Global System for Mobile Communications 2G (in italiano Sistema globale per comunicazioni mobili, o GSM) è uno standard di seconda generazione di telefonia mobile approvato dall'Ente Europeo di Standardizzazione (ETSI).
Si tratta di uno standard aperto sviluppato dalla conferenza europea delle amministrazioni delle Poste e delle Telecomunicazioni (CEPT), formalizzato dall'Istituto europeo di standard telecomunicativi (ETSI) e reso operativo dal consorzio 3GPP. Al 2017 era il più diffuso al mondo con più di 3 miliardi di persone in 200 Stati.
Storia La sigla GSM è l'acronimo del gruppo francese che ne curò lo sviluppo originale (Groupe Spécial Mobile). Lo standard si basa sull'algoritmo sviluppato da Andrew Viterbi di codifica delle trasmissioni digitali, utilizzato tra l'altro per lo sviluppo dei sistemi telemetrici che permisero il lancio dei primi satelliti Explorer, e del CDMA, lo standard di trasmissione dell'UMTS.
In seguito si decise di mantenere la stessa sigla, cambiandone però il significato. In origine il gruppo francese fu sponsorizzato dalla CEPT. Le specifiche di base del GSM furono definite nel 1987; il 7 settembre di quell'anno venne inoltre ratificato a Copenaghen un accordo multilaterale tra 13 paesi europei per la diffusione del sistema. Nel 1989 l'ETSI assunse il controllo del progetto e ne pubblicò le specifiche complete in un volume di pagine. La prima telefonata GSM su rete commerciale avvenne nel 1991, tra l'allora primo ministro finlandese Harri Holkeri e Kaarina Suonio vice sindaco della città di Tampere. La prima rete GSM fu costruita da Telenokia e Siemens – l'odierna Nokia Networks – per conto dell'operatore finlandese Radiolinja oggi Elisa Oyj.
Nel 1998 fu creato il consorzio 3GPP (3rd Generation Partnership Project), con lo scopo iniziale di definire le specifiche tecniche dei dispositivi mobili di terza generazione (vedi UMTS). Di fatto il 3GPP si sta occupando anche della manutenzione e dello sviluppo delle specifiche GSM. ETSI è uno dei partner del consorzio 3GPP.
In Italia, in seguito a un provvedimento dell'8 ottobre 1992 dell'Ispettorato Generale delle Telecomunicazioni, viene autorizzata la SIP all'avvio commerciale del servizio GSM, in via provvisoria e limitatamente a un'utenza amica. L'anno seguente, in seguito a rimostranze di altre società (e dell'Unione europea stessa), per non aver aperto alla concorrenza i servizi di telefonia radiomobile (sistemi TACS e GSM), verrà emesso un provvedimento che dichiarerà l'illegittimità di una gestione esclusiva del servizio, aprendo ad altri gestori.
Caratteristiche generali L'introduzione del GSM ha rappresentato una vera e propria rivoluzione nell'ambito dei sistemi di telefonia cellulare. Fondamentalmente i numerosi vantaggi rispetto ai precedenti sistemi cellulari sono stati: interoperabilità tra reti diverse che fanno capo a un unico standard internazionale; comunicazione di tipo digitale. L'introduzione di una trasmissione di tipo digitale a sua volta porta con sé tre grosse e importanti conseguenze: maggiore velocità di trasmissione grazie alle tecniche di compressione dati proprie della codifica di sorgente (codifica LPC); nuovi più ampi servizi (es. SMS) grazie all'aumento della velocità di trasmissione; funzioni di sicurezza in termini di cifratura della comunicazione.
La tecnologia alla base del GSM è significativamente diversa dalle precedenti (es. TACS) soprattutto per il fatto che sia il canale di identificazione sia quello di conversazione supportano una comunicazione digitale. Per questo motivo il nuovo standard è stato lanciato sul mercato come sistema di telefonia mobile di seconda generazione (o più sinteticamente 2G).
Questa caratteristica di base significa che la possibilità di scambiare dati, oltre che conversazioni, è già stata implementata fin dall'inizio dello sviluppo del nuovo sistema.
La diffusione universale dello standard GSM ha fatto sì che la maggior parte degli operatori internazionali di telefonia mobile stipulasse mutui accordi per l'effettuazione del cosiddetto roaming (commutazione automatica fra diverse reti) grazie all'interoperabilità offerta dallo standard stesso.
Il maggior punto di forza del sistema GSM è stata la possibilità, da parte degli utenti, di accedere a tutta una serie di nuovi servizi a costi molto contenuti. Ad esempio lo scambio di messaggi testuali (SMS) è stato sviluppato per la prima volta in assoluto in ambito GSM.
Uno dei principali vantaggi per gli operatori è stato, invece, la possibilità di acquistare infrastrutture e attrezzature a costi resi bassi dalla concorrenza fra i produttori sullo standard comune imposto. Per contro, una delle limitazioni più serie è derivata dal fatto che le reti GSM impiegano la tecnologia di accesso radio di tipo TDMA, considerata meno avanzata ed efficiente rispetto alla concorrente tecnologia CDMA. Tuttavia le prestazioni effettivamente riscontrate sul campo non sono molto diverse tra loro.
Pur essendo lo standard in costante evoluzione, i sistemi GSM hanno sempre mantenuto la piena compatibilità (o retrocompatibilità) con le precedenti versioni.
Successivi sviluppi del GSM sono stati infatti il GPRS (2.5G), che ha introdotto la commutazione di pacchetto e la possibilità di accesso a Internet, e l'EDGE (2.75G) che ha incrementato ulteriormente la velocità di trasmissione del GPRS. Per utilizzare GPRS ed EDGE, che attualmente convivono con il GSM, la rete GSM necessitava di un upgrade software di alcuni apparati e di poche modifiche hardware, cosa che ha reso questi nuovi standard particolarmente appetibili per le compagnie di telefonia mobile, le quali hanno potuto implementare servizi di accesso a Internet affrontando costi nettamente inferiori rispetto all'UMTS (3G) che ha richiesto invece sostanziali modifiche agli apparati della rete GSM.
Servizi offerti
Il servizio principale della rete GSM è chiaramente la comunicazione vocale. Con il tempo però sono stati implementati altri servizi importanti quali gli SMS e la comunicazione dati. Attualmente con le tecnologie GPRS/EDGE è possibile effettuare traffico a commutazione di pacchetto e utilizzare quindi un terminale GSM-GPRS/EDGE come modem per navigare sulla rete internet, scambiare e immagini.
Negli ultimi anni lo standard GSM è stato esteso introducendo il protocollo di comunicazione ASCI (nell'ambito del sistema GSM-R). Tale protocollo di comunicazione è utilizzato soprattutto in ambito ferroviario e di protezione civile e permette di utilizzare particolari cellulari GSM come walkie-talkie.
A partire dal 2006 la rete GSM permette di utilizzare il protocollo Dual Transfer Mode (DTM): un altro aspetto innovativo della rete GSM che la rende sempre più vicina a quella UMTS. Con il DTM un cellulare può contemporaneamente chiamare e trasmettere dati a pacchetto. Il terminale DTM è quindi molto simile a un modem ADSL che permette di navigare in internet e di effettuare contemporaneamente telefonate. Questa nuova tecnologia rende tra l'altro possibile effettuare la videochiamata su rete GSM permettendo agli operatori telefonici di fornire servizi di terza generazione senza dover necessariamente migrare in toto sulla rete UMTS.
Struttura della rete
La struttura della rete che supporta il sistema GSM è vasta e complicata, perché deve essere in grado di fornire agli utenti tutta una serie di servizi e funzionalità. I componenti essenziali sono: Mobile Stations: sono i terminali mobili a cui è destinato ogni servizio della rete. Access Network: la rete d'accesso è di fatto il cuore dell'infrastruttura della rete cellulare rispetto alle reti di telecomunicazioni completamente cablate implementando la comunicazione radio tra il terminale mobile e la rete di trasporto interna. In particolare comprende la BTS (Base Transceiver Station) che è l'interfaccia radio con i terminali mobili e il BSC (Base Station Controller) che rappresenta il "cervello" della rete GSM, governando tutti gli aspetti del protocollo GSM e gestendo la comunicazione tra interfaccia radio e rete fissa. Core Network: è l'interfaccia della rete fissa verso la rete cellulare. I due elementi fondamentali sono l'MSC (Mobile Switching Center) (interfaccia per gli aspetti legati alla commutazione di circuito - chiamate voce) e l'SGSN (l'interfaccia per gli aspetti legati alla commutazione di pacchetto - chiamate dati)
Interfaccia radio Come da protocollo per le reti cellulari l'intera banda radio disponibile ovvero assegnata al sistema è suddivisa tra le varie stazioni radio base con tecniche FDM/FDMA e riutilizzata rispettando vincoli sull'interferenza da celle limitrofe implementando il sistema sotto forma di cluster di celle.
Tipicamente in Europa le bande usate dalla rete GSM sono attorno a 900 e 1800 MHz, mentre negli Stati Uniti si usano le bande attorno a 850 e 1900 MHz. La molteplicità delle portanti usabili e l'evoluzione dei sistemi di trasmissione hanno fatto in modo che le celle possano presentare configurazioni multifrequenza (dual band). Questo fatto rappresenta l'unica limitazione in termini di interoperabilità tra rete cellulare e terminali mobili che solo in alcuni casi possiedono l'accesso di tipo tri band o anche quad band ovvero universale per tutti i sistemi GSM attualmente in uso al mondo.
In generale dunque le reti GSM al mondo lavorano in diversi range di frequenza e sono composte da un insieme di celle radio di varie dimensioni. Essenzialmente esistono quattro tipi di cella: macro, micro, pico e celle a ombrello. La copertura radio ottenibile con ciascun tipo di cella varia in funzione della particolare condizione ambientale circostante in termine di orografia, copertura di edifici, alberi, ecc. Nelle macro-celle l'antenna della stazione radio base è installata su un palo o traliccio, o su una struttura, posti sul tetto di un edificio, mentre nelle micro-celle l'antenna è installata a un livello più basso, situazione tipica delle aree urbane ad alta densità abitativa. Le pico-celle hanno dimensioni limitate, dell'ordine di poche dozzine di metri, e sono di solito usate in ambienti chiusi, mentre le celle a ombrello sono usate per assicurare la copertura di zone lasciate scoperte da celle più piccole, o nei gap fra una cella e l'altra. Le antenne di queste celle sono di solito installate sulla sommità degli edifici più alti, o su altre strutture molto elevate.
Le dimensioni delle celle di copertura variano in funzione dell'altezza dell'antenna, del guadagno dell'antenna stessa e delle condizioni di propagazione delle onde radio, da un minimo di circa 200 metri a un massimo di parecchie decine di chilometri. La massima distanza fra una stazione radio-base e un terminale è praticamente di 35 km, sebbene le specifiche del sistema GSM prevederebbero distanze anche doppie. Il limite all'aumento della distanza non è però dettato dalla potenza in trasmissione (come accadeva nei sistemi TACS ormai obsoleti), bensì dalla difficoltà di centrare il cosiddetto timeslot overlap (dove il timeslot è il tempo allocato per ciascuna chiamata) quando il terminale si trova a grande distanza dalla stazione radio-base. Infatti i canali TDMA consentono una tolleranza di temporizzazione di poco più di 100 microsecondi: ciò significa che il segnale tra BTS e terminale mobile non può impiegare un tempo superiore a propagarsi, pena l'overlap tra canali. Poiché le onde elettromagnetiche percorrono un chilometro in 3,2 microsecondi circa, la massima distanza risulta essere appunto di 100/3,2 = circa 31 km.