

Tabla comparativa entre los principales sistemas celulares.

Sistema	AMPS	GSM	CDMA
Codificador de señal	VSELP	RPE-LTP	QCELP
Tiempo de codificación	20 mseg	20 mseg	20 mseg
Velocidad	7,9 kb/s	13.4 kb/s	9,6 kb/s
Corrección de errores	FEC-1/2	FEC-1/2	FEC-1/3
Control de error	CRC-7	CRC-3	CRC-12
Intervalo de tiempo	13 kb/s	22,8 kb/s	28,8 kb/s
Multiplexación	3-TDMA	8-TDMA	64-CDMA
Velocidad final	48,6 kb/s	270 kb/s	1,2288 Mb/s
Modulación	QPSK	GMSK	QPSK
Canal de control	FDMA	TDMA	CDMA

GSM vs. CDMA

GSM	CDMA
Tecnología libre y abierta,  no es propietaria.	Tecnología superior en desarrollo y estructura, propietaria de Qualcomm (organización que otorga las licencias para emplear esta ya indispensable tecnología)
Basada en secuencia del tiempo en uso	Basado en el Spread Spectrum ( secuencia los canales de voz)
Velocidades de transferencia de 13.4 Kpbs	Velocidades de transferencia de 144 Kbps- 153 Kbps.
Proviene de una amplia investigación donde participaron compañías de telecomunicaciones en Europa-	Estándar proviene de desarrollo militar en el pentágono de USA
Mayor difundida a nivel mundial	Mayor difundida en USA y países asiáticos
Consumo de ancho de banda es limitado por uso ineficiente del canal	Consumo de ancho de banda es utilizado de acuerdo al tráfico.
Es más barata.	Es costoso por la cantidad de licencias que se necesitan.
Tiene mayor flexibilidad al poder intercambiar la tarjera SIM sin importar el celular	La tarjeta está relacionada con el dispositivo.
Mejor calidad de transmisión de voz	Mejor calidad de transmisión de datos.
El nivel de interferencia en las transmisiones es media	El nivel de interferencia en las transmisiones es mucho menor

CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONABILIDAD.

El funcionamiento del sistema se describe de la siguiente manera,

1. Primero se inserta la tarjeta SIM en el terminal móvil y se conectarlo. 
2. Se solicita (si tenemos la opción activada) un número de identificación personal (PIN), que nos permitirá la utilización de la tarjeta o nos denegará el acceso al servicio en caso de que lo desconozcamos.
3. El terminal, una vez encendido busca las redes GSM disponibles y se valida en una de ellas, generalmente aquella que tenemos contratada.
4. En ese momento, la célula más próxima (la que ofrezca mayor nivel de potencia) recibe la petición de "alta" del terminal y lo "valida" adecuadamente, quedando el teléfono registrado en la zona de cobertura de la célula que lo ha validado. 
5. A partir de aquí, hay disposición de realizar y recibir llamadas, utilizando como enlace la estación que cubre la célula en la que se encuentra la terminal.

ESTÁNDAR GPRS o GMS 2++

El estándar GPRS (General Packet Radio Service) es una evolución del estándar GSM, clasificado como el estándar GPRS por lo general se clasifica como 2.5G. Dado que es un estándar de telefonía de segunda generación que permite una transición hacia la tercera generación (3G)

GPRS extiende la arquitectura del estándar GSM para permitir la transferencia de datos del paquete con una tasa de datos teóricos de alrededor de 171,2 Kbits/s .Su modo de transferencia en paquetes permite que las transmisiones de datos sólo usan la red cuando es necesario, por lo que el usuario recibe facturas por volumen de datos en lugar de la duración de la conexión, es decir que el usuario puede permanecer conectado sin costo adicional. 

El estándar GPRS emplea la arquitectura de red GSM para el transporte de voz y provee acceso a la red de datos (Internet) por medio del protocolo IP o del protocolo X.25. 

GPRS admite características nuevas que no están disponibles en el estándar GSM y que se pueden clasificar en los siguientes tipos de servicios: 

• · Servicio de punto a punto (PTP): es la capacidad de conectarse en modo cliente-servidor a un equipo en una red IP. 
• · Servicio de punto a multipunto (PTMP): constituye la capacidad de enviar paquetes a un grupo de destinatarios (Multidifusión). 

GPRS integra el concepto de calidad de servicio (QoS), es decir la capacidad de adaptar el servicio a las necesidades de una aplicación como la prioridad y dos clases de confiabilidad: la demora y el rendimiento. 

El estándar GPRS especifica 4 esquemas de codificación que definen el nivel de protección de los paquetes contra interferencias para poder degradar la señal según la distancia entre las terminales móviles y las estaciones base, sin embargo entre mayor sea la protección, menor será el rendimiento. 

Arquitectura de la red GPRS

En la integración de GPRS a una arquitectura GSM se añadan nuevos nodos de red denominados GSN (nodos de soporte GPRS) ubicados en una red de transporte:

·El router SGSN (Nodo de soporte de servicio GPRS) 

Gestiona las direcciones de las terminales de la celda y proporciona la transferencia de la interfaz de paquetes con la pasarela GGSN. 

· GGSN (Nodo de soporte de pasarela GPRS)
Se conecta con otras redes de datos (Internet), GGSN debe proporcionar una dirección IP a las terminales móviles durante toda la conexión.

Espero les sea de  gran utilidad ;) !! 

REFERENCIAS

• http://es.wikipedia.org/wiki/GSM, extraído el julio del 2011
• http://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCE,   extraído el julio del 2011
• http://www.monografias.com/trabajos6/arma/arma.shtml,  extraído el julio del 2011
• http://www.monografias.com/trabajos6/ante/ante.shtml,  extraído el julio del 2011
• http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=IS-41&action=edit&redlink=1,   extraído el julio del 2011
• http://www.monografias.com/trabajos15/mantenimiento-industrial/mantenimiento-industrial.shtml,   extraído el julio del 2011
• http://www.monografias.com/trabajos12/fundteo/fundteo.shtml,   extraído el julio del 2011
• http://www.monografias.com/trabajos12/elorigest/elorigest.shtml,   extraído el julio del 2011