GSM является цифровой системой, и следовательно, аналоговая речь, поступающая в систему, должна быть оцифрована. В ISDN, в современных телефонных системах для мультиплексирования голосовых линий при передаче по высокоскоростным магистралям и оптоволоконным линиям используется метод Импульсно-Кодовой Модуляции - ИКМ (PCM - Pulse Coded Modulation). Скорость выходного потока PCM - 64 kbps слишком велика, чтобы быть реализованной через радио соединение. 64 kbps сигнал, хотя достаточно прост для реализации, достаточно избыточен. Группа GSM изучила несколько алгоритмов кодирования с точки зрения относительного качества речи и сложности алгоритма (относительной стоимости, задержек в обработке, потребляемого напряжения в случае реализации) перед тем, как выбрать Regular Pulse Excited-Linear Predictive Coder (RPE-LPC) с Long Term Predictor циклом. В нескольких словах, алгоритм заключается в следующем: несколько фрагментов речи, которые изменяются не очень быстро, используются чтобы определить актуальный фрагмент; коэффициенты линейной комбинации предыдущих фрагментов вместе с кодированной разницей (отличиями между определенным и актуальным фрагментами) представляют собой сигнал. Речь разделяется на 20 миллисекундные фрагменты, каждый из которых кодируется в 260 битов, давая суммарную скорость передачи 13 kbps.
По причине естественной и искусственной электромагнитной интерференции шифрованная речь или данные, передаваемые через радио интерфейс, должны быть защищены от ошибок. GSM использует для этих целей спиральное шифрование (convolutional encoding) и чередование блоков (block interleaving). Детальные алгоритмы кодирования речи и разных типов передачи данных (по скорости) - различаются. Метод, использованный для блоков речи, будет описан далее.
Напомним, что кодировщик речи выдает 260 битные блоки каждые 20 ms образца речи. В результате относительного тестирования было обнаружено, что несколько битов этого блока были более важны для восприятия качества речи, чем другие. Таким образом биты подразделяются на три класса:
Биты класса 1а имеют 3-х битовый Цикличный Избыточный Код (Cyclic Redundancy Code), добавляемый для обнаружения ошибок. В случае обнаружения ошибки фрейм рассматривается как слишком поврежденный, чтобы быть понятым, и сбрасывается. Он заменяется слегка ослабленной версией предыдущего корректно полученного фрейма. Эти 53 бита, вместе с 132 битами класса 1б и четырьмя хвостовыми битами (tail sequence) - всего 189 бит - составляют вход в S скоростной спиральный шифровщик. Каждый входной бит шифруется как два выходных бита, основываясь на комбинации предыдущих четырех входных битов. Спиральный шифровальщик, таким образом, выдает 378 бит, к которым добавляются 78 незащищенных бита класса 2. Таким образом, каждые 20 ms образец речи шифруется в 456 бит, т.е. обеспечивается скорость передачи 22.8 kbps.
Дополнительная защита против ошибок пакетов - общая для радио интерфейса - чередование фрагментов. 456 битовый выход спирального шифровальщика разделяется на восемь блоков по 57 бит, которые передаются в восемь последовательных тайм-слот пакетов. Так как каждый пакет является носителем двух блоков по 57 бит, каждый пакет содержит данные из двух различных фрагментов речи.
Напомним, что каждый тайм-слот пакеты передаются со скоростью 270.833 kbps. Этот цифровой сигнал модулируется на аналоговую несущую частоту с использованием Фильтруемой по Гауссу Минимальной Манипуляции (GMSK - Gaussian-filtered Minimum Shift Keying). Этот метод был выбран из соображений компромисса между спектральной эффективностью, сложностью передачи и ограничениями ложной эмиссии. Сложность передатчика определяет потребление энергии, которое должно быть минимизировано для мобильной станции. Ложная радио эмиссия, вне назначенной полосы, должна быть строго контролируема, так же как и интерференция с соседними каналами, и должна позволять сосуществовать GSM с более старыми аналоговыми системами.