GSM

この項目では、通信規格について説明しています。その他の用法については「GSM (曖昧さ回避)」をご覧ください。

GSM（英: global system for mobile communications）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^[1]。

周波数帯

周波数帯

		上り (MHz)	下り (MHz)	間隔 (MHz)	帯域幅 (MHz)	地域
GSM400	T-GSM380	380.2 - 389.8	390.2 - 399.8	10	9.6×2
	T-GSM410	410.2 - 419.8	420.2 - 429.8	10	9.6×2
	GSM450	450.4 - 457.6	460.4 - 467.6	10	7.2×2
	GSM480	478.8 - 486.0	488.8 - 496.0	10	7.2×2
GSM700	GSM710	698.0 - 716.0	728.0 - 746.0	30	18×2
	GSM750	747.0 - 762.0	777.0 - 792.0	30	15×2
GSM800	T-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
GSM900	P-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	5.6×2
GSM1800	DCS1800	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	45×2	PCS1900併用地域、中南米
GSM1900	PCS1900	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 22.8 kbps に RPE-LTP 13 kbps音声と誤り検出訂正 9.8 kbps を通すフルレート (FR)。
• ハーフレート 11.4 kbps に VSELP 5.6 kbps音声と誤り検出訂正 5.8 kbps を通すハーフレート (HR)。
• フルレート 22.8 kbps に ACELP 12.2 kbps音声と誤り検出訂正 10.6 kbps 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 28.8 kbps に AMR-WB コーデック (23.85 - 6.60 kbps) の音声を通す。
• ハーフレート 14.4 kbps に AMR-WB か AMR-NB のコーデック (12.65 - 1.95 kbps) 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/F9.6	GMSK	9.6	38.4
TCH/F14.4	GMSK	14.4	57.6
ECSD	変調	timeslot (kbps)	8slot (kbps)
E-TCH/F28.8	8PSK	28.8	230.4
E-TCH/F32.0	8PSK	32.0	256.0
E-TCH/F43.2	8PSK	43.2	345.6

CSD

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

HSCSD

HSCSD (High Speed Circuit Switch Data)。GSMの高速回線交換データ通信、最大57.6 kbps。ひとつ9.6 kbpsまたは14.4 kbps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345.6 kbps。3倍程度高速化されたひとつ43.2 kbps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)

Coding Scheme	通信速度 (kbps)	最大8
CS-1	9.05	72.4
CS-2	13.4	107.2
CS-3	15.6	124.8
CS-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171.2 kbps。ひとつ21.4 kbps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 Bits

T1	E	F	TS	F	E	T2	G
3	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	140.8
MCS-2	11.2	GMSK	89.6	179.2
MCS-3	14.8	GMSK	118.4	236.8
MCS-4	17.6	GMSK	140.8	281.6
MCS-5	22.4	8-PSK	179.2	358.4
MCS-6	29.6	8-PSK	236.8	473.6
MCS-7	44.8	8-PSK	358.4	716.8
MCS-8	54.4	8-PSK	435.2	870.4
MCS-9	59.2	8-PSK	473.6	947.2
MCS-10	67.2	16-QAM	N/A	1075.2
MCS-11	81.6	16-QAM	N/A	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473.6 kbps。3倍程度高速化されたひとつ59.2 kbps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 Bits

T1	E	F	TS	F	E	T2	G
3×3	57×3+2	1	26×3	1	57×3+2	3×3	8.25×3
9	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592 kbpsに対応できる^[2]。

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。1 Mbps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 Bits

T1	E	F	TS	F	E	T2	G
3×4	57×4+3	1	26×4	1	57×4+3	3×4	8.25×4
12	231	1	104	1	231	12	33

Normal 32QAM Burst Bits

T1	E	F	TS	F	E	T2	G
3×5	57×5+4	1	26×5	1	57×5+4	3×5	8.25×5
15	289	1	130	1	289	15	41.25

EGPRS2-B

• HSR QPSK Burst
• HSR 16QAM Burst
• HSR 32QAM Burst : 下り最大1894.4 kbps、上り最大947.2 kbps。

HSR QPSK Burst Bits

T1	E	F	TS	F	E	T2	G
4×2	68×2+1	1	31×2	1	68×2+1	4×2	10.5×2
8	137	1	62	1	137	8	21

HSR 16QAM Burst Bits

T1	E	F	TS	F	E	T2	G
4×4	68×4+3	1	31×4	1	68×4+3	4×4	10.5×4
16	275	1	124	1	275	16	41

HSR 32QAM Burst Bits

T1	E	F	TS	F	E	T2	G
4×5	68×5+4	1	31×5	1	68×5+4	4×5	10.5×5
20	344	1	155	1	344	20	52.5

端末数推移

GSM/携帯電話

	GSM			全世界
2001Q1[3]	65.705%	498,700,000		759,000,000
+3か月	80.607%	+9.585%	+47,800,000	+7.813%	+59,300,000
2001Q2	66.785%	546,500,000		818,300,000
+3か月	78.707%	+7.575%	+41,400,000	+6.428%	+52,600,000
2001Q3	67.505%	587,900,000		870,900,000
+3か月	79.248%	+8.250%	+48,500,000	+7.027%	+61,200,000
2001Q4	68.276%	636,400,000		932,100,000
+3か月	82.025%	+6.238%	+39,700,000	+5.193%	+48,400,000
2002Q1	68.955%	676,100,000		980,500,000
+3か月	82.796%	+5.694%	+38,500,000	+4.742%	+46,500,000
2002Q2	69.581%	714,600,000		1,027,000,000
+3か月	84.766%	+6.073%	+43,400,000	+4.985%	+51,200,000
2002Q3	70.302%	758,000,000		1,078,200,000
+3か月	86.074%	+6.768%	+51,300,000	+5.528%	+59,600,000
2002Q4	71.128%	809,300,000		1,137,800,000
+3か月	84.232%	+5.214%	+42,200,000	+4.403%	+50,100,000
2003Q1	71.681%	851,500,000		1,187,900,000
+3か月	83.883%	+5.073%	+43,200,000	+4.335%	+51,500,000
2003Q2	72.188%	894,700,000		1,239,400,000
+3か月	80.732%	+5.667%	+50,700,000	+5.067%	+62,800,000
2003Q3	72.600%	945,400,000		1,302,200,000
+3か月	82.528%	+7.045%	+66,600,000	+6.197%	+80,700,000
2003Q4	73.180%	1,012,000,000		1,382,900,000
+3か月	83.075%	+5.820%	+58,900,000	+5.127%	+70,900,000
2004Q1	73.662%	1,070,900,000		1,453,800,000
+3か月	84.777%	+5.668%	+60,700,000	+4.925%	+71,600,000
2004Q2	74.184%	1,131,600,000		1,525,400,000
+3か月	87.000%	+6.681%	+75,600,000	+5.697%	+86,900,000
2004Q3	74.874%	1,207,200,000		1,612,300,000
+3か月	87.230%	+7.356%	+88,800,000	+6.314%	+101,800,000
2004Q4[4]	75.608%	1,296,000,000		1,714,100,000
+3か月	77.465%	+6.366%	+82,500,000	+6.213%	+106,500,000
2005Q1[5]	75.717%	1,378,500,000		1,820,600,000
+3か月	89.100%	+6.464%	+89,100,000	+5.493%	+100,000,000
2005Q2[5]	76.414%	1,467,600,000		1,920,600,000
+3か月	88.274%	+6.412%	+94,100,000	+5.550%	+106,600,000
2005Q3[6]	77.037%	1,561,700,000		2,027,200,000
+3か月	98.399%	+9.445%	+147,500,000	+7.394%	+149,900,000
2005Q4[7]	78.508%	1,709,200,000		2,177,100,000
+3か月	127.511%	+5.125%	+87,600,000	+3.156%	+68,700,000
2006Q1[8]	80.007%	1,796,800,000		2,245,800,000
+3か月	90.500%	+8.059%	+144,800,000	+7.124%	+160,000,000
2006Q2[9]	80.705%	1,941,600,000		2,405,800,000
+3か月	65.265%	+4.909%	+95,309,750	+6.070%	+146,035,774
2006Q3[10]	79.821%	2,036,909,750		2,551,835,774
+3か月	87.864%	+6.360%	+129,542,372	+5.778%	+147,434,577
2006Q4[11]	80.261%	2,166,452,122		2,699,270,351
+3か月	84.530%	+5.153%	+111,643,258	+4.893%	+132,075,039
2007Q1[12]	80.460%	2,278,095,380		2,831,345,390
+3か月	86.518%	+6.209%	+141,451,388	+5.774%	+163,494,130
2007Q2[13]	80.791%	2,419,546,768		2,994,839,520
+3か月	80.404%	+5.188%	+125,524,104	+5.213%	+156,116,132
2007Q3[14]	80.771%	2,545,070,872		3,150,955,652
+3か月	77.653%	+5.500%	+139,989,174	+5.721%	+180,275,781
2007Q4[15]	80.603%	2,685,060,046		3,331,231,433
	GSM			全世界

GSM/デジタル携帯電話

	GSM			全デジタル
1992年[16]	100.000%	200,000		200,000
+1年間	100.000%	+600.000%	+1,200,000	+600.000%	+1,200,000
1993年	100.000%	1,400,000		1,400,000
+1年間	85.714%	+257.143%	+3,600,000	+300.000%	+4,200,000
1994年	89.286%	5,000,000		5,600,000
+1年間	70.175%	+160.000%	+8,000,000	+203.571%	+11,400,000
1995年	76.471%	13,000,000		17,000,000
+1年間	58.580%	+152.308%	+19,800,000	+198.824%	+33,800,000
1996年	64.567%	32,800,000		50,800,000
+1年間	61.576%	+116.768%	+38,300,000	+122.441%	+62,200,000
1997年	62.920%	71,100,000		113,000,000
+1年間	64.156%	+94.655%	+67,300,000	+92.832%	+104,900,000
1998年	63.515%	138,400,000		217,900,000
+1年間	66.335%	+86.705%	+120,000,000	+83.020%	+180,900,000
1999年	64.794%	258,400,000		398,800,000
+1年間	74.801%	+76.509%	+197,700,000	+66.274%	+264,300,000
2000年	68.783%	456,100,000		663,100,000
+1年間	72.046%	+37.294%	+170,100,000	+35.605%	+236,100,000
2001年	69.640%	626,200,000		899,200,000
+1年間	75.656%	+26.254%	+164,400,000	+24.166%	+217,300,000
2002年[16]	70.811%	790,600,000		1,116,500,000
+1年間	79.770%	+25.436%	+201,100,000	+22.579%	+252,100,000
2003年[17]	72.461%	991,700,000		1,368,600,000
+1年間	85.106%	+27.428%	+272,000,000	+23.352%	+319,600,000
2004年[17]	74.855%	1,263,700,000		1,688,200,000
	GSM			全デジタル