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全球移動通信系統

標籤:全球移動通信系統

全球移動通訊系統Global System of Mobile communication就是眾所周知的GSM,是當前應用最為廣泛的行動電話標準。全球超過200個國家和地區超過10億人正在使用GSM電話。GSM標準的無處不在使得在行動電話運營商之間簽署"漫遊協定"後用戶的國際漫遊變得很平常。 GSM 較之它以前的標準最大的不同是他的信令和語音通道都是數字式的,因此GSM被看作是第二代 (2G)行動電話系統。 這說明數字通訊從很早就已經構建到系統中。GSM是一個當前由3GPP開發的開放標準。

1簡介

GSM是Global System For Mobile Communications的縮寫,由歐洲電信標準組織ETSI制訂的一個數字移動通信標準,GSM是全球移動通信系統(Global System for Mobile communications) 的簡稱。它的空中介面採用時分多址技術。自90年代中期投入商用以來,被全球超過100個國家採用。GSM標準的設備佔據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行動電話標準。全球超過200個國家和地區超過10億人正在使用GSM電話。所有用戶可以在簽署了"漫遊協定"行動電話運營商之間自由漫遊。GSM 較之它以前的標準最大的不同是它的信令和語音通道都是數字式的,因此GSM被看作是第二代(2G)行動電話系統。 這說明數字通訊從很早就已經構建到系統中。GSM是一個當前由3GPP開發的開放標準。
從用戶觀點出發,GSM的主要優勢在於用戶可以從更高的數字語音質量和低費用的簡訊之間作出選擇。網路運營商的優勢是他們可以根據不同的客戶定製他們的設備配置,因為GSM作為開放標準提供了更容易的互操作性。這樣,標準就允許網路運營商提供漫遊服務,用戶就可以在全球使用他們的行動電話了。
GSM作為一個繼續開發的標準,保持向後兼容原始的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。高速數據交換也是在Release '99版標準才引入的,主要是EDGE和UMTS標準。

2發展歷史

儘管當前GSM相當普及,但是構思行動電話的歷史在GSM之前很長時間就開始了。GSM小組("Groupe Spécial Mobile" (法語) 1, 2, 3 and 4)創立於1982年。GSM的名字也是源於這個小組的名字,儘管後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系統的原始技術在1987定義。1989年, ETSI從CEPT接手。1990第一個GSM規範說明完成,這個規範的文本長達超過6000頁。商業運營開始於1991,地點是芬蘭的Radiolinja。
1991年歐洲開通了第一個GSM系統,移動運營者為該系統設計和註冊了滿足市場要求的商標,將GSM更名為「全球移動通信系統」(GSM)。雖然GSM作為一種起源於歐洲的第二代移動通信技術標準,但它的研發初衷就是讓全球共同使用一個行動電話網路標準,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務品牌—「全球通」這一名稱的本源。
1992年歐洲標準化委員會統一推出的標準,它採用數字通信技術、統一的網路標準,使通信質量得以保證,並可以開發出更多的新業務供用戶使用。GSM移動通信網的傳輸速度為9.6K/s。目前,全球的GSM移動用戶已經超過10億,覆蓋了1/7的人口,GSM技術在世界數字行動電話領域所佔的比例已經超過70%。由於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。
由於GSM標準的開放性,頻率利用率比模擬的高(約為模擬網的1.8一2倍),很快在世界獲得了普及,並成為數字制式移動通信(也稱第二代)網路的主導技術。GSM的手機與「大磚頭」模擬手機的區別是多了用戶識別長(SIM卡)—沒有插入SIM卡的移動台(手機)是不能夠接入網路的。GSM網路一旦識別用戶的身份,即可提供各種服務。
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(3G)規範。然而,3GPP也接受了維護和開發GSM規範的工作。ETSI是3GPP的一個成員。

3具體介紹

無線電介面
GSM 是一個蜂窩網路,也就是說行動電話要連接到它能搜索到的最近的蜂窩單元區域。GSM網路運行在多個不同的無線電頻率上。
GSM網路一共有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築物頂上那種。微蜂窩則是那些天線高度低於平均建築高度的那些,一般用於市區內。微微蜂窩則是那種很小的蜂窩只覆蓋幾十米的範圍,主要用於室內。傘蜂窩則是用於覆蓋更小的蜂窩網的盲區,填補蜂窩之間的信號空白區域。
蜂窩半徑範圍根據天線高度、增益和傳播條件可以從百米以上至數十公里。實際使用的最長距離GSM規範支持到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佈系統上。這是一種典型的配置方案,用於滿足室內高密度通話要求,在購物中心和機場十分常見。然而這並不是必須的,因為室內覆蓋也可以通過無線信號穿越建築物來實現,只是這樣可以提高信號質量減少干擾和回聲。

4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個通道。
GSM900 :
上行(MHz)890-915;下行(MHz)935-960(GSM最先實現的頻段,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
②中國聯通
●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個通道。
GSM1800 :
上行(MHz)1710-1785;
下行(MHz)1805-1880(適用於對通道容量需求大的市場,應用範圍僅次於900M。)
4、中國DCS1800使用頻率
①中國移動
●上行頻段:1710-1720 MHz
●下行頻段:1805-1815 Mhz
②中國聯通
●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電話佔到全球行動電話市場份額的70%。GSM的主要競爭CDMA(主要在美國和加拿大使用)儘管有好的前景但是有限,被作為3G標準過渡的CDMA沒有展現出全部的功能。還有,因為W-CDMA網路建設的推遲,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行動電話。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裡以很低廉的價格買到一款手機。

6系統結構

GSM系統結構

  GSM系統結構

GSM系統主要由移動台(MS)、移動網子系統(NSS)、基站子系統(BSS)和操作支持子系統(OSS)四部分組成。
移動台(MS)
移動台是公用GSM移動通信網中用戶使用的設備,也是用戶能夠直接接觸的整個GSM系統中的唯一設備。移 動台的類型不僅包括手持台,還包括車載台和攜帶型台。隨著GSM標準的數字式手持台進一步小型、輕巧和增加功能的發展趨勢,手持台的用戶將佔整個用戶的極大部分。
基站子系統(BSS)
基站子系統(BSS)是GSM系統中與無線蜂窩方面關係最直接的基本組成部分。它通過無線介面直接與移動台相接,負責無線發送接收和無線資源管理。另一方面,基站子系統與網路子系統(NSS)中的移動業務交換中心(MSC)相連,實現移動用戶之間或移動用戶與固定網路用戶之間的通信連接,傳送系統信號和用戶信息等。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(OSS)之間的通信連接。
移動網子系統(NSS)
移動網子系統(NSS)主要包含有GSM系統的交換功能和用於用戶數據與移動性管理、安全性管理所需的資料庫功能,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No.7 協議和GSM規範的7號信令網路互相通信。
操作支持子系統(OSS)
操作支持子系統(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路和用戶的雙向驗證。GSM只有網路到用戶的驗證.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演算法。A5/1和A5/2兩種串流密碼用於保證在空中語音的保密性。A5/1是在歐洲範圍使用的強力演算法,而A5/2則是在其他國家使用的弱強度演算法。在兩種演算法中嚴重漏洞都已經被發現,例如一個單一密文攻擊可能實時的中斷掉A5/2. 但是系統支持多個不同演算法,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系統有幾項重要特點:防盜拷能力佳、網路容量大、手機號碼資源豐富、通話清晰、穩定性強不易受干擾、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。由於採用了高效調製器、通道編碼、交織、均衡和語音編碼技術,使系統具有高頻譜效率。
2.容量。由於每個通道傳輸帶寬增加,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切換的次數,使GSM系統的容量效率(每兆赫每小區的通道數)比TACS系統高3~5倍。
3.話音質量。鑒於數字傳輸技術的特點以及GSM規範中有關空中介面和話音編碼的定義,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.開放的介面。GSM標準所提供的開放性介面,不僅限於空中介面,而且報刊網路直接以及網路中各設備實體之間,例如A介面和Abis介面。
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權利。加密用於空中介面,由SIM卡和網路AUC的密鑰決定。TMSI是一個由業務網路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。與其他網路的互連通常利用現有的介面,如ISUP或TUP等。
7.在SIM卡基礎上實現漫遊。漫遊是移動通信的重要特徵,它標誌著用戶可以從一個網路自動進入另一個網路。GSM系統可以提供全球漫遊,當然也需要網路運營者之間的某些協議,例如計費。

9計量單位

GSM是PP編製產品的一種計量單位,名字為「克重」,
用以表示PP編製產品的強度,數值越大,表明該產品的質量越好,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)
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