全球移動通信系統(tǒng)

簡介

　　GSM是Global System For Mobile Communications的縮寫，由歐洲電信標準組織ETSI制訂的一個數(shù)字移動通信標準，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。自90年代中期投入商用以來，被全球超過100個國家采用。GSM標準的設備占據(jù)當前全球蜂窩移動通信設備市場80%以上。

　　GSM 是當前應用最為廣泛的移動電話標準。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 較之它以前的標準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)構建到系統(tǒng)中。GSM是一個當前由3GPP開發(fā)的開放標準。

　　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)字語音質量和低費用的短信之間作出選擇。網(wǎng)絡運營商的優(yōu)勢是他們可以根據(jù)不同的客戶定制他們的設備配置，因為GSM作為開放標準提供了更容易的互操作性。這樣，標準就允許網(wǎng)絡運營商提供漫游服務，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)的標準，保持向后兼容原始的GSM電話，例如報文交換能力在Release '97版本的標準才被加入進來，也就是GPRS。高速數(shù)據(jù)交換也是在Release '99版標準才引入的，主要是EDGE和UMTS標準。

發(fā)展歷史

　　盡管當前GSM相當普及，但是構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負責管理。GSM系統(tǒng)的原始技術在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)設計和注冊了滿足市場要求的商標，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標準，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)絡標準，讓用戶擁有一部手機就能走遍天下。GSM也是國內著名移動業(yè)務品牌—“全球通”這一名稱的本源。

　　1992年歐洲標準化委員會統(tǒng)一推出的標準，它采用數(shù)字通信技術、統(tǒng)一的網(wǎng)絡標準，使通信質量得以保證，并可以開發(fā)出更多的新業(yè)務供用戶使用。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技術在世界數(shù)字移動電話領域所占的比例已經(jīng)超過70%。由于GSM相對模擬移動通訊技術是第二代移動通信技術，所以簡稱2G。

　　由于GSM標準的開放性，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)絡的主導技術。GSM的手機與“大磚頭”模擬手機的區(qū)別是多了用戶識別卡（SIM卡）—沒有插入SIM卡的移動臺（手機）是不能夠接入網(wǎng)絡的。GSM網(wǎng)絡一旦識別用戶的身份，即可提供各種服務。[1]

　　1998年，3G合作項目(3GPP)啟動。最初，這個項目的目標是制定詳細的下一代移動通訊網(wǎng)（3G）規(guī)范。然而，3GPP也接受了維護和開發(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

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

　　無線電接口

　　GSM 是一個蜂窩網(wǎng)絡，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)絡運行在多個不同的無線電頻率上。

　　GSM網(wǎng)絡一共有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。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。傘蜂窩則是用于覆蓋更小的蜂窩網(wǎng)的盲區(qū)，填補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同樣支持室內覆蓋，通過功率分配器可以把室外天線的功率分配到室內天線分布系統(tǒng)上。這是一種典型的配置方案，用于滿足室內高密度通話要求，在購物中心和機場十分常見。然而這并不是必須的，因為室內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="ivkhewx" 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，應用范圍僅次于900M。）

　　4、中國DCS1800使用頻率

　?、僦袊苿?/p>

　　●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標準過渡的CDMA沒有展現(xiàn)出全部的功能。還有，因為W-CDMA網(wǎng)絡建設的推遲，導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年之間導致GSM用戶增長的主要原因是移動運營商推出預付費電話服務。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。

　　6系統(tǒng)結構

　　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)中用戶使用的設備，也是用戶能夠直接接觸的整個GSM系統(tǒng)中的唯一設備。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標準的數(shù)字式手持臺進一步小型、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，負責無線發(fā)送接收和無線資源管理。另一方面，基站子系統(tǒng)與網(wǎng)絡子系統(tǒng)（NSS）中的移動業(yè)務交換中心（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。當然，要對BSS部分進行操作維護管理，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成，整個GSM系統(tǒng)內部，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，包括移動用戶管理、移動設備管理以及網(wǎng)路操作和維護。

       7安全水平

　　GSM 被設計具有中等安全水平。系統(tǒng)設計使用共享密鑰用戶認證。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)絡和用戶的雙向驗證。GSM只有網(wǎng)絡到用戶的驗證.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力算法，而A5/2則是在其他國家使用的弱強度算法。在兩種算法中嚴重漏洞都已經(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的。

　　8技術特點

　　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)絡容量大、手機號碼資源豐富、通話清晰、穩(wěn)定性強不易受干擾、信息靈敏、通話死角少、手機耗電量低、機卡分離。

其主要技術特點如下：

　　1.頻譜效率。由于采用了高效調制器、信道編碼、交織、均衡和語音編碼技術，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，使同頻復用栽干比要求降低至9dB，故GSM系統(tǒng)的同頻復用模式可以縮小到4/12或3/9甚至更小（模擬系統(tǒng)為7/21）；加上半速率話音編碼的引入和自動話務分配以減少越區(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.話音質量。鑒于數(shù)字傳輸技術的特點以及GSM規(guī)范中有關空中接口和話音編碼的定義，在門限值以上時，話音質量總是達到相同的水平而與無線傳輸質量無關。

　　4.開放的接口。GSM標準所提供的開放性接口，不僅限于空中接口，而且報刊網(wǎng)絡直接以及網(wǎng)絡中各設備實體之間，例如A接口和Abis接口。

　　5. 安全性。通過鑒權、加密和TMSI號碼的使用，達到安全的目的。鑒權用來驗證用戶的入網(wǎng)權利。加密用于空中接口，由SIM卡和網(wǎng)絡AUC的密鑰決定。TMSI是一個由業(yè)務網(wǎng)絡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)絡的互連通常利用現(xiàn)有的接口，如ISUP或TUP等。

　　7.在SIM卡基礎上實現(xiàn)漫游。漫游是移動通信的重要特征，它標志著用戶可以從一個網(wǎng)絡自動進入另一個網(wǎng)絡。GSM系統(tǒng)可以提供全球漫游，當然也需要網(wǎng)絡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)品的強度，數(shù)值越大，表明該產(chǎn)品的質量越好，是抗撕裂性、扛穿刺性及拉伸強度的一種綜合記錄。

　　gsm = g per square meter 每平方米的重量(克）