GSM

GSM（）は、FDD-TDMA方式で実現されている第2世代移動通信システム (2G) 規格である。

概要
GSMは世界のほとんどの国・地域で使用されているが、日本、韓国、ツバルでは使用されていない。
2008年現在、世界の携帯電話端末市場の82%はGSM方式であり、携帯電話方式の中で最も使われている。世界の212ヵ国で約20億人が利用している。電波の利用効率が悪いことを問わない、中古インフラや中古端末が安価であることから、発展途上国では主流である。

デジタル携帯電話方式で、世代では第二世代携帯電話 (2G) に分類される。しかし、最新技術を取り入れ、次々と改訂版を出している。最初は、回線交換（音声とデータ）でスタートした。やや遅れて、GPRS（パケット交換データ通信）が追加され第2.5世代と呼ばれ、さらに上位のEDGEを含むことで第2.75世代と呼ばれる。また、その上のEDGE Evolutionでは第3世代に近いデータ転送速度が出せる（後述）。2000年代前半にはGSMネットワークにおいてGPRSは広く普及し、オペレータによってはEDGEを導入したところもあった。

GSM方式やWCDMA方式のSIMロックされていない端末を1台持っておくと、現地の事業者が対応していれば、その発行するSIMカードを買い、現地の携帯電話として現地の電話料金で携帯電話を使用できる。多くの国では空港に携帯電話会社のサービス窓口があり、プリペイドSIMカードを入手しすぐに使用できる。

そのほか、自動国際ローミングを備えるため国が変わっても使用できることや、SIMカードでサービスアカウントを管理するため端末と電気通信事業者を分離できプリペイド式携帯電話や電話機の自由な取替えが容易であることなどの特徴がある。

また、GSMを採用した携帯電話キャリアは3G方式にW-CDMA (UMTS) を選択することを3GSMと呼ぶこともある。

なお、GSMに使用されているA5/1、A5/2などと呼ばれる通信プライバシー保護用の暗号化はいくつかの深刻な弱点が指摘されており、豊富な計算能力があれば数分で解読が可能である。暗号仕様設定当時よりもコンピュータの処理能力が飛躍的に向上し、当時であれば必要十分であった暗号強度も破ることが可能となった。

歴史
各国で異なるアナログ方式でサービスが行われていた欧州において、1982年に欧州郵便電気通信主管庁会議 (CEPT: Conference of European Postal and Telecommunications administration) が GSM (Groupe Speciale Mobile) でデジタル方式携帯電話の統一規格の策定を開始した。1987年に統一規格として採択され、これはGSM1987ともよばれる。1991年にフィンランドで初のサービスが開始された。

欧州各国で採用され、大量生産されたためシステムが安価となった。また、メーカー・欧州の標準化機関が一体となって他の地域でも採用されるように働きかけを行ったため、広く普及した。

2016年以降、オーストラリア、米国などでGSMの一部停波が始まっている。シンガポール、台湾では2017年に全面的にGSMサービスを終了した。

日本のキャリアでは、ソフトバンクモバイル、NTTドコモのほぼ全ての機種が対応し、auは3G対応機種の一部と4GLTE専用（VoLTE対応機種等）のほぼ全ての機種が対応する。なお、日本で発売される対応機種の殆どはGSMネットワークで使用される事の多い周波数（900MHzと1800MHz）へ対応しているため、北米以外の多くの国と地域で国際ローミングが可能な場合がある現地オペレータとSIMカードオペレータの間でローミングアグリーメントが成立している必要がある。通話料金は高額。。

周波数帯
+周波数帯上り (MHz) 下り (MHz) 間隔 (MHz) 帯域幅 (MHz) 地域GSM400T-GSM380 380.2 - 389.8 390.2 - 399.8 10 9.6×2T-GSM410 410.2 - 419.8 420.2 - 429.8 10 9.6×2GSM450 450.4 - 457.6 460.4 - 467.6 10 7.2×2GSM480 478.8 - 486.0 488.8 - 496.0 10 7.2×2GSM700GSM710 698.0 - 716.0 728.0 - 746.0 30 18×2GSM750 747.0 - 762.0 777.0 - 792.0 30 15×2GSM800T-GSM810 806.0 - 821.0 851.0 - 866.0 45 15×2中国GSM850 824.0 - 849.0 869.0 - 894.0 45 25×2北米GSM900P-GSM900 890.0 - 915.0 935.0 - 960.0 45 25×2アジア、アフリカ、オセアニア、欧州、中南米E-GSM900 880.0 - 915.0 925.0 - 960.0 45 35×2アジア、アフリカ、オセアニア、欧州、中南米R-GSM900 876.0 - 915.0 921.0 - 960.0 45 39×2アジア、欧州876.0 - 888.0 921.0 - 925.0 45 4×2アジア、欧州T-GSM900 870.4 - 876.0 915.4 - 921.0 45 5.6×2GSM1800DCS1800 1710.0 - 1785.0 1805.0 - 1880.0 95 75×2アジア、アフリカ、オセアニア、欧州、中南米1710.0 - 1755.0 1805.0 - 1850.0 95 45×2PCS1900併用地域、中南米GSM1900PCS1900 1850.0 - 1910.0 1930.0 - 1990.0 80 60×2北米、中南米
使用される周波数帯には、主に次の4つがある。
850MHz帯 米国など
900MHz帯 欧州やアジアなど
1800MHz帯 欧州やアジアなど
1900MHz帯 米国など

もともとのGSM規格は、900MHzからスタートし、周波数枠を広げるために、ついで、1800MHzが使われた。南北アメリカは、周波数割り当てが異なったため、これらの地域では、1900MHz,850MHzでGSMが使われる。

900/1800MHz帯ないしは850/1900MHz帯に対応した携帯電話機をデュアルバンド (Dual-band) 機、900/1800/1900MHz帯に対応した携帯電話機をトライバンド (Tri-band) 機、850/900/1800/1900MHz帯に対応した携帯電話機をクワッドバンド (Quad-band) 機と呼ぶ。

なお、北米では850/1800/1900MHzのトライバンド機もある。

日本、韓国、ツバル以外の世界中で最低一つ以上の周波数帯域が割り当てられている。

技術
PDC・D-AMPSは送信と受信とを同時に行わず、またGSMと比較して多重化数が少なく、最大瞬時空中線電力も小さい。また、基地局に位置登録された端末を送信時間別グループに分け、そのときのみ待ち受け端末が受信状態となる間欠通信も行っている。そのため、電池の容量当たりの待ち受け時間や通話時間を長くすることが容易である。これらに対しGSMは、基地局が安価である。しかし、周波数帯域利用効率は劣る。

GSMは、最初の規格がリリースされて20年以上になるために、実装するのに必要な特許の保護期間が過ぎている。この為、第3世代携帯電話の端末に比べると特許費用が大幅に安いために、安価に製造することが可能である。この為、機能を絞った端末の場合は50ドル以下で販売することが可能なほどである。

音声
GMSK音声
フルレート 22.8kbps に RPE-LTP 13kbps音声と誤り検出訂正 9.8kbps を通すフルレート (FR)。
ハーフレート 11.4kbps に VSELP 5.6kbps音声と誤り検出訂正 5.8kbps を通すハーフレート (HR)。
フルレート 22.8kbps に ACELP 12.2kbps音声と誤り検出訂正 10.6kbps を通すエンハンスドフルレート (EFR)。

8PSK音声
8PSKの変調が追加されたEDGEの音声である。
フルレート 28.8kbps に AMR-WB コーデック (23.85 - 6.60kbps) の音声を通す。
ハーフレート 14.4kbps に AMR-WB か AMR-NB のコーデック (12.65 - 1.95kbps) の音声を通す。

回線交換データ通信
+回線交換データ通信回線交換 変調 CSD (kbps) HSCSD (kbps)TCH/F9.6GMSK 9.6 38.4TCH/F14.4GMSK 14.4 57.6ECSD 変調 timeslot (kbps) 8slot (kbps)E-TCH/F28.88PSK 28.8 230.4E-TCH/F32.08PSK 32.0 256.0E-TCH/F43.28PSK 43.2 345.6

CSD
CSD (Circuit Switch Data)。GSMの回線交換データ通信9.6kbps。オプションで14.4kbps。

HSCSD
HSCSD (High Speed Circuit Switch Data)。GSMの高速回線交換データ通信、最大57.6kbps。ひとつ9.6kbpsまたは14.4kbpsの回線交換スロットを4つまで束ねる事ができる。複数の回線を使用しているのと同じであり、課金が非常に不利なので、ほとんど使われない。

ECSD
ECSD (Enhanced Circuit Switched Data)。HSCSDを拡張した規格。最大345.6kbps。3倍程度高速化されたひとつ43.2kbpsの回線交換スロットを8スロットまで束ねる事ができる。複数の回線を使用しているのと同じであり、課金が非常に不利なので、ほとんど使われない。

パケットデータ通信
GPRS
+Coding Scheme (CS)CodingScheme 通信速度(kbps) 最大8CS-1 9.05 72.4CS-2 13.4 107.2CS-3 15.6 124.8CS-4 21.4 171.2
GPRS (General Packet Radio Service)。GSMのパケットデータ通信、最大スループット171.2kbps。ひとつ21.4kbpsのパケットスロットを8スロットまで束ねる事ができる。
+Normal GMSK Burst BitsT1 E F TS F E T2 G3 57 1 26 1 57 3 8.25
T1,T2:Tail bits
E:Data
F:Stealing-flag bits
TS:Training sequence bits
G:Guard period

EDGE
+Modulation and Coding Scheme (MCS)MCS 通信速度(kbps) デジタル変調 8x(kbps) EDGE Evolution(kbps)MCS-1 8.8 GMSK 70.4 140.8MCS-2 11.2 GMSK 89.6 179.2MCS-3 14.8 GMSK 118.4 236.8MCS-4 17.6 GMSK 140.8 281.6MCS-5 22.4 8-PSK 179.2 358.4MCS-6 29.6 8-PSK 236.8 473.6MCS-7 44.8 8-PSK 358.4 716.8MCS-8 54.4 8-PSK 435.2 870.4MCS-9 59.2 8-PSK 473.6 947.2MCS-10 67.2 16-QAM  1075.2MCS-11 81.6 16-QAM  1305.6
EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) もしくはEGPRS (Enhanced GPRS)、IMT-SC (IMT Single Carrier) はGPRSを拡張したパケット通信規格。デジタル変調方式に八位相偏移変調 (8PSK) を使用している。最大スループット473.6kbps。3倍程度高速化されたひとつ59.2kbpsのパケットスロットを8スロットまで束ねる事ができる。
+Normal 8PSK Burst BitsT1 E F TS F E T2 G3×3 57×3+2 1 26×3 1 57×3+2 3×3 8.25×39 173 1 78 1 173 9 24.75

Dual Carrier EDGE
3GPPのrelease 7で追加された2搬送波を使う仕様を従来のEDGEとの組み合わせのみで使う。従来通り8PSKのみなのでノキア・シーメンスの基地局の無線機のハードウェアは同じままソフトウェアのバージョンアップのみで592kbpsに対応できる。

EDGE Evolution
EDGE EvolutionはEDGEをさらに高速化したもの。3GPPのrelease 7で追加された。デジタル変調に8PSKの代わりに16QAMまたは32QAMを用いる。1Mbps程度のスループットが得られるとしている。これは第三世代携帯電話に匹敵するスピードである。2009年開始予定。

EGPRS2-A
Normal GMSK Burst
Normal 8PSK Burst
Normal 16QAM Burst
Normal 32QAM Burst
+Normal 16QAM Burst BitsT1 E F TS F E T2 G3×4 57×4+3 1 26×4 1 57×4+3 3×4 8.25×412 231 1 104 1 231 12 33
+Normal 32QAM Burst BitsT1 E F TS F E T2 G3×5 57×5+4 1 26×5 1 57×5+4 3×5 8.25×515 289 1 130 1 289 15 41.25

EGPRS2-B
HSR QPSK Burst
HSR 16QAM Burst
HSR 32QAM Burst : 下り最大1894.4kbps、上り最大947.2kbps。
+HSR QPSK Burst BitsT1 E F TS F E T2 G4×2 68×2+1 1 31×2 1 68×2+1 4×2 10.5×28 137 1 62 1 137 8 21
+HSR 16QAM Burst BitsT1 E F TS F E T2 G4×4 68×4+3 1 31×4 1 68×4+3 4×4 10.5×416 275 1 124 1 275 16 41
+HSR 32QAM Burst BitsT1 E F TS F E T2 G4×5 68×5+4 1 31×5 1 68×5+4 4×5 10.5×520344 1 155 1 344 20 52.5

端末数推移
+GSM/携帯電話GSM 全世界2001Q1gsmworld.com - gsma_stats_q1_05.pdf65.705% 498,700,000 759,000,000+3か月80.607% +9.585% +47,800,000 +7.813% +59,300,0002001Q266.785% 546,500,000 818,300,000+3か月78.707% +7.575% +41,400,000 +6.428% +52,600,0002001Q367.505% 587,900,000 870,900,000+3か月79.248% +8.250% +48,500,000 +7.027% +61,200,0002001Q468.276% 636,400,000 932,100,000+3か月82.025% +6.238% +39,700,000 +5.193% +48,400,0002002Q168.955% 676,100,000 980,500,000+3か月82.796% +5.694% +38,500,000 +4.742% +46,500,0002002Q269.581% 714,600,000 1,027,000,000+3か月84.766% +6.073% +43,400,000 +4.985% +51,200,0002002Q370.302% 758,000,000 1,078,200,000+3か月86.074% +6.768% +51,300,000 +5.528% +59,600,0002002Q471.128% 809,300,000 1,137,800,000+3か月84.232% +5.214% +42,200,000 +4.403% +50,100,0002003Q171.681% 851,500,000 1,187,900,000+3か月83.883% +5.073% +43,200,000 +4.335% +51,500,0002003Q272.188% 894,700,000 1,239,400,000+3か月80.732% +5.667% +50,700,000 +5.067% +62,800,0002003Q372.600% 945,400,000 1,302,200,000+3か月82.528% +7.045% +66,600,000 +6.197% +80,700,0002003Q473.180% 1,012,000,000 1,382,900,000+3か月83.075% +5.820% +58,900,000 +5.127% +70,900,0002004Q173.662% 1,070,900,000 1,453,800,000+3か月84.777% +5.668% +60,700,000 +4.925% +71,600,0002004Q274.184% 1,131,600,000 1,525,400,000+3か月87.000% +6.681% +75,600,000 +5.697% +86,900,0002004Q374.874% 1,207,200,000 1,612,300,000+3か月87.230% +7.356% +88,800,000 +6.314% +101,800,0002004Q4http://www.gsmworld.com/news/statistics/pdf/gsma_stats_q1_05.pdf75.608% 1,296,000,000 1,714,100,000+3か月77.465% +6.366% +82,500,000 +6.213% +106,500,0002005Q1http://www.gsmworld.com/news/statistics/pdf/gsma_stats_q2_05.pdf75.717% 1,378,500,000 1,820,600,000+3か月89.100% +6.464% +89,100,000 +5.493% +100,000,0002005Q276.414% 1,467,600,000 1,920,600,000+3か月88.274% +6.412% +94,100,000 +5.550% +106,600,0002005Q3http://www.gsmworld.com/news/statistics/pdf/gsma_stats_q3_05.pdf77.037% 1,561,700,000 2,027,200,000+3か月98.399% +9.445% +147,500,000 +7.394% +149,900,0002005Q4http://www.gsmworld.com/news/statistics/pdf/gsma_stats_q4_05.pdf78.508% 1,709,200,000 2,177,100,000+3か月127.511% +5.125% +87,600,000 +3.156% +68,700,0002006Q1http://www.gsmworld.com/news/statistics/pdf/gsma_stats_q1_06.pdf80.007% 1,796,800,000 2,245,800,000+3か月90.500% +8.059% +144,800,000 +7.124% +160,000,0002006Q2http://www.gsmworld.com/news/statistics/pdf/gsma_stats_q2_06.pdf80.705% 1,941,600,000 2,405,800,000+3か月65.265% +4.909% +95,309,750 +6.070% +146,035,7742006Q3http://www.gsmworld.com/news/statistics/pdf/gsma_stats_q3_06.pdf79.821% 2,036,909,750 2,551,835,774+3か月87.864% +6.360% +129,542,372 +5.778% +147,434,5772006Q4http://www.gsmworld.com/news/statistics/pdf/gsma_stats_q4_06.pdf80.261% 2,166,452,122 2,699,270,351+3か月84.530% +5.153% +111,643,258 +4.893% +132,075,0392007Q1http://www.gsmworld.com/news/statistics/pdf/gsma_stats_q1_07.pdf80.460% 2,278,095,380 2,831,345,390+3か月86.518% +6.209% +141,451,388 +5.774% +163,494,1302007Q2http://www.gsmworld.com/news/statistics/pdf/gsma_stats_q2_07.pdf80.791% 2,419,546,768 2,994,839,520+3か月80.404% +5.188% +125,524,104 +5.213% +156,116,1322007Q3http://www.gsmworld.com/news/statistics/pdf/gsma_stats_q3_07.pdf80.771% 2,545,070,872 3,150,955,652+3か月77.653% +5.500% +139,989,174 +5.721% +180,275,7812007Q4http://www.gsmworld.com/news/statistics/pdf/gsma_stats_q4_07.pdf80.603% 2,685,060,046 3,331,231,433GSM 全世界
+GSM/デジタル携帯電話GSM 全デジタル1992年http://www.gsmworld.com/news/statistics/pdf/gsma_stats_q1_04.pdf100.000% 200,000 200,000+1年間100.000% +600.000% +1,200,000 +600.000% +1,200,0001993年100.000% 1,400,000 1,400,000+1年間85.714% +257.143% +3,600,000 +300.000% +4,200,0001994年89.286% 5,000,000 5,600,000+1年間70.175% +160.000% +8,000,000 +203.571% +11,400,0001995年76.471% 13,000,000 17,000,000+1年間58.580% +152.308% +19,800,000 +198.824% +33,800,0001996年64.567% 32,800,000 50,800,000+1年間61.576% +116.768% +38,300,000 +122.441% +62,200,0001997年62.920% 71,100,000 113,000,000+1年間64.156% +94.655% +67,300,000 +92.832% +104,900,0001998年63.515% 138,400,000 217,900,000+1年間66.335% +86.705% +120,000,000 +83.020% +180,900,0001999年64.794% 258,400,000 398,800,000+1年間74.801% +76.509% +197,700,000 +66.274% +264,300,0002000年68.783% 456,100,000 663,100,000+1年間72.046% +37.294% +170,100,000 +35.605% +236,100,0002001年69.640% 626,200,000 899,200,000+1年間75.656% +26.254% +164,400,000 +24.166% +217,300,0002002年70.811% 790,600,000 1,116,500,000+1年間79.770% +25.436% +201,100,000 +22.579% +252,100,0002003年http://www.gsmworld.com/news/statistics/pdf/gsma_stats_q4_04.pdf72.461% 991,700,000 1,368,600,000+1年間85.106% +27.428% +272,000,000 +23.352% +319,600,0002004年74.855% 1,263,700,000 1,688,200,000GSM 全デジタル

脚注

関連項目
移動体通信 : 方式間の比較、周波数帯域など
W-CDMA - 3GSMと呼ばれている。海外ではUMTSの名称が一般的
A5/1 - GSM音声の暗号化手法
IPマルチメディアサブシステム

外部リンク

GSM Association

*
Category:携帯電話の通信規格