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全球移动通信系统

 志远之家 2014-05-06

1 基本简介 编辑本段

  GSM是Global System For Mobile Communications的缩写。由欧洲电信标准组织ETSI制订的一个数字移动通信标准。GSM是全球移动通信系统(Global System for Mobile com全球移动通信系统munications) 的简称。它的空中接口采用时分多址技术。自90年代中期投入商用以来,被全球超过100个国家采用。GSM标准的设备占据当前全球蜂窝移动通信设备市场80%以上。
  GSM 是当前应用最为广泛的移动电话标准。全球超过200个国家和地区超过10亿人正在使用GSM电话。所有用户可以在签署了"漫游协定"移动电话运营商之间自由漫游。GSM 较之它以前的标准最大的不同是它的信令和语音信道都是数字式的,因此GSM被看作是第二代(2G)移动电话系统。 这说明数字通讯从很早就已经构建到系统中。GSM是一个当前由3GPP开发的开放标准。
  从用户观点出发,GSM的主要优势在于用户可以从更高的数字语音质量和低费用的[SMS]之间作出选择。网络运营商的优势是他们可以根据不同的客户定制他们的设备配置,因为GSM作为开放标准提供了更容易的互操作性。这样,标准就允许网络运营商提供漫游服务,用户就可以在全球使用他们的移动电话了。
  GSM作为一个继续开发的标准,保持向後兼容原始的GSM电话,例如报文交换能力在Release '97版本的标准才被加入进来,也就是GPRS。高速数据交换也是在Release '99版标准才引入的,主要是EDGE和UMTS标准。

2 发展历史 编辑本段

  尽管当前GSM相当普及,但是构思移动电话的历史在GSM之前很长时间就开始了。GSM小组("Groupe Spécial Mobile" (法语) 1, 2, 3 and 4)创立于1982年。GSM的名字也是源于这个小组的名字,尽管后来决定使用缩写代替了它的原有的含义。最开始这个小组由CEPT负责管理。GSM系统的原始技术在1987定义。1989年, ETSI从CEPT接手。1990第一个GSM规范说明完成,这个规范的文本长达超过6000页。商业运营开始于1991,地点是芬兰的Radiolinja。

  1991年欧洲开通了第一个GSM系统,移动运营者为该系统设计和注册了满足市场要求的商标,将GSM更名为“全球移动通信系统”(GSM)。虽然GSM作为一种起源于欧洲的第二代移动通信技术标准,但它的研发初衷就是让全球共同使用一个移动电话网络标准,让用户拥有一部手机就能走遍天下。GSM也是国内著名移动业务品牌—“全球通”这一名称的本源。

  由于GSM标准的开放性,频率利用率比模拟的高(约为模拟网的1.8一2倍),很快在世界获得了普及,并成为数字制式移动通信(也称第二代)网络的主导技术。GSM的手机与“大砖头”模拟手机的区别是多了用户识别长(SIM卡)—没有插人SIM卡的移动台(手机)是不能够接人网络的。GSM网络一旦识别用户的身份,即可提供各种服务。[1]

  1998年,3G合作项目(3GPP)启动。最初,这个项目的目标是制定详细的下一代移动通讯网(3G)规范。然而,3GPP也接受了维护和开发GSM规范的工作。ETSI是 3GPP的一个成员。

3 具体介绍 编辑本段

3.1 移动通信技术

  GSM属于第2代(2G)蜂窝移动通信技术。2代的说法是相对于应用于80年代的模拟蜂窝移动通信技术以及目前正逐渐进入商用的宽带CDMA技术。模拟蜂窝技术被称为一代移动通信技术,宽带CDMA技术被称为三代移动通信技术,即3G。

3.2 无线电接口

  GSM 是一个蜂窝网络,也就是说移动电话要连接到它能搜索到的最近的蜂窝单元区域。GSM网络运行在多个不同的无线电频率上。
  GSM网络一共有4种不同的蜂窝单元尺寸:巨蜂窝,微蜂窝,微微蜂窝和伞蜂窝。覆盖面积因不同的环境而不同。巨蜂窝可以被看作那种基站天线安装在天线杆或者建筑物顶上那种。微蜂窝则是那些天线高度低于平均建筑高度的那些,一般用于市区内。微微蜂窝则是那种很小的蜂窝只覆盖几十米的范围,主要用于室内。伞蜂窝则是用于覆盖更小的蜂窝网的盲区,填补蜂窝之间的信号空白区域。
  蜂窝半径范围根据天线高度、增益和传播条件可以从百米以上至数十公里。实际使用的最长距离GSM规范支持到35公里。还有个扩展蜂窝的概念,蜂窝半径可以增加一倍甚至更多。
  GSM同样支持室内覆盖,通过功率分配器可以把室外天线的功率分配到室内天线分布系统上。这是一种典型的配置方案,用于满足室内高密度通话要求,在购物中心和机场十分常见。然而这并不是必须的,因为室内覆盖也可以通过无线信号穿越建筑物来实现,只是这样可以提高信号质量减少干扰和回声。

4 频率配置 编辑本段

4.1 GSM 900MHz频段

  GSM 900MHz频段双工间隔为45MHz,有效带宽为25MHz,124个载频,每个载频8个信道。
  GSM900 :
  上行(MHz)890-915;下行(MHz)935-960(GSM最先实现的频段,也是使用最广的频段)
  GSM900E :
  上行(MHz)880-915;下行(MHz)925-960(900MHz扩展频段)

4.2 中国GSM900使用频率

  ①中国移动
  ●上行频段:890-909 MHz
  ●下行频段:935-954 Mhz
  ②中国联通
  ●上行频段:909-915 MHz
  ●下行频段:954-960 Mhz

4.3 GSM 1800MHz频段

  GSM 1800MHz频段双工间隔为95MHz,有效带宽为75MHz,374个载频,每个载频8个信道。
  GSM1800 :
  上行(MHz)1710-1785;
  下行(MHz)1805-1880(适用于对信道容量需求大的市场,应用范围仅次于900M。)

4.4 中国GSM1800使用频率

  ①中国移动
  ●上行频段:1710-1720 MHz
  ●下行频段:1805-1815 Mhz
  ②中国联通
  ●上行频段:1710-1785 Mhz
  ●下行频段:1805-1880 MHz

5 市场状况 编辑本段

  到2004年全球有超过10亿人使用GSM电话,GSM电话占到全球移动电话市场份额的70%。GSM的主要竞争CDMA(主要在美国加拿大使用)尽管有好的前景但是有限,被作为3G标准过渡的CDMA没有展现出全部的功能。还有,因为W-CDMA网络建设的推迟,导致至少在高密度通话这块市场GSM的消亡速度还很慢,但是那是迟早的事情。
  在1998到2000年之间导致GSM用户增长的主要原因是移动运营商推出预付费电话服务。它允许那些不能或者不想跟运营商签署合同的的人们拥有移动电话。这种服务在欧洲的移动运营商之间竞争也比较激烈,即使没有长期的签证,人们也可以从运营商那里以很低廉的价格买到一款手机。

6 系统结构 编辑本段

  全球移动通信系统

  
  GSM系统主要由移动台(MS)、移动网子系统(NSS)、基站子系统(BSS)和操作支持子系统(OSS)四部分组成。
  移动台(MS)
  移动台是公用GSM移动通信网中用户使用的设备,也是用户能够直接接触的整个GSM系统中的唯一设备。移 动台的类型不仅包括手持台,还包括车载台和便携式台。随着GSM标准的数字式手持台进一步小型、轻巧和增加功能的发展趋势,手持台的用户将占整个用户的极大部分。
  基站子系统(BSS)
  基站子系统(BSS)是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分。它通过无线接口直接与移动台相接,负责无线发送接收和无线资源管理。另一方面,基站子系统与网络子系统(NSS)中的移动业务交换中心(MSC)相连,实现移动用户之间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接,传送系统信号和用户信息等。当然,要对BSS部分进行操作维护管理,还要建立BSS与操作支持子系统(OSS)之间的通信连接。
  移动网子系统(NSS)
  移动网子系统(NSS)主要包含有GSM系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能,它对GSM移动用户之间通信和GSM移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。NSS由一系列功能实体构成,整个GSM系统内部,即NSS的各功能实体之间和NSS与BSS之间都通过符合CCITT信令系统No.7 协议和GSM规范的7号信令网路互相通信。
  操作支持子系统(OSS)
  操作支持子系统(OSS)需完成许多任务,包括移动用户管理、移动设备管理以及网路操作和维护。

7 GSM安全 编辑本段

  GSM 被设计具有中等安全水平。系统设计使用共享密钥用户认证。用户与基站之间的通讯可以被加密。UMTS的发展提供了一个选择,就是USIM,它使用更长鉴别密钥保证更好的安全以及网络和用户的双向验证。GSM只有网络到用户的验证.虽然安全模块提供了保密和鉴别功能,但是鉴别能力有限而且可以伪造。
  GSM为了安全使用多种加密算法。A5/1和A5/2两种串流密码用于保证在空中语音的保密性。A5/1是在欧洲范围使用的强力算法,而A5/2则是在其他国家使用的弱强度算法。在两种算法中严重漏洞都已经被发现,例如一个单一密文攻击可能实时的中断掉A5/2. 但是系统支持多个不同算法,这样运营商就可以换一个安全等级更强的。

8 技术特点 编辑本段

  GSM使用上直观的特点:
  GSM系统有几项重要特点:防盗拷能力佳、网络容量大、手机号码资源丰富、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低。
  其主要技术特点如下:
  1.频谱效率。由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码技术,使系统具有高频谱效率。
  2.容量。由于每个信道传输带宽增加,使同频复用栽干比要求降低至9dB,故GSM系统的同频复用模式可以缩小到4/12或3/9甚至更小(模拟系统为7/21);加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换的次数,使GSM系统的容量效率(每兆赫每小区的信道数)比TACS系统高3~5倍。
  3.话音质量。鉴于数字传输技术的特点以及GSM规范中有关空中接口和话音编码的定义,在门限值以上时,话音质量总是达到相同的水平而与无线传输质量无关。
  4.开放的接口。GSM标准所提供的开放性接口,不仅限于空中接口,而且报刊网络直接以及网络中各设备实体之间,例如A接口和Abis接口。
  5. 安全性。通过鉴权、加密和TMSI号码的使用,达到安全的目的。鉴权用来验证用户的入网权利。加密用于空中接口,由SIM卡和网络AUC的密钥决定。TMSI是一个由业务网络给用户指定的临时识别号,以防止有人跟踪而泄漏其地理位置。
  6.与ISDN、PSTN等的互连。与其他网络的互连通常利用现有的接口,如ISUP或TUP等。
  7.在SIM卡基础上实现漫游。漫游是移动通信的重要特征,它标志着用户可以从一个网络自动进入另一个网络。GSM系统可以提供全球漫游,当然也需要网络运营者之间的某些协议,例如计费。

9 计量单位 编辑本段

  GSM是PP编制产品的一种计量单位,名字为“克重”
  用以表示PP编制产品的强度,数值越大,表明该产品的质量越好,是抗撕裂性、扛穿刺性及拉伸强度的一种综合记录。

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