全球移動通信系統(tǒng)

簡介

　　GSM是Global System For Mobile Communications的縮寫，由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織ETSI制訂的一個數(shù)字移動通信標(biāo)準(zhǔn)，GSM是全球移動通信系統(tǒng)(Global System for Mobile communications) 的簡稱。它的空中接口采用時分多址技術(shù)。自90年代中期投入商用以來，被全球超過100個國家采用。GSM標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備占據(jù)當(dāng)前全球蜂窩移動通信設(shè)備市場80%以上。

　　GSM 是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的移動電話標(biāo)準(zhǔn)。全球超過200個國家和地區(qū)超過10億人正在使用GSM電話。所有用戶可以在簽署了"漫游協(xié)定"移動電話運營商之間自由漫游。GSM 較之它以前的標(biāo)準(zhǔn)最大的不同是它的信令和語音信道都是數(shù)字式的，因此GSM被看作是第二代(2G)移動電話系統(tǒng)。 這說明數(shù)字通訊從很早就已經(jīng)構(gòu)建到系統(tǒng)中。GSM是一個當(dāng)前由3GPP開發(fā)的開放標(biāo)準(zhǔn)。

　　從用戶觀點出發(fā)，GSM的主要優(yōu)勢在于用戶可以從更高的數(shù)字語音質(zhì)量和低費用的短信之間作出選擇。網(wǎng)絡(luò)運營商的優(yōu)勢是他們可以根據(jù)不同的客戶定制他們的設(shè)備配置，因為GSM作為開放標(biāo)準(zhǔn)提供了更容易的互操作性。這樣，標(biāo)準(zhǔn)就允許網(wǎng)絡(luò)運營商提供漫游服務(wù)，用戶就可以在全球使用他們的移動電話了。

　　GSM作為一個繼續(xù)開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)，保持向后兼容原始的GSM電話，例如報文交換能力在Release '97版本的標(biāo)準(zhǔn)才被加入進(jìn)來，也就是GPRS。高速數(shù)據(jù)交換也是在Release '99版標(biāo)準(zhǔn)才引入的，主要是EDGE和UMTS標(biāo)準(zhǔn)。

發(fā)展歷史

　　盡管當(dāng)前GSM相當(dāng)普及，但是構(gòu)思移動電話的歷史在GSM之前很長時間就開始了。GSM小組("Groupe Spécial Mobile" (法語) 1， 2， 3 and 4)創(chuàng)立于1982年。GSM的名字也是源于這個小組的名字，盡管后來決定使用縮寫代替了它的原有的含義。最開始這個小組由CEPT負(fù)責(zé)管理。GSM系統(tǒng)的原始技術(shù)在1987定義。1989年， ETSI從CEPT接手。1990第一個GSM規(guī)范說明完成，這個規(guī)范的文本長達(dá)超過6000頁。商業(yè)運營開始于1991，地點是芬蘭的Radiolinja。

　　1991年歐洲開通了第一個GSM系統(tǒng)，移動運營者為該系統(tǒng)設(shè)計和注冊了滿足市場要求的商標(biāo)，將GSM更名為“全球移動通信系統(tǒng)”（GSM）。雖然GSM作為一種起源于歐洲的第二代移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但它的研發(fā)初衷就是讓全球共同使用一個移動電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，讓用戶擁有一部手機(jī)就能走遍天下。GSM也是國內(nèi)著名移動業(yè)務(wù)品牌—“全球通”這一名稱的本源。

　　1992年歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會統(tǒng)一推出的標(biāo)準(zhǔn)，它采用數(shù)字通信技術(shù)、統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，使通信質(zhì)量得以保證，并可以開發(fā)出更多的新業(yè)務(wù)供用戶使用。GSM移動通信網(wǎng)的傳輸速度為9.6K/s。目前，全球的GSM移動用戶已經(jīng)超過10億，覆蓋了1/7的人口，GSM技術(shù)在世界數(shù)字移動電話領(lǐng)域所占的比例已經(jīng)超過70%。由于GSM相對模擬移動通訊技術(shù)是第二代移動通信技術(shù)，所以簡稱2G。

　　由于GSM標(biāo)準(zhǔn)的開放性，頻率利用率比模擬的高（約為模擬網(wǎng)的1.8一2倍），很快在世界獲得了普及，并成為數(shù)字制式移動通信（也稱第二代）網(wǎng)絡(luò)的主導(dǎo)技術(shù)。GSM的手機(jī)與“大磚頭”模擬手機(jī)的區(qū)別是多了用戶識別卡（SIM卡）—沒有插入SIM卡的移動臺（手機(jī)）是不能夠接入網(wǎng)絡(luò)的。GSM網(wǎng)絡(luò)一旦識別用戶的身份，即可提供各種服務(wù)。[1]

　　1998年，3G合作項目(3GPP)啟動。最初，這個項目的目標(biāo)是制定詳細(xì)的下一代移動通訊網(wǎng)（3G）規(guī)范。然而，3GPP也接受了維護(hù)和開發(fā)GSM規(guī)范的工作。ETSI是3GPP的一個成員。

具體介紹

　　移動通信技術(shù)

　　GSM屬于第2代（2G）蜂窩移動通信技術(shù)。2代的說法是相對于應(yīng)用于80年代的模擬蜂窩移動通信技術(shù)以及目前正逐漸進(jìn)入商用的寬帶CDMA技術(shù)。模擬蜂窩技術(shù)被稱為一代移動通信技術(shù)，寬帶CDMA技術(shù)被稱為三代移動通信技術(shù)，即3G。

　　無線電接口

　　GSM 是一個蜂窩網(wǎng)絡(luò)，也就是說移動電話要連接到它能搜索到的最近的蜂窩單元區(qū)域。GSM網(wǎng)絡(luò)運行在多個不同的無線電頻率上。

　　GSM網(wǎng)絡(luò)一共有4種不同的蜂窩單元尺寸：巨蜂窩，微蜂窩，微微蜂窩和傘蜂窩。覆蓋面積因不同的環(huán)境而不同。巨蜂窩可以被看作那種基站天線安裝在天線桿或者建筑物頂上那種。微蜂窩則是那些天線高度低于平均建筑高度的那些，一般用于市區(qū)內(nèi)。微微蜂窩則是那種很小的蜂窩只覆蓋幾十米的范圍，主要用于室內(nèi)。傘蜂窩則是用于覆蓋更小的蜂窩網(wǎng)的盲區(qū)，填補(bǔ)蜂窩之間的信號空白區(qū)域。

　　蜂窩半徑范圍根據(jù)天線高度、增益和傳播條件可以從百米以上至數(shù)十公里。實際使用的最長距離GSM規(guī)范支持到35公里。還有個擴(kuò)展蜂窩的概念，蜂窩半徑可以增加一倍甚至更多。

　　GSM同樣支持室內(nèi)覆蓋，通過功率分配器可以把室外天線的功率分配到室內(nèi)天線分布系統(tǒng)上。這是一種典型的配置方案，用于滿足室內(nèi)高密度通話要求，在購物中心和機(jī)場十分常見。然而這并不是必須的，因為室內(nèi)覆蓋也可以通過無線信號穿越建筑物來實現(xiàn)，只是這樣可以提高信號質(zhì)量減少干擾和回聲。

頻率配置

　　1、GSM 900MHz頻段

　　GSM 900MHz頻段雙工間隔為45MHz，有效帶寬為25MHz，124個載頻，每個載頻8個信道。

　　GSM900 ：

　　上行（MHz）890-915；下行（MHz）935-960（GSM最先實現(xiàn)的頻段，也是使用最廣的頻段）

　　GSM900E ：

　　上行（MHz）880-915；下行（MHz）925-960（900MHz擴(kuò)展頻段）

　　2、中國GSM900使用頻率

　　①中國移動

　　●上行頻段：890-909 MHz

　　●下行頻段：935-954 Mhz

　?、?span id="hh5fxkc" class='hrefStyle'>中國聯(lián)通

　　●上行頻段：909-915 MHz

　　●下行頻段：954-960 Mhz

　　3、DCS1800MHz頻段

　　GSM 1800MHz頻段雙工間隔為95MHz，有效帶寬為75MHz，374個載頻，每個載頻8個信道。

　　GSM1800 ：

　　上行（MHz）1710-1785；

　　下行（MHz）1805-1880（適用于對信道容量需求大的市場，應(yīng)用范圍僅次于900M。）

　　4、中國DCS1800使用頻率

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　　●上行頻段：1710-1720 MHz

　　●下行頻段：1805-1815 Mhz

　　②中國聯(lián)通

　　●上行頻段：1745-1755 Mhz

　　●下行頻段：1840-1850 MHz

　　5市場狀況

　　到2004年全球有超過10億人使用GSM電話，GSM電話占到全球移動電話市場份額的70%。GSM的主要競爭CDMA（主要在美國和加拿大使用）盡管有好的前景但是有限，被作為3G標(biāo)準(zhǔn)過渡的CDMA沒有展現(xiàn)出全部的功能。還有，因為W-CDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的推遲，導(dǎo)致至少在高密度通話這塊市場GSM的消亡速度還很慢，但是那是遲早的事情。

　　在1998到2000年之間導(dǎo)致GSM用戶增長的主要原因是移動運營商推出預(yù)付費電話服務(wù)。它允許那些不能或者不想跟運營商簽署合同的的人們擁有移動電話。這種服務(wù)在歐洲的移動運營商之間競爭也比較激烈，即使沒有長期的簽證，人們也可以從運營商那里以很低廉的價格買到一款手機(jī)。

　　6系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　GSM系統(tǒng)主要由移動臺（MS）、移動網(wǎng)子系統(tǒng)（NSS）、基站子系統(tǒng)（BSS）和操作支持子系統(tǒng)（OSS）四部分組成。

　　移動臺（MS）

　　移動臺是公用GSM移動通信網(wǎng)中用戶使用的設(shè)備，也是用戶能夠直接接觸的整個GSM系統(tǒng)中的唯一設(shè)備。移 動臺的類型不僅包括手持臺，還包括車載臺和便攜式臺。隨著GSM標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字式手持臺進(jìn)一步小型、輕巧和增加功能的發(fā)展趨勢，手持臺的用戶將占整個用戶的極大部分。

　　基站子系統(tǒng)（BSS）

　　基站子系統(tǒng)（BSS）是GSM系統(tǒng)中與無線蜂窩方面關(guān)系最直接的基本組成部分。它通過無線接口直接與移動臺相接，負(fù)責(zé)無線發(fā)送接收和無線資源管理。另一方面，基站子系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）中的移動業(yè)務(wù)交換中心（MSC）相連，實現(xiàn)移動用戶之間或移動用戶與固定網(wǎng)路用戶之間的通信連接，傳送系統(tǒng)信號和用戶信息等。當(dāng)然，要對BSS部分進(jìn)行操作維護(hù)管理，還要建立BSS與操作支持子系統(tǒng)（OSS）之間的通信連接。

　　移動網(wǎng)子系統(tǒng)（NSS）

　　移動網(wǎng)子系統(tǒng)（NSS）主要包含有GSM系統(tǒng)的交換功能和用于用戶數(shù)據(jù)與移動性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能，它對GSM移動用戶之間通信和GSM移動用戶與其它通信網(wǎng)用戶之間通信起著管理作用。NSS由一系列功能實體構(gòu)成，整個GSM系統(tǒng)內(nèi)部，即NSS的各功能實體之間和NSS與BSS之間都通過符合CCITT信令系統(tǒng)No.7 協(xié)議和GSM規(guī)范的7號信令網(wǎng)路互相通信。

　　操作支持子系統(tǒng)（OSS）

　　操作支持子系統(tǒng)（OSS）需完成許多任務(wù)，包括移動用戶管理、移動設(shè)備管理以及網(wǎng)路操作和維護(hù)。

       7安全水平

　　GSM 被設(shè)計具有中等安全水平。系統(tǒng)設(shè)計使用共享密鑰用戶認(rèn)證。用戶與基站之間的通訊可以被加密。UMTS的發(fā)展提供了一個選擇，就是USIM，它使用更長鑒別密鑰保證更好的安全以及網(wǎng)絡(luò)和用戶的雙向驗證。GSM只有網(wǎng)絡(luò)到用戶的驗證.雖然安全模塊提供了保密和鑒別功能，但是鑒別能力有限而且可以偽造。

　　GSM為了安全使用多種加密算法。A5/1和A5/2兩種串流密碼用于保證在空中語音的保密性。A5/1是在歐洲范圍使用的強(qiáng)力算法，而A5/2則是在其他國家使用的弱強(qiáng)度算法。在兩種算法中嚴(yán)重漏洞都已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，例如一個單一密文攻擊可能實時的中斷掉A5/2. 但是系統(tǒng)支持多個不同算法，這樣運營商就可以換一個安全等級更強(qiáng)的。

　　8技術(shù)特點

　　GSM使用上直觀的特點：

　　GSM系統(tǒng)有幾項重要特點：防盜拷能力佳、網(wǎng)絡(luò)容量大、手機(jī)號碼資源豐富、通話清晰、穩(wěn)定性強(qiáng)不易受干擾、信息靈敏、通話死角少、手機(jī)耗電量低、機(jī)卡分離。

其主要技術(shù)特點如下：

　　1.頻譜效率。由于采用了高效調(diào)制器、信道編碼、交織、均衡和語音編碼技術(shù)，使系統(tǒng)具有高頻譜效率。

　　2.容量。由于每個信道傳輸帶寬增加，使同頻復(fù)用栽干比要求降低至9dB，故GSM系統(tǒng)的同頻復(fù)用模式可以縮小到4/12或3/9甚至更?。M系統(tǒng)為7/21）；加上半速率話音編碼的引入和自動話務(wù)分配以減少越區(qū)切換的次數(shù)，使GSM系統(tǒng)的容量效率（每兆赫每小區(qū)的信道數(shù)）比TACS系統(tǒng)高3～5倍。

　　3.話音質(zhì)量。鑒于數(shù)字傳輸技術(shù)的特點以及GSM規(guī)范中有關(guān)空中接口和話音編碼的定義，在門限值以上時，話音質(zhì)量總是達(dá)到相同的水平而與無線傳輸質(zhì)量無關(guān)。

　　4.開放的接口。GSM標(biāo)準(zhǔn)所提供的開放性接口，不僅限于空中接口，而且報刊網(wǎng)絡(luò)直接以及網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備實體之間，例如A接口和Abis接口。

　　5. 安全性。通過鑒權(quán)、加密和TMSI號碼的使用，達(dá)到安全的目的。鑒權(quán)用來驗證用戶的入網(wǎng)權(quán)利。加密用于空中接口，由SIM卡和網(wǎng)絡(luò)AUC的密鑰決定。TMSI是一個由業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)給用戶指定的臨時識別號，以防止有人跟蹤而泄漏其地理位置。

　　6.與ISDN、PSTN等的互連。與其他網(wǎng)絡(luò)的互連通常利用現(xiàn)有的接口，如ISUP或TUP等。

　　7.在SIM卡基礎(chǔ)上實現(xiàn)漫游。漫游是移動通信的重要特征，它標(biāo)志著用戶可以從一個網(wǎng)絡(luò)自動進(jìn)入另一個網(wǎng)絡(luò)。GSM系統(tǒng)可以提供全球漫游，當(dāng)然也需要網(wǎng)絡(luò)運營者之間的某些協(xié)議，例如計費。

　　9計量單位

　　GSM是PP編制產(chǎn)品的一種計量單位，名字為“克重”，

　　用以表示PP編制產(chǎn)品的強(qiáng)度，數(shù)值越大，表明該產(chǎn)品的質(zhì)量越好，是抗撕裂性、扛穿刺性及拉伸強(qiáng)度的一種綜合記錄。

　　gsm = g per square meter 每平方米的重量(克）