- GSM의 역사
GSM은 이동통신 기술방식 중 하나인 TDMA를 응용한 유럽형 디지털 통신 방식을 가르킨다. EU는 각국마다 사용하는 아날로그식 휴대전화 시스템의 통일을 목표로 1982년 CEPT(Coference of European Posts and Telegraphs)에서 범유럽용 이동통신 시스템을 개발하기 위해 GSM(Group Special Mobile)을 조직하였다. GSM 시스템은 아래의 조건을 만족시키는 것을 목표로 하였다.
◇ 높은 음성 품질
◇ 저렴한 사용 요금
◇ International Roaming 지원
◇ 새로운 서비스 지원
◇ ISDN과의 호환성
1989년에 GSM은 ETSI(European Telecommunication Standards Institute)로 이관되었고 1990년 GSM PhaseI이 발표되었다. 상용 서비스는 1991년 중반에 시작되었으며 1993년에는 전세계 22개국에 36개의 GSM 망이 구축되었다. GSM, DCS1800, PCS1900은 전세계 80개국에 보급되었으며 GSM은 Global System for Mobile로 이름이 바뀌었다.
-GSM종류
GSM 계열의 망으로는 GSM900과 DCS1800, PCS1900이 있다. 이들 방식은 TDMA에 기초하고 있으며 PCS1900은 북미에서 사용되는 방식이다. DCS1800은 GSM900과 매우 유사하며 단지 운용되는 주파수 대역이 틀리다는것이다. DCS(Digital Cellular System)1800은 1.8GHz 대역에서 운용하고 GSM900은 900MHz에서 운용한다는것이다.
- GSM 망의 구조
GSM 망은 Mobile Station(MS), Base Station Subsystem(BSS), Network Subsystem으로 구성된다. Network Subsystem은 교환 기능을 하는 부분이며 BSS는 MSC와 A Interface로 신호를 주고 받고 MS와 BSS은 Air Interface로 연결된다.
A. Mobile Station(MS)
MS(단말기)는 단말 장치와 Smart Card의 일종인 SIM(Subscriber Identity Module)으로 구성된다. SIM은 개인의 이동성을 제공하는 것으로 사용자는 자신의 단말기가 아니더라도 SIM만 넣으면 다른 단말기도 사용이 가능하다. 단말기는 각각 고유의 IMEI(International Mobile Equipment Identity)를 가지고 있다. IMSI(International Mobile Subscriber Identity)는 SIM에 저장되어 있으며 시스템에 접속시 인증용으로 사용된다. 다시말하면 IMEI와 IMSI는 GSM에서 개인의 이동성을 보장하기 위한 것이다. SIM Card는 PIN(Personal Identity Number)로 보호되는데 이 PIN은 4자리의 숫자로 조합된 코드이며 GSM 망 접속시 필요하다.
B. Base Station Subsystem(BSS)
BSS는 BTS(Base Transceiver Station)과 BSC(Base Station Controller)로 구성되며 BTS와 BSC는 Abis Interface를 이용하여 신호를 주고 받는다. BTS는 무선 송수신기로 구성된 장비이며 단말기와 무선 링크를 통하여 교신한다. BSC는 다수의 BTS를 관리하며 무선 채널 Setup, Frequency Hopping, Handover 처리를 담당한다. BSC는 BTS와 MSC를 연결하는 장비로 보아도 된다.
C. Network Subsystem
Network Subsystem에서 가장 중심이 되는 것은 MSC(Mobile Switching Center)이다. MSC는 PSTN의 교환기와 유사하며 이동성 관리, 위치 등록/관리, 인증, 핸드오버, 로밍등을 담당한다. HLR(Home Location Register)와 VLR(Visitor Location Register)는 MSC와 함께 Call Routing과 Roaming 기능을 제공한다. HLR은 가입자의 정보와 단말의 위치 정보를 담고 있으며 단말의 위치 정보는 VLR의 Signaling Address에 포함되어 있다. HLR은 네트웍당 1대만 설치하며 분산 데이타 베이스의 형태로 구현된다. VLR은 HLR의 정보중 일부(단말의 현재 위치)를 저장하고 있는데 주로 호제어와 서비스 제공에 관련된 정보들이다. VLR은 독립적으로 구현할 수도 있으나 최근에는 MSC내에 구현하는 추세이다. 또다른 Network Subsystem으로 EIR(Equipment Identity Register)와 AuC(Authentication Center)가 있다. EIR은 각 단말기의 유효성 여부를 판단하는 데이타 베이스로서 IMEI 정보를 담고있다. 만약 어떤 단말기의 IMEI가 분실 혹은 도난된 것으로 판명되면 망접속이 불허된다. AuC는 SIM Card에 수록된 인증키에 관련된 정보를 저장하고 있는 데이타 베이스로서 Authentication과 Encryption 기능을 수행한다.
- GSM의 무선 링크
GSM900용으로 Uplink에는 890~915MHz, Downlink에는 935~960MHz 대역이 할당되었다. Uplink란 단말기에서 기지국 방향으로의 전송 경로를 말하며 Downlink는 반대로 기지국에서 단말기로의 전송 경로를 뜻한다. GSM900용으로 모두 2 * 25MHz의 주파수 대역이 할당된 셈이다. DCS1800은 Uplink로 1710~1785MHz가 할당되었고 Downlink로 1805~1880MHz가 할당되었다.
A. 다중접속과 채널 구조
주파수 자원은 한정되어 있으므로 가급적이면 다수의 사용자가 동시에 채널을 효율적으로 이용하는 방안을 모색하게 되었고 GSM은 다중접속 방식으로 TDMA를 선택하였다. FDMA의 측면에서 보았을때 총 25MHz에 이르는 주파수 대역을 200KHz 대역의 채널 124개로 분할 하였다. 이렇게 분할된 채널은 다시 TDMA 방식을 이용하여 시간으로 분할되는데 TDMA에서 가장 기초가 되는 단위인 Time Slot(Burst Peroid라고도 부름)은 15/26ms의 길이를 가진다. 하나의 TDMA 프레임에는 모두 8개의 Time Slot이 있으며 하나의 논리적 채널은 하나의 Time Slot이다. TDMA에서 채널 패턴은 약 3시간마다 주기적으로 반복된다. 음성과 데이타 신호를 전송하기 위해 사용되는 채널을 TCH(Traffic Channel)이라고 한다. TCH는 26-frame Multiframe 또는 26 TDMA Frame Group으로 정의되며 26-frame Multiframe의 길이는 120ms이다. 26개의 frame중 24개는 트래픽용이고 1개는 SACCH(Slow Associated Control Channel)이며 나머지 하나는 사용되지 않는다. Uplink와 Downlink의 TCH는 3 Time Slot으로 구분되어 있으므로 단말기는 송수신을 동시에 할 필요가 없고 이는 단말기의 전기적 구조가 간단해질 수 있음을 의미한다. Full rate TCH외에 Half rate TCH가 정의되어 있으며 Half rate TCH를 사용할 경우 시스템의 용량은 2배로 증가될 수 있다.
B. 전력 제어
GSM 단말기는 최대 출력 20, 8, 5, 2, 0.8watt의 5 Class로 구분되며 20W 단말기를 Class1로 부르고 0.8W 단말기를 Class5로 부른다. Co-Channel Inteference를 최소화하기 위해 기지국과 단말기는 음성 품질을 유지하기 위한 최소의 출력으로 운용된다. 전력의 레벨은 2dB 단위로 높아지거나 낮아지며 최소 13dBm, 즉 20mW까지 조정된다. 단말기는 BER(Bit Error Rate)을 이용하여 신호의 세기와 품질을 측정하여 언제 전력 레벨을 조정해야 할지를 결정한다.
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