2G je druhá generace mobilních telekomunikačních systémů, která zavedla digitální hlasové služby, službu SMS a klíčové koncepty buněčných sítí, jako je TDMA/FDMA, čímž nahradila analogové sítě 1G.

Popis

2G představuje druhou generaci mobilní telekomunikační technologie, charakterizovanou přechodem z analogového (1G) na plně digitální přenos hlasu a omezených dat. Primárním standardem v rámci 2G je GSM (Global System for Mobile Communications), ačkoliv existovaly i jiné standardy jako IS-95 (cdmaOne) a D-AMPS. Z architektonického hlediska systémy 2G zavedly jasné oddělení mezi rádiovou přístupovou sítí (Radio Access Network – RAN) a základnovou sítí (Core Network – CN). RAN se skládá ze základnových stanic (Base Transceiver Stations – BTS) a řadičů základnových stanic (Base Station Controllers – BSC), které spravují rádiové zdroje, předávání hovorů (handover) a řízení výkonu. Základnová síť, soustředěná kolem ústředny pro mobilní služby (Mobile Switching Center – MSC), zajišťuje směrování hovorů, komutaci, autentizaci účastníků pomocí domovského registračního rejstříku (Home Location Register – HLR) a návštěvnického registračního rejstříku (Visitor Location Register – VLR) a propojení s dalšími sítěmi, jako je PSTN.

Na rádiovém rozhraní 2G primárně využívá přístup s časovým dělením (Time Division Multiple Access – TDMA) v kombinaci s přístupem s kmitočtovým dělením (Frequency Division Multiple Access – FDMA). V GSM je spektrum rozděleno na nosné kmitočty o šířce 200 kHz, z nichž každý je dále rozdělen na osm časových slotů. To umožňuje více uživatelům sdílet jeden kmitočtový kanál. Rozhraní vzduchem využívá modulaci Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK). Kritickou inovací bylo zavedení karty modulu účastníka (Subscriber Identity Module – SIM), která odděluje identitu účastníka a profil služby od mobilního zařízení, což umožňuje snadnou výměnu zařízení a mezinárodní roaming.

Sítě 2G fungují na principu komutace okruhů pro hlas. Při zahájení hovoru síť na dobu jeho trvání vytvoří vyhrazený koncový okruh mezi volajícím a příjemcem. Pro data 2G zavedlo službu Circuit-Switched Data (CSD) a později vylepšenou službu General Packet Radio Service (GPRS), známou jako 2,5G, která přidala schopnosti komutace paketů. Signalizace mezi síťovými prvky využívá sadu protokolů Signalizačního systému č. 7 (Signaling System No. 7 – SS7), se specifickými mobilními aplikačními částmi, jako je MAP pro správu účastníků. Bezpečnost představovala oproti 1G zásadní skok vpřed a zahrnovala autentizaci účastníka pomocí mechanismu výzva-odpověď a šifrování rozhraní vzduchem pomocí proudové šifry A5, aby se zabránilo odposlechu.

Klíčové komponenty zahrnují mobilní stanici (Mobile Station – MS) tvořenou rukojetí a kartou SIM, BTS, která poskytuje rádiové pokrytí pro buňku, BSC, který spravuje více BTS, MSC pro řízení a komutaci hovorů, HLR jako centrální databázi účastníků a VLR, který uchovává dočasná data účastníků, kteří se aktuálně nacházejí v jeho servisní oblasti. Role 2G v síťovém ekosystému spočívala v poskytování spolehlivé, bezpečné a efektivní digitální mobilní telefonie v globálním měřítku a ve vytvoření technických a komerčních rámců – jako jsou standardizovaná rozhraní, roamingové dohody a bezpečnostní modely – na které všechny následující generace navázaly.

K čemu slouží

2G bylo vytvořeno za účelem řešení základních omezení první generace (1G) analogových buněčných sítí. Systémy 1G, jako AMPS, NMT a TACS, trpěly špatnou kvalitou hlasu, nedostatkem zabezpečení (hovory bylo možné snadno odposlouchávat), neefektivním využitím vzácného rádiového spektra a neschopností podporovat datové služby nebo mezinárodní roaming kvůli nekompatibilním národním standardům. Primárním motivem bylo vyvinout jednotný digitální evropský mobilní standard, který by umožnil plynulé služby přes hranice, lepší kvalitu hlasu, vyšší kapacitu a integrovanou bezpečnost.

Vývoj GSM, které se stalo synonymem pro 2G, byl poháněn iniciativou Evropské konference poštovních a telekomunikačních správ (CEPT) v 80. letech 20. století. Klíčové problémy, které měl řešit, byla spektrální účinnost, bezpečnost a interoperabilita. Digitální přístup TDMA umožnil více současných hovorů na MHz spektra ve srovnání s analogovým FDMA. Integrované šifrování a autentizace účastníka pomocí SIM karet řešily bezpečnostní zranitelnosti a podvody u 1G. Standardizace rozhraní a protokolů umožnila interoperabilitu zařízení od více dodavatelů a vytvořila základ pro globální roaming, což bylo komerčně transformační.

Dále 2G zavedlo klíčový koncept stále dostupné síťové identity oddělené od zařízení (SIM), což umožnilo nové obchodní modely a uživatelskou mobilitu. Zatímco původně se zaměřovalo na hlas, architektura byla navržena s vizí budoucí podpory datových služeb, což vedlo k pozdějšímu vývoji směrem k GPRS a EDGE. Úspěch 2G/GSM při vytváření jednotného globálního trhu pro mobilní zařízení a služby poskytl ekonomickou a technickou hybnost pro vývoj 3G a dalších generací.

Klíčové vlastnosti

• Plně digitální přenos hlasu využívající přístup TDMA/FDMA
• Integrované šifrování a autentizace účastníka pro zabezpečenou komunikaci
• Karta SIM umožňující mobilitu účastníka a nezávislost na zařízení
• Architektura s komutací okruhů pro hlas a počáteční nízkorychlostní data (CSD)
• Podpora služby krátkých textových zpráv (SMS) jako základní datové aplikace
• Standardizovaná síťová rozhraní umožňující interoperabilitu mezi více dodavateli a globální roaming

Související pojmy

• GSM – Global System for Mobile Communications
• MSC – Mobile Services Switching Centre
• HLR – Home Location Register

Definující specifikace

• TR 21.905 (Rel-19) — 3GPP Technical Terms and Definitions
• TR 26.937 (Rel-19) — 3GPP PSS Characterization
• TS 31.121 (Rel-18) — UICC-terminal interface test specification
• TR 31.900 (Rel-19) — 3GPP TS 31.900: Security Interworking Guidance
• TS 32.140 (Rel-19) — Subscription Management (SuM) requirements
• TS 32.141 (Rel-19) — Subscription Management (SuM) Architecture

📖 Anglický originál a plná specifikace: 2G na 3GPP Explorer