全球移動(dòng)通信系統(tǒng)

簡(jiǎn)介

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

　　GSM 是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的移動(dòng)電話(huà)標(biāo)準(zhǔn)。全球超過(guò)200個(gè)國(guó)家和地區(qū)超過(guò)10億人正在使用GSM電話(huà)。所有用戶(hù)可以在簽署了"漫游協(xié)定"移動(dòng)電話(huà)運(yùn)營(yíng)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(yǔ)音信道都是數(shù)字式的，因此GSM被看作是第二代(2G)移動(dòng)電話(huà)系統(tǒng)。 這說(shuō)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(gè)當(dāng)前由3GPP開(kāi)發(fā)的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)。

　　從用戶(hù)觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，GSM的主要優(yōu)勢(shì)在于用戶(hù)可以從更高的數(shù)字語(yǔ)音質(zhì)量和低費(fèi)用的短信之間作出選擇。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的優(yōu)勢(shì)是他們可以根據(jù)不同的客戶(hù)定制他們的設(shè)備配置，因?yàn)镚SM作為開(kāi)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(yùn)營(yíng)商提供漫游服務(wù)，用戶(hù)就可以在全球使用他們的移動(dòng)電話(huà)了。

　　GSM作為一個(gè)繼續(xù)開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)，保持向后兼容原始的GSM電話(huà)，例如報(bào)文交換能力在Release '97版本的標(biāo)準(zhǔn)才被加入進(jìn)來(lái)，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(dòng)電話(huà)的歷史在GSM之前很長(zhǎng)時(shí)間就開(kāi)始了。GSM小組("Groupe Spécial Mobile" (法語(yǔ)) 1， 2， 3 and 4)創(chuàng)立于1982年。GSM的名字也是源于這個(gè)小組的名字，盡管后來(lái)決定使用縮寫(xiě)代替了它的原有的含義。最開(kāi)始這個(gè)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(gè)GSM規(guī)范說(shuō)明完成，這個(gè)規(guī)范的文本長(zhǎng)達(dá)超過(guò)6000頁(yè)。商業(yè)運(yùn)營(yíng)開(kāi)始于1991，地點(diǎn)是芬蘭的Radiolinja。

　　1991年歐洲開(kāi)通了第一個(gè)GSM系統(tǒng)，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)者為該系統(tǒng)設(shè)計(jì)和注冊(cè)了滿(mǎn)足市場(chǎng)要求的商標(biāo)，將GSM更名為“全球移動(dòng)通信系統(tǒng)”（GSM）。雖然GSM作為一種起源于歐洲的第二代移動(dòng)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(gè)移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，讓用戶(hù)擁有一部手機(jī)就能走遍天下。GSM也是國(guó)內(nèi)著名移動(dòng)業(yè)務(wù)品牌—“全球通”這一名稱(chēng)的本源。

　　1992年歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)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(kāi)發(fā)出更多的新業(yè)務(wù)供用戶(hù)使用。GSM移動(dòng)通信網(wǎng)的傳輸速度為9.6K/s。目前，全球的GSM移動(dòng)用戶(hù)已經(jīng)超過(guò)10億，覆蓋了1/7的人口，GSM技術(shù)在世界數(shù)字移動(dòng)電話(huà)領(lǐng)域所占的比例已經(jīng)超過(guò)70%。由于GSM相對(duì)模擬移動(dòng)通訊技術(shù)是第二代移動(dòng)通信技術(shù)，所以簡(jiǎn)稱(chēng)2G。

　　由于GSM標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)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(dòng)通信（也稱(chēng)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(hù)識(shí)別卡（SIM卡）—沒(méi)有插入SIM卡的移動(dòng)臺(tái)（手機(jī)）是不能夠接入網(wǎng)絡(luò)的。GSM網(wǎng)絡(luò)一旦識(shí)別用戶(hù)的身份，即可提供各種服務(wù)。[1]

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

具體介紹

　　移動(dòng)通信技術(shù)

　　GSM屬于第2代（2G）蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)。2代的說(shuō)法是相對(duì)于應(yīng)用于80年代的模擬蜂窩移動(dòng)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(chēng)為一代移動(dòng)通信技術(shù)，寬帶CDMA技術(shù)被稱(chēng)為三代移動(dòng)通信技術(shù)，即3G。

　　無(wú)線(xiàn)電接口

　　GSM 是一個(gè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，也就是說(shuō)移動(dòng)電話(huà)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(yùn)行在多個(gè)不同的無(wú)線(xiàn)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(xiàn)安裝在天線(xiàn)桿或者建筑物頂上那種。微蜂窩則是那些天線(xiàn)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(hào)空白區(qū)域。

　　蜂窩半徑范圍根據(jù)天線(xiàn)高度、增益和傳播條件可以從百米以上至數(shù)十公里。實(shí)際使用的最長(zhǎng)距離GSM規(guī)范支持到35公里。還有個(gè)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(guò)功率分配器可以把室外天線(xiàn)的功率分配到室內(nèi)天線(xiàn)分布系統(tǒng)上。這是一種典型的配置方案，用于滿(mǎn)足室內(nèi)高密度通話(huà)要求，在購(gòu)物中心和機(jī)場(chǎng)十分常見(jiàn)。然而這并不是必須的，因?yàn)槭覂?nèi)覆蓋也可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號(hào)穿越建筑物來(lái)實(shí)現(xiàn)，只是這樣可以提高信號(hào)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(gè)載頻，每個(gè)載頻8個(gè)信道。

　　GSM900 ：

　　上行（MHz）890-915；下行（MHz）935-960（GSM最先實(shí)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(guó)GSM900使用頻率

　　①中國(guó)移動(dòng)

　　●上行頻段：890-909 MHz

　　●下行頻段：935-954 Mhz

　?、?span id="68sk968" class='hrefStyle'>中國(guó)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(gè)載頻，每個(gè)載頻8個(gè)信道。

　　GSM1800 ：

　　上行（MHz）1710-1785；

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

　　4、中國(guó)DCS1800使用頻率

　?、僦袊?guó)移動(dòng)

　　●上行頻段：1710-1720 MHz

　　●下行頻段：1805-1815 Mhz

　　②中國(guó)聯(lián)通

　　●上行頻段：1745-1755 Mhz

　　●下行頻段：1840-1850 MHz

　　5市場(chǎng)狀況

　　到2004年全球有超過(guò)10億人使用GSM電話(huà)，GSM電話(huà)占到全球移動(dòng)電話(huà)市場(chǎng)份額的70%。GSM的主要競(jìng)爭(zhēng)CDMA（主要在美國(guó)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(guò)渡的CDMA沒(méi)有展現(xiàn)出全部的功能。還有，因?yàn)閃-CDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的推遲，導(dǎo)致至少在高密度通話(huà)這塊市場(chǎng)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(hù)增長(zhǎng)的主要原因是移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商推出預(yù)付費(fèi)電話(huà)服務(wù)。它允許那些不能或者不想跟運(yùn)營(yíng)商簽署合同的的人們擁有移動(dòng)電話(huà)。這種服務(wù)在歐洲的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商之間競(jìng)爭(zhēng)也比較激烈，即使沒(méi)有長(zhǎng)期的簽證，人們也可以從運(yùn)營(yíng)商那里以很低廉的價(jià)格買(mǎi)到一款手機(jī)。

　　6系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　GSM系統(tǒng)主要由移動(dòng)臺(tái)（MS）、移動(dòng)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(dòng)臺(tái)（MS）

　　移動(dòng)臺(tái)是公用GSM移動(dòng)通信網(wǎng)中用戶(hù)使用的設(shè)備，也是用戶(hù)能夠直接接觸的整個(gè)GSM系統(tǒng)中的唯一設(shè)備。移 動(dòng)臺(tái)的類(lèi)型不僅包括手持臺(tái)，還包括車(chē)載臺(tái)和便攜式臺(tái)。隨著GSM標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字式手持臺(tái)進(jìn)一步小型、輕巧和增加功能的發(fā)展趨勢(shì)，手持臺(tái)的用戶(hù)將占整個(gè)用戶(hù)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(wú)線(xiàn)蜂窩方面關(guān)系最直接的基本組成部分。它通過(guò)無(wú)線(xiàn)接口直接與移動(dòng)臺(tái)相接，負(fù)責(zé)無(wú)線(xiàn)發(fā)送接收和無(wú)線(xiàn)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(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC）相連，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶(hù)之間或移動(dòng)用戶(hù)與固定網(wǎng)路用戶(hù)之間的通信連接，傳送系統(tǒng)信號(hào)和用戶(hù)信息等。當(dāng)然，要對(duì)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(dòng)網(wǎng)子系統(tǒng)（NSS）

　　移動(dòng)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(hù)數(shù)據(jù)與移動(dòng)性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫(kù)功能，它對(duì)GSM移動(dòng)用戶(hù)之間通信和GSM移動(dòng)用戶(hù)與其它通信網(wǎng)用戶(hù)之間通信起著管理作用。NSS由一系列功能實(shí)體構(gòu)成，整個(gè)GSM系統(tǒng)內(nèi)部，即NSS的各功能實(shí)體之間和NSS與BSS之間都通過(guò)符合CCITT信令系統(tǒng)No.7 協(xié)議和GSM規(guī)范的7號(hào)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(dòng)用戶(hù)管理、移動(dòng)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(jì)具有中等安全水平。系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用共享密鑰用戶(hù)認(rèn)證。用戶(hù)與基站之間的通訊可以被加密。UMTS的發(fā)展提供了一個(gè)選擇，就是USIM，它使用更長(zhǎng)鑒別密鑰保證更好的安全以及網(wǎng)絡(luò)和用戶(hù)的雙向驗(yàn)證。GSM只有網(wǎng)絡(luò)到用戶(hù)的驗(yàn)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(yǔ)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(guó)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(gè)單一密文攻擊可能實(shí)時(shí)的中斷掉A5/2. 但是系統(tǒng)支持多個(gè)不同算法，這樣運(yùn)營(yíng)商就可以換一個(gè)安全等級(jí)更強(qiáng)的。

　　8技術(shù)特點(diǎn)

　　GSM使用上直觀(guān)的特點(diǎn)：

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

其主要技術(shù)特點(diǎn)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(yǔ)音編碼技術(shù)，使系統(tǒng)具有高頻譜效率。

　　2.容量。由于每個(gè)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甚至更小（模擬系統(tǒng)為7/21）；加上半速率話(huà)音編碼的引入和自動(dòng)話(huà)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(huà)音質(zhì)量。鑒于數(shù)字傳輸技術(shù)的特點(diǎn)以及GSM規(guī)范中有關(guān)空中接口和話(huà)音編碼的定義，在門(mén)限值以上時(shí)，話(huà)音質(zhì)量總是達(dá)到相同的水平而與無(wú)線(xiàn)傳輸質(zhì)量無(wú)關(guān)。

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

　　5. 安全性。通過(guò)鑒權(quán)、加密和TMSI號(hào)碼的使用，達(dá)到安全的目的。鑒權(quán)用來(lái)驗(yàn)證用戶(hù)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(gè)由業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)給用戶(hù)指定的臨時(shí)識(shí)別號(hào)，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(shí)現(xiàn)漫游。漫游是移動(dòng)通信的重要特征，它標(biāo)志著用戶(hù)可以從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)進(jìn)入另一個(gè)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(yùn)營(yíng)者之間的某些協(xié)議，例如計(jì)費(fèi)。

　　9計(jì)量單位

　　GSM是PP編制產(chǎn)品的一種計(jì)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）