वैश्विक मोबाइल संचार प्रणाली

GSM (मोबाइल संचार के लिए ग्लोबल सिस्टम : मूलतः ग्रुप स्पेशल मोबाइल  से) विश्व में मोबाइल फ़ोन के लिए सबसे लोकप्रिय मानक है। इसके प्रवर्तक GSM एसोसिएशन का अनुमान है कि दुनिया के 80% मोबाइल बाजार इस मानक का उपयोग करते है। GSM का प्रयोग 212 से अधिक देशों और प्रदेशों में करीब 3 अरब से ज़्यादा लोगों द्वारा किया जाता है। 
इसकी सर्वव्यापकता ने मोबाइल फ़ोन ऑपरेटरों के बीच अंतर्राष्ट्रीय रोमिंग को काफी सामान्य बना दिया है, जिससे उपभोक्ता अपने मोबाइल को विश्व के कई हिस्सों में उपयोग करने में सक्षम हो जाते है। GSM अपने पूर्ववर्तियों से इस आशय में भिन्न है कि इसमें संकेत और संवाद चैनल डिजिटल हैं और इसलिए इसे दूसरी पीढ़ी (2G) का मोबाइल फ़ोन प्रणाली माना जाता है। इससे यह भी तात्पर्य निकलता है कि इस प्रणाली में डाटा संचार का निर्माण आसान है।
GSM मानक की सर्वव्यापकता उपभोक्ताओं (जो रोमिंग और बिना अपना फ़ोन बदले वाहक बदलने की सुविधा से लाभान्वित होते हैं) और नेटवर्क ऑपरेटरों (जो GSM अमल में लाने वाले विभिन्न विक्रेताओं से उपकरण चुन सकते हैं) दोनों के लिए फ़ायदेमंद है। GSM ने एक कम लागत वाले (नेटवर्क वाहक के लिए) वाइस कॉल के विकल्प का लघु संदेश सेवा (SMS जिसे "टेक्स्ट मेसेजिंग" भी कहते है) प्रवर्तन किया है, जो अब अन्य मोबाइल मानकों पर भी समर्थित है। एक और लाभ यह है कि इस मानक में एक विश्वव्यापी आपातकालीन टेलीफोन नंबर, 112 शामिल है। इससे अंतर्राष्ट्रीय यात्रियों को काफ़ी सुविधा हो जाती है, जो स्थानीय आपातकालीन नंबर जाने बिना भी आपातकालीन सेवाओं का लाभ उठा सकते हैं।
मानक के नए संस्करण, मूल GSM फ़ोन से पार्श्वगामी संगतता बनाए हुए हैं। उदाहरण के लिए, मानक के रिलीज'97 में जनरल पैकेट रेडियो सर्विस (GPRS) के माध्यम से पैकेट डाटा क्षमताओं को जोड़ा गया। रिलीज'99 ने GSM के विकास हेतु वर्धित डाटा दर (EDGE) के उपयोग द्वारा तीव्र गति से आंकडों के प्रसारण को उपलब्ध कराया.

इतिहास

1982 में, यूरोपीय डाक और दूरसंचार प्रशासनिक सम्मेलन (CEPT) में एक ग्रूप स्पेशल मोबाइल (GSM) स्थापित किया गया, ताकि मोबाइल टेलीफोन प्रणाली के लिए एक ऐसा मानक विकसित कर सकें, जिसका उपयोग सारे यूरोप में संभव हो. 1987 में, पूरे यूरोप में एक सर्वनिष्ठ सेल्युलर टेलीफ़ोन प्रणाली विकसित करने के लिए 13 देशों ने एक समझौता ज्ञापन पर हस्ताक्षर किए. अंततः तोर्लीव मसंग के नेतृत्व में SINTEF द्वारा निर्मित प्रणाली को चुना गया। 
1989 में, GSM की जिम्मेदारी यूरोपीय दूरसंचार मानक संस्थान (ETSI) को सौंपी गई और GSM विनिर्देशों की प्रथम प्रावस्था का प्रकाशन 1990 में किया गया। 1991 में पहले GSM नेटवर्क की शुरूआत, एरिक्सन के साथ संयुक्त तकनीकी आधार-तंत्र के रख-रखाव सहित रेडियोलिंजा ने फिनलैंड में की.

सेल्युलर रेडियो नेटवर्क

GSM एक सेल्युलर नेटवर्क है, जिसका मतलब है मोबाइल फ़ोन अपने नज़दीकी सेल को खोजते हुए इससे जुड़ते है। 
GSM नेटवर्क में सेल के पांच अलग-अलग आकार है- स्थूल, सूक्ष्म, पिको, फेमटो और अम्ब्रेला सेल. प्रत्येक सेल का विस्तार-क्षेत्र कार्यान्वयन परिवेश के अनुसार भिन्न होता है। स्थूल सेल ऐसे सेल माने जा सकते हैं, जहां बेस स्टेशन एंटीना एक खंभे अथवा ऐसी इमारत पर स्थापित किया जाता है, जिसकी ऊँचाई औसत छतों से ऊंची हो.सूक्ष्म सेल वे हैं जिनके एंटीना की ऊंचाई, औसत छत की ऊंचाई से कम होती है; आम तौर पर इनका उपयोग शहरी क्षेत्रों में किया जाता है। पिको सेल ऐसे छोटे सेल हैं जिनका विस्तार-व्यास कुछ दर्जन मीटर ही होता है; इनका उपयोग मुख्य रूप से भवन के अंदर किया जाता है। फेमटो सेल वे सेल हैं जिनकी परिकल्पना, आवासीय या छोटे व्यावसायिक परिवेश में उपयोग और एक ब्रॉडबैंड इंटरनेट कनेक्शन के माध्यम से सेवा-प्रदाता के नेटवर्क से जुड़ने के लिए की गई है। अम्ब्रेला सेल का उपयोग, छोटे सेल के छाया-क्षेत्रों को ढकने और उन सेलों के बीच की ख़ाली जगह को भरने के लिए होता है।
सेल का क्षैतिज अर्द्ध व्यास एंटीना की ऊंचाई, एंटीना लब्धि और संचरण परिवेश के आधार पर सैकडों मीटर से लेकर कई किलोमीटर तक अलग-अलग होता है। व्यावहारिक तौर पर GSM विनिर्देश द्वारा समर्थित सबसे अधिक दूरी है 35 किलोमीटर (22 मील) एक विस्तृत सेल की अवधारणा के कई कार्यान्वयन हैं, जहाँ सेल का अर्द्ध व्यास एंटीना प्रणाली, भू-भाग के प्रकार और अग्रिम समय के आधार पर दुगुना या उससे भी ज़्यादा हो सकता है।
भवन के अंदर व्याप्ति भी GSM द्वारा समर्थित है और एक अंतर्द्वार पिकोसेल बेस स्टेशन के प्रयोग से अथवा ऊर्जा भंजक द्वारा आपूरित आंतरिक एंटीना सहित अंतर्द्वार पुनरावर्तक के ज़रिए इसे हासिल किया जा सकता है, ताकि बाहरी एंटिना से रेडियो संकेत भवन के अंदर अलग से संवितरित एंटीना प्रणाली तक पहुंचाय जा सकें. ये आम तौर पर तब विस्तृत किए जाते हैं, जब घर के अंदर अत्यधिक कॉल क्षमता की ज़रूरत हो; उदाहरणार्थ बड़ी दुकानों या हवाई अड्डों पर.तथापि, यह पूर्वापेक्षा नहीं है, क्योंकि किसी नज़दीकी सेल के रेडियो संकेतों का भवन के भीतर प्रवेश के ज़रिए आंतरिक व्याप्ति उपलब्ध कराई जाती है। 
जीएसएम में प्रयुक्त अधिमिश्रण गौसियन न्यूनतम-अंतरण संयोजन (GMSK) है, जो एक प्रकार का सतत-चरण फ़्रीक्वेन्सी अंतरण संयोजन है।GMSK में वाहक पर अधिमिश्रित किए जाने वाले संकेत को फ़्रीक्वेन्सी अधिमिश्रक पर आपूर्ति से पहले गौसियन लो-पास फिल्टर से मधुर बनाया जाता है, जो पड़ोसी वाहिकाओं के हस्तक्षेप (निकटवर्ती वाहिकाओं का हस्तक्षेप) की आशंका को काफ़ी कम करते हैं।

श्रव्य उपकरणों के साथ हस्तक्षेप

कुछ श्रव्य उपकरण रेडियो फ़्रीक्वेन्सी हस्तक्षेप (RFI) के प्रति संवेदनशील होते हैं, जिसे इन श्रव्य उपकरणों के अतिरिक्त परिरक्षण या बाइ-पास संधारित्र के प्रयोग से काफ़ी कम किया जा सकता है। तथापि, ऐसा करने में होने वाली भारी लागत, किसी भी डिज़ाइनर के लिए इसके औचित्य को सिद्ध करना मुश्किल कर देती है।
PA, तार रहित माइक्रोफोन, घरेलू म्यूज़िक सिस्टम, टेलीविजन, कंप्यूटर, बेतार फ़ोन और व्यक्तिगत संगीत उपकरणों से डिट, डिट-डिट, डिट डिट-डिट, की ध्वनि निकालने के लिए नज़दीकी GSM हैंडसेट द्वारा प्रेरित किया जाना एक आम घटना है। जब ये ऑडियो उपकरण GSM हैंडसेट के निकट क्षेत्र में रहते हैं, तो रेडियो संकेत इतने मज़बूत होते हैं कि ठोस प्रवर्द्धक श्रव्य श्रृंखला में एक संसूचक का कार्य करते है। क्लिक् की ध्वनि ही शक्ति-विस्फोट की द्योतक है, जो TDMA सिग्नल की संवाहक है। ये संकेत कार के स्टीरियो या पोर्टेबल ऑडियो प्लेयर जैसे अन्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों से हस्तक्षेप के लिए जाने जाते हैं। यह हैंडसेट के डिज़ाइन और इसका US निकाय FCC द्वारा बनाए गए कड़े नियम और विनियमों द्वारा भाग 15 में इलेक्ट्रोनिक उपकरणों के साथ हस्तक्षेप के नियम और विनियमों के अनुरूप होने पर भी निर्भर करता है।

जीएसएम फ़्रीक्वेन्सी

GSM नेटवर्क कई विभिन्न फ़्रीक्वेन्सी विस्तार सीमाओं में कार्य करता है (2G के लिए GSM फ़्रीक्वेन्सी विस्तार-सीमा और 3G के लिए UMTS फ़्रीक्वेन्सी बैंड में विभक्त है). अधिकांश 2G GSM नेटवर्क 900 MHz या 1800 MHz बैंड पर कार्य करते हैं। कुछ अमरीकी देश (कनाडा और संयुक्त राज्य अमेरिका सहित) 850 MHz और 1900 MHz का प्रयोग करते हैं, क्योंकि 900 और 1800 MHz फ़्रीक्वेन्सी बैंड पहले ही आबंटित किए गए थे। यूरोप में ज़्यादातर 3G GSM नेटवर्क 2100 MHz फ़्रीक्वेन्सी बैंड में कार्य करते हैं। 
कुछ देशों में दुर्लभ 400 और 450 MHz फ़्रीक्वेन्सी बैंड निर्दिष्ट किए गए हैं, जहां इन फ़्रीक्वेन्सियों का उपयोग पहली पीढ़ी की प्रणालियों के लिए हो रहा था। 
GSM-900, मोबाइल स्टेशन से बेस स्टेशन जानकारी भेजने के लिए (अपलिंक) 890–915 MHz का उपयोग करता है और अन्य दिशा (डाउनलिंक) के लिए 935–960 MHz का उपयोग करता है, जो 200 kHz के अंतराल पर 125 RF चैनल (चैनल संख्या 0 से 124 तक) उपलब्ध कराता है। 45 MHz का डूप्लेक्स अंतराल प्रयुक्त होता है।
कुछ देशों में GSM-900 बैंड को अधिक फ़्रीक्वेन्सी क्षेत्र को आवृत करने के लिए विस्तृत किया गया है। यह मूल GSM-900 बैंड में 50 चैनल (चैनल संख्या 975 से 1023) जोड़ते हुए 'विस्तृत GSM', E-GSM, 880–915 MHz (अपलिंक) तथा 925–960 MHz (डाउनलिंक) का उपयोग करता है। समय विभाजन बहुसंकेतन का प्रयोग प्रति रेडियो फ़्रीक्वेन्सी चैनल, आठ पूर्ण-दर या सोलह अर्द्ध-दर वाक चैनल को अनुमत करने के लिए होता है। TDMA फ़्रेम में आठ रेडियो समयावधि (आठ विस्फोट अवधियों के) समाहित हैं। अर्द्ध दर वाले चैनल एक ही समयावधि में वैकल्पिक फ़्रेम का उपयोग करते हैं। सभी 8 चैनलों के लिए चैनल डाटा दर 270.833 kbit/s और फ़्रेम अवधि 4,615 ms हैं। 
इस हैंडसेट की प्रसारण शक्ति GSM850/900 में अधिकतम 2 वाट और GSM1800/1900 में 1 वाट है।

ध्वनि कोडेक

GSM ने 5.6 तथा 13 kbit/s के बीच ध्वनि को संकुचित करने के लिए कई प्रकार के ध्वनि कोडेक का इस्तेमाल किया है। मूलतः दो कोडेक, यथा अर्द्ध दर (5.6 kbit/s) और पूर्ण दर (13 kbit/s) का प्रयोग हुआ है, जिनका नामकरण उन्हें आबंटित डाटा चैनल प्रकार के आधार पर हुआ है। इनमें एक ऐसी प्रणाली का प्रयोग हुआ है, जो रेखीय पूर्वकथनीय कोडिंग (LPC) पर आधारित होती है। बिटरेट के प्रति प्रभावी होने के अलावा इन कोडेकों ने ध्वनि के अधिक महत्वपूर्ण हिस्सों को पहचानना काफ़ी आसान कर दिया है, जिससे वायु अंतराफलक परत के लिए इन संकेतों को रक्षित करना और प्राथमिकता देना आसान हो गया है। 
GSM को 1997 में पूर्ण दर चैनल का उपयोग करने वाले वर्धित पूर्ण दर (EFR) कोडेक, एक 12.2 kbit/s कोडेक, में विकसित किया गया। अंत में, UMTS के विकास के साथ EFR एक अस्थिर-दर कोडेक के रूप में पुनर्संशोधित किया गया, जिसे AMR-Narrowband कहते हैं और जो पूर्ण दर चैनलों पर प्रयोग करने पर उच्च गुणवत्ता वाला व हस्तक्षेप के प्रति मजबूत है और साथ ही, जब यह अच्छे रेडियो दशाओँ में अर्द्ध-दर चैनल पर प्रयुक्त होता है, तो यह कम मजबूत मगर अपेक्षाकृत उच्च गुणवत्ता वाला होता है।

सबस्क्राइबर आयडेंटिटी मॉड्यूल (SIM)

GSM की प्रमुख विशेषताओं में से एक है सब्स्क्राइबर आईडेनटिटी मॉड्यूल, जिसे आम तौर पर SIM कार्ड के नाम से जाना जाता है। SIM एक अलग किया जा सकने वाला स्मार्ट कार्ड है, जिसमें उपयोगकर्ता की सदस्यता-जानकारी और फ़ोन बुक होता है। यह उपयोगकर्ता के हैंडसेट बदलने के बाद भी उसकी जानकारी संजोने देता है। वैकल्पिक रूप से, उपयोगकर्ता ऑपरेटर बदलने के लिए बिना अपना हैंडसेट बदले, केवल SIM बदल कर ऐसा कर सकता है। कुछ ऑपरेटर एक फ़ोन में एक ही SIM अथवा सिर्फ़ उन्हीं के द्वारा दिए गए SIM की अनुमति देकर इस क्रिया को बाधित कर देते हैं; इस अभ्यास को SIM लॉकिंग कहते हैं और कुछ देशों में यह ग़ैर-क़ानूनी है। 
ऑस्ट्रेलिया, उत्तरी अमेरिका और यूरोप में कई ऑपरेटर उन मोबाइल को लॉक कर देते हैं, जिन्हें वे बेचते हैं। ऐसा इसलिए किया जाता है कि मोबाइल फ़ोन की क़ीमतों पर आम तौर पर सदस्यता के समय से रियायत दी जाती है और ऑपरेटर अपने प्रतियोगियों के मोबाइल पर किसी प्रकार की रियायत को टालना चाहते हैं। एक ग्राहक आम तौर पर कुछ शुल्क देकर इस बाधा को दूर करने के लिए प्रदाता से संपर्क कर सकता है, या फिर वह निजी सेवाओं के ज़रिये ब्लॉक को खोल सकता है, या इंटरनेट पर उपलब्ध तमाम सॉफ्टवेयर और वेब-साइट का उपयोग करके भी वह अपने हैण्डसेट का ब्लॉक खोल सकता है। हालांकि अधिकांश वेब-साइट ब्लॉक हटाने के एवज में कुछ शुल्क मांगते हैं, मगर कुछ लोग निःशुल्क ऐसा करते हैं। यह लॉकिंग हैंडसेट पर लागू होता है, जो उसके अंतर्राष्ट्रीय मोबाइल उपकरण पहचान(IMEI) संख्या से जाना जाता है, ना कि खाते पर (जो कि SIM कार्ड द्वारा जाना जाता है) 
बंगलादेश, बेल्जियम, कोस्टा रिका, इंडोनेशिया, मलेशिया, हांगकांग और पाकिस्तान जैसे कुछ देशों में सभी फ़ोन बिना लॉक किए ही बिकते हैं। तथापि, बेल्जियम में ऑपरेटरों द्वारा फ़ोन की क़ीमत पर किसी प्रकार की सब्सिडी देना ग़ैर-क़ानूनी है। यह स्थिति फिनलैंड में भी 1 अप्रैल, 2006 तक थी, जिसके बाद सब्सिडी वाले हैंडसेट और खाते बेचना क़ानूनी हो गया, यद्यपि ऑपरेटरों को कुछ निश्चित समय के बाद (अधिकतम 24 महीने) फ़ोन को बिना किसी शुल्क के खोल देना पड़ता है।

जीएसएम सुरक्षा

GSM को मध्यम स्तर की सुरक्षा के साथ डिज़ाइन किया गया था। इस प्रणाली का अभिकल्पन, उपयोगकर्ता की पहचान एक पूर्व-साझा कुंजी और चुनौती-प्रतिक्रिया के प्रयोग से सुनिश्चित करने के लिए हुआ था। उपयोगकर्ता और बेस स्टेशन के बीच के संवाद को कूटबद्ध किया जा सकता है। UMTS का विकास एक वैकल्पिक USIM प्रवर्तित करता है, जो कि ज़्यादा सुरक्षा देने के लिए एक लंबी पहचान कुंजी का प्रयोग करती है, साथ ही साथ उपयोगकर्ता और नेटवर्क को परस्पर प्रमाणित करती है - जबकि GSM केवल उपयोगकर्ता को नेटवर्क के सामने प्रमाणित करता है (इसके विपरीत नहीं).सुरक्षा मॉडल इस वजह से गोपनीयता और प्रमाणीकरण तो प्रस्तावित करता है, मगर सीमित प्राधिकरण क्षमताएं और बिना अस्वीकरण के. 
सुरक्षा के लिए GSM कई कूटलेखी कलनविधि का उपयोग करता है।A5/1 और A5/2 स्ट्रीम बीजलेख का प्रयोग हवा के ऊपर आवाज की गोपनीयता सुनिश्चित करने के लिए होता है। A5/1 का विकास पहले हुआ था और ये एक मजबूत बीजलेख है जिसका प्रयोग यूरोप और अमेरिका में होता है; A5/2 थोड़ा कमज़ोर है और इसका प्रयोग अन्य देशों में होता है। दोनों बीजलेख में गंभीर कमजोरियां पाई गई हैं: वास्तविक समय में A5/2 को केवल-बीजलेख हमले से तोडा जा सकता है और फरवरी 2008 में, Pico, Computing, Inc ने FPGA का लाभोन्मुख क्षमता और योजना को प्रकट किया, जिसके द्वारा A5/1 को रेनबो टेबल हमले से तोडा जा सकता है। यह प्रणाली कई कलनविधि को समर्थन देती है, जिससे ऑपरेटर्स उस बीजलेख को किसी मजबूत संस्करण से बदल सकते हैं।

मानक जानकारी

GSM प्रणाली और सेवाओं का वर्णन ETSI द्वारा संचालित मानकों के एक सेट में किया गया है, जहां एक पूरी सूची बनाई गई है।