Global System for Mobile Communications (Mobil İletişim İçin Küresel Sistem) kısaca GSM nedir, nasıl çalışır?
GSM Nedir?
(Mobil İletişim İçin Küresel Sistem) Global System for Mobile Communications veya kısaca GSM bir mobil cihaz iletişim protokolüdür. Tüm GSM standartları, hücresel ağ kullanır ve dolaşım sırasında bile hücreler arası geçiş yapma kabiliyetine sahiptir. Dolayısıyla teoride, eğer kapsama alanından çıkılmazsa, cep telefonu ile tüm dünyayı telefon konuşmasını kesmeden dolaşmak mümkündür.
0G İlk nesil sistemlerde,
analog veri akışı kullanılır.
► 1G İlk nesil sistemlerde,
analog veri akışı kullanılır.
► 2G İkinci nesil sistemlerde
sayısal veri akışı kullanılır.
► 2.5G ikinci nesil sistemlerde
veri iletişimi (GPRS, EDGE)
mümkün olmuştur.
► 3G ile hızlı veri transferi ve bant genişliğinin verimli kullanımı mümkün olmuştur.
► 4G ile kapsama alanı gibi 3G ile çözülememiş sorunların çözülmesi beklenmektedir.
Mobil telefon şebeke sistemi bir çok hücrenin birleşmesinden meydana gelmiştir. Anahtar sistemi bütün bağlantılarını ve konuşma sonlarında kapanmalarını sağlar, ana telefon sistemi ile mobil telefon sistemi arasındaki gerekli bağlantıları sağlar.
GSM 900 (900 MHz): GSM900 protokolünde 890-915 MHz arası UpLink adı verilen alış , 935-960 MHz arasındaki frekanslar da DownLink adı verilen veriş için kullanılmaktadır. Taşıyıcılar 200 KHz frekanslık bir yer aldıklarından 124 taşıyıcı kullanılmasına olanak vermektedir. 915-917 MHz arasındaki 2 MHz'lik kısım koruma bandı için bırakılmıştır. Bu 2 MHz'lik koruma bandı, alışveriş frekansları arasındaki elektromagnetik dalgalar arasında oluşabilecek girişimi (enterferans) önlemek amacıyla oluşturulmuştur.
►GSM 1800 (1800MHz): Taşıma kapasitesi daha yüksek olduğu için genellikle şehirleşmenin yoğun olduğu bölgelerde kullanılır. 1710 ile 1785 MHz arasındaki frekanslar alış (uplink), 1805 ile 1880 MHz arasındaki bantlar da veriş (downlink) için kullanılır. Taşıyıcılar 200 KHz aralıklarla kullanılmakta ve 374 taşıyıcı bulunmaktadır. 1785 ile 1805 MHz frekansları arasında 20 MHz'lik koruma bandı enterferansı önlemektedir.
►GSM 1900 (1900MHz): Taşıma kapasitesi daha yüksek olduğu için genellikle şehirleşmenin yoğun olduğu bölgelerde kullanılır. Sadece Amerika Birleşik Devletleri'nde kullanılmaktadır.
►Radyo Alt Sistemi (Radio SubSystem-RSS)
►Ağ ve Anahtarlama Alt Sistemi (Network and Switching SubSystem-NSS)
►İşletim Alt Sistemi (Operation SubSystem-OSS)
Baz Station Subsystem (BSS): Baz İstasyonu Alt Sistemi BTS ve BSC olmak üzere iki ana bölümden oluşmaktadır. Yani BSS, BTS ve BSC'nin birlikte bulunduğu yapının genel adıdır. Sesin kodlanması /çözülmesi ve kablosuz ağ parçalarının hızının ayarlanması gibi işlevleri gerçekleştirir.
Base Transceiver System (BTS): Antenler, sinyal işleyiciler ve kuvvetlendiricilerden oluşmaktadır. BTS bir hücre oluşturacağı gibi yönlü antenler kullanılarak birkaç hücrede oluşturabilir. Bir baz istasyonu, her biri 200 KHz’lik RF kanalı temsil eden 1-16 alıcı‐vericiye sahiptir. Kanal kodlama/kod çözme (hata kontrolü), kanal kalitesinin ölçülmesi şifreleme ve şifre çözme burada yapılır.
Base Station Controller (BSC): Baz istasyonlarının kontrolü sağlayan birimdir. Yer kaydı ve güncellenmesi, kimlik doğrulama, şifreleme, trafik yönetimi, baz istasyonları arası geçiş (Handover) gibi fonksiyonları yürütür.
Mobil Station (MS): Mobil cihaz ve SIM kartın bir araya gelmesiyle oluşur. Ses ve veri iletimini gerçekleştirir. Sistem aboneyi SIM kartta kalıcı olarak saklanan IMSI(İnternational Mobile Subscriber Number) ile tanır.
Cep Telefonunun Haberleşmesini Örnekle Açıklayalım
Ali cep telefonunun içine SIM kart yerleştirip ilk olarak açtığında, telefon etraftaki baz istasyonlardan uygun birinin yaydığı SID (Sistem Tanıtım Şifresi) sinyalini dinlemeye başlar. Bu sinyali aldığında bu şifrenin telefon içine yerleştirilmiş telekom şirketinin şifreleriyle aynı olup olmadığını kontrol eder. Böylece telefon ekranında ilgili telekom şirketinin ismi belirir. Böyle bir SID şifresi alınmadığı durumlarda ise telefon ekranında "Ağ yok’’, "Sadece Acil Aramalar" veya benzeri bir mesaj görünür. Ali’nin telefonu SID sinyaline karşılık bir başka sinyal (kullanıcı tanımları ve cihaz seri (IMEI)numarası) göndererek arama beklediğini baz istasyonuna bildirir. Bu bildirim ile baz istasyonu Ali’nin telefonunun yerini, telefonun çalıntı olup olmadığı’na (kara liste) bakarak, dışarıdan gelen bir arama sırasında kullanmak üzere veri tabanına ekler. Bu işlem her defasında cep telefonu açıldığı sırada en fazla beş saniye içerisinde gerçekleştirilir.
Cep telefonu artık ulaşılabilir durumdadır ve SMS yani kısa mesaj servisi kutusu yeni gelen mesajlar ve haberler için taranır. Kayıt işleminden sonra telefon düzenli aralıklarla en yakın baz istasyonunun ve diğer yakınındaki baz istasyonlarının verici gücünü kontrol edecektir. Sinyal gücü en düşük seviyenin altına indiğinde telefon otomatik olarak daha güçlü sinyal yayan istasyona kayıt olacak ve alan bilgileri yenilenecektir.
Ali cep telefonu ile arama yapmak istediğinde, aramak istediği numarayı ekrana yazar ve numarayı çevirmek için "Ara" düğmesine basar. Telefonu en yakındaki baz istasyonunu bulur ve telefon numarası, seri numarası ve aranacak numarayı bildiren bir mesaj yollar. Bu mesajdaki bilgiler telekom şirketinin veri tabanında bulunan Ali’nin abonelik bilgileri ile karşılaştırılır ve uygun bulunursa karşı telefon numarasına arama sinyali gönderilir. Karşı telefon hazırsa görüşme başlatılır ve ücret hesabı için sayım başlatılır.
Bir arkadaşı Ali’yi aradığında, baz istasyonlarının bağlı olduğu merkez Ali’nin yerini yani hangi baz istasyon yakınında olduğunu veri tabanından araştırır. Bu bilgiye ulaştığında ise Ali’nin cep telefonuna bir frekans çifti belirler ve telefonun zilinin çalmasını sağlar. Ali farkına varmadan yapılan bu işlemlerden sonra telefonunu açtığında arkadaşı ile konuşmaya başlar.
Aslında saptanan bu frekans çiftlerinin sayısı sonsuz değildir. Bu sayı baz istasyonunun kapasitesine göre değişir, örneğin 395 adet olabilir. Bu baz istasyonunun radyo dalgalarının ulaştığı alan içinde 395 kişinin cep telefonuyla konuşabilmesi anlamına gelir. Doğal olarak bu sayı çok azdır ve kalabalık bir kentte aynı anda binlerce kişi cep telefonunu kullanmak isteyecektir. Bu durumda bütün bir kenti radyo dalgalarıyla kaplayan ve kentteki cep telefonu abonesi kadar frekans çifti kapasitesi olan bir baz istasyonu kurmak sorunu çözecektir ama böyle bir sistemi yapmak olanaksızdır.
Bu sorunu aşmak için mühendisler dahiyane diyebileceğimiz bir çözümle bir alanı küçük baz istasyonlarıyla döşerler. Bu baz istasyonları da yedili gruplar halinde birleşerek grupları oluştururlar. Bir grubun merkezinde bulunan baz istasyonu diğer baz istasyonlarından gelen bilgileri toplar ve mobil yönlendirme merkezi (MSC, Mobile Switching Center) denilen bölgesel bir merkeze yönlendirir. Burası da sinyalleri uydu veya karasal hatlarla telekom şirketinin hatlarına yönlendirir. Böylece bir kullanıcı telefonuyla görüşme yaptığında bütün sistemin kaynaklarını değil, sadece bir baz istasyonunun frekans çiftini kullanır. Böylece kalabalık bir bölgede birçok baz istasyonunda çok sayıda kullanıcı aynı anda görüşme yapma olanağı bulmuş olur.
Ali bulunduğu alandaki istasyona kayıt edilmiş, arkadaşı ile konuşmaktadır. Eğer Ali bulunduğu istasyondan uzaklaşırsa ne olur?
Ali, arkadaşı ile konuşurken telefon bağlantıdaki kaliteyi komşu hücreler ile karşılaştırır. Ali başka bir hücre alanına doğru hareket ettiğinde yavaş yavaş komşu istasyonun gönderim kalitesi artacaktır. Bu durumda Ali’nin cep telefonu bulunduğu istasyona, istasyon değiş tokuşu için sinyal gönderdiği anda, şu anki istasyon geçişi yapılacak alanda kapasite bulunup bulunmadığını kontrol eder. Eğer her iki istasyon da aynı kanal üzerinde bulunuyorsa anlaşma sağlanır. Karşılaştırılan anda telefon yeni frekansa geçer ve yeni istasyondaki yeri ayırtılmış olur. Konuşulan kişi ile aynı zamanda içinde bağlantı devam ettirilir. Bu değiş-tokuş (hand-over) o kadar düzenli işler ki ne arayan ne de aranan farkına bile varmaz.
Herşey çok güzel ve mükemmel gibi duruyor fakat, eğer geçiş yapılacak istasyonda konuşmanın devam etmesi için kapasite bulunmuyorsa ne olacak? Bu durumda cep telefonu eski istasyon ile bağlantıyı mümkün olduğu sürece tutmaya çalışacak. Aynı zamanda da en yakındaki diğer istasyonları bağlantı kurmak için kontrol etmeye devam edecektir. Alınan sinyaller çok zayıfladığında ya da başka bir istasyona geçiş sağlanamadığı anda ise bağlantı kesilecektir.