全球移動通信系統(tǒng)

全球移動通信系統(tǒng)（Global System for Mobile Communication）就是眾所周知的GSM，是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的移動電話標(biāo)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。

全球移動通信系統(tǒng)

GSM標(biāo)準的無處不在使得在移動電話運營商之間簽署"漫游協(xié)定"后用戶的國際漫游變得很平常。GSM較之它以前的標(biāo)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(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。2015年，全球諸多GSM網(wǎng)絡(luò)運營商，已經(jīng)將2017年確定為關(guān)閉GSM網(wǎng)絡(luò)的年份。

GSM是Global System For Mobile Communications的縮寫，由歐洲電信標(biāo)準組織ETSI制訂的一個數(shù)字移動通信標(biāo)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(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。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。

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[SMS]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)準提供了更容易的互操作性。這樣，標(biāo)準就允許網(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，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(biāo)準才引入的，主要是EDGE和UMTS標(biāo)準。

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)范的文本長達超過6000頁。商業(yè)運營開始于1991，地點是芬蘭的Radiolinja。

系統(tǒng)發(fā)展歷程

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。

全球移動通信系統(tǒng)(GSM)是迄今為止最為成功的全球性移動通信系統(tǒng)。其開發(fā)始于1982年。歐洲電信標(biāo)準協(xié)會(ETSI)的前身歐洲郵政電信管理會議(CEPT)成立了移動特別行動小組(Groupe Speciale Mobile)，該小組得到了對有關(guān)泛歐數(shù)字移動通信系統(tǒng)的諸多建議進行改進的授權(quán)。試圖完成的兩個目標(biāo)是：

第一，用于無線通信的更好、更有效的技術(shù)解決方案——在那個時候，數(shù)字系統(tǒng)在用戶容量、易用性和可能的附加業(yè)務(wù)數(shù)目等方面都要優(yōu)于當(dāng)時還十分流行的模擬系統(tǒng)已經(jīng)是顯而易見的了。

第二，實現(xiàn)全歐洲統(tǒng)一的標(biāo)準，以支持跨越國界的漫游。這在以前是不可能做到的，因為各國使用的是互不兼容的模擬系統(tǒng)。

之后的若干年里，幾家公司為這種系統(tǒng)提出了一些建議。這些建議幾乎涵蓋了不同技術(shù)領(lǐng)域的所有可能技術(shù)措施。提出的多址方式包括時分多址(TDMA)，頻分多址(FDMA)和碼分多址(CDMA）提議采用的調(diào)制技術(shù)有高斯最小頻移鍵控(GMSK)、四進制頻移鍵控(4FSK)、正交幅度調(diào)制(QAM)和自適應(yīng)差分脈沖調(diào)制(ADPM）。所有提出的系統(tǒng)都進行了現(xiàn)場測試和信道模擬器測試。除了技術(shù)因素，市場和政治因素也影響了決策的進程。由于FDMA需要在移動臺處進行天線分集，因此基于FDMA的方案就不在最終的考慮之列。盡管這種分集的技術(shù)可行性已經(jīng)為日本的數(shù)字系統(tǒng)所證明，增大的天線尺寸使之仍然不能成為一個理想的選擇。CDMA最終也被排除在外，因為在那時采用CDMA方式所必需的信號處理看上去造價過高且不夠可靠。因此，只有TDMA系統(tǒng)在這一抉擇過程中得以保留。可是，最終的(TDMA)系統(tǒng)并非來自某個公司的建議，而反過來形成了一個折中的系統(tǒng)。究其原因是政治性的而非技術(shù)性的：選擇某一個公司的建議作為標(biāo)準，將會給這家公司帶來相當(dāng)大的競爭優(yōu)勢。

在20世紀90年代早期，人們意識到GSM應(yīng)當(dāng)擁有一些沒有包括在最初標(biāo)準之中的功能特性。所以，包括這些功能的所謂第二階段規(guī)范直至1995年才開發(fā)完成。而包括分組無線電和EDGE所采用的更高效調(diào)制方案在內(nèi)的進一步的功能提升是其后才逐漸引入的?；谶@些擴充，GSM通常被稱為2.5代系統(tǒng)，這是因為其功能比那些第二代系統(tǒng)強大，而又未能具備第三代系統(tǒng)的所有功能。

GSM的成功出乎了所有人的意料。雖然最初它是作為歐洲系統(tǒng)來開發(fā)的，但在歐洲推廣應(yīng)用的同時，整個世界范圍內(nèi)就已經(jīng)開始了對GSM的廣泛應(yīng)用。澳大利亞是第一個簽訂基礎(chǔ)協(xié)議的非歐洲國家。從那時起，GSM逐漸成為了全球性的移動通信標(biāo)準，在2004年已擁有了超過十億的眾多用戶。當(dāng)然，也有個別的例外：日本和韓國就從未采用過GSM  。

GSM有三種版本，每一種都使用不同的載波頻率。最初的GSM系統(tǒng)使用900MHz附近的載頻。稍后增加了GSM-1800，也就是所謂的DCS-1800，用以支持不斷增加的用戶數(shù)目。它使用的載波頻率在1800MHz附近，總的可用帶寬大概是900MHz附近可用帶寬的三倍，并且降低了移動臺的最大發(fā)射功率。除此之外，GSM-1800和最初的GSM完全相同。因此，信號處理、交換技術(shù)等方面無須做任何改變就可以同樣加以利用。更高的載波頻率意味著更大的路徑損耗，同時發(fā)射功率的降低會造成小區(qū)尺寸的明顯縮小。這一實際效果同更寬的可用帶寬一起使網(wǎng)絡(luò)容量可以得到相當(dāng)大的擴充。第三種系統(tǒng)被稱做GSMl900或PCS-1900(個人通信系統(tǒng))，工作在1900MHz載頻上，并主要用于美國。

GSM是一個開放性標(biāo)準。這意味著只就接口做出規(guī)定，而不限制具體的實現(xiàn)形式。作為一個例子，我們來考慮GSM采用的調(diào)制方式，即GMSK。GSM標(biāo)準規(guī)定了帶外發(fā)射的上限、相位抖動、互調(diào)產(chǎn)物等內(nèi)容。如何達到所需的線性度則取決于設(shè)備制造商。因此，這一開放的標(biāo)準確保了來自不同制造商的所有產(chǎn)品可以相互兼容，盡管在質(zhì)量和價格上它們可能仍然差別不小。對業(yè)務(wù)提供商而言，兼容性尤為重要。當(dāng)采用專有的系統(tǒng)時，業(yè)務(wù)提供商只能在網(wǎng)絡(luò)初建階段一次性地選定設(shè)備供應(yīng)商。對于GSM(以及其他開放性標(biāo)準)，業(yè)務(wù)提供商可以先從某家制造商那里購入基站，而之后為實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴容又可以從另一家價格更合理的制造商那里購進基站。業(yè)務(wù)提供商同樣可以從一家公司購買一些部件，而從另一家公司購買其他部件

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。

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(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。

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） 

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(lián)通

●上行頻段：909-915 MHz

●下行頻段：954-960 Mhz 

GSM 1800MHz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。） 

GSM頻段（頻率范圍）是國際電信聯(lián)盟為GSM移動電話工作而指定的蜂窩式無線通訊系統(tǒng)的頻率。

P-GSM，基準GSM-900頻帶

E-GSM，擴展GSM-900頻帶（包括基準GSM-900頻帶）

R-GSM，鐵路GSM-900頻帶（包括基準和擴展GSM-900頻帶）

T-GSM，集群無線系統(tǒng)-GSM

GSM-900, GSM-1800 and EGSM/EGSM-900

中國主要使用GSM-800, GSM-900, GSM-1800頻段。

GSM-900和GSM-1800被用于世界上大部分區(qū)域：歐洲、中東、非洲、大洋洲以及亞洲的大部分區(qū)域。南美洲和中美洲的以下國家使用：

• 巴拉圭– GSM-1800和GSM-1900

• 秘魯– GSM-1900

• 哥斯達黎加– GSM-1800

• 巴西– GSM-850，900，1800和1900

• 危地馬拉– GSM-850，GSM-900和1900

• 薩爾瓦多– GSM-850，GSM-900和1900

• 委內(nèi)瑞拉– GSM-850，GSM-900和1900

• GSM-900使用890–915MHz從裝置向基站發(fā)送信息（上行），使用935–960MHz接收信息（下行），其提供124個無線頻道（頻道號1-124），每個頻道占用200kHz。雙工間隔是45MHz。100kHz的保護帶寬被置于頻段的兩端。

• GSM-1800使用1710–1785MHz從移動臺向基站發(fā)送信息（上行），使用1805–1880MHz接收信息（下行）, 其提供374個頻道（頻道號512-885）。雙工間隔是95MHz。GSM-1800在英國也稱為DCS（數(shù)字移動電話服務(wù)），而在香港被稱為PCS——為避免混淆，GSM-1900在世界上其他地區(qū)稱作PCS。MCA使用GSM1800  。

GSM-850和GSM-1900

GSM-850和GSM-1900用于阿根廷、巴西、加拿大、美國以及美洲的許多其他國家

中國GSM1800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(lián)通

●上行頻段：1745-1755 Mhz

●下行頻段：1840-1850 MHz

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。

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）

移動通信系統(tǒng)

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(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(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。

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。

GSM系統(tǒng)安全的目標(biāo)是使系統(tǒng)如公共交換電話網(wǎng)絡(luò)(PSTN)一樣安全。系統(tǒng)中的無線路徑系統(tǒng)是最脆弱的部分，因為無線信號能被輕易地截獲。移動站有一鮮為人知的安全問題：使用MS進行竊聽在技術(shù)上是可能的(如作為“竊聽器”)。就算已經(jīng)關(guān)機，還是可以通過空中接口將它打開，所以最好的保護方法是將電池取出。GSM MoU組(Memorandum ofUnderstanding Group)認為，安全的技術(shù)特性只是安全要求的一小部分，最大的威脅來自較簡單的攻擊如加密密鑰的泄漏、不安全的計費系統(tǒng)或貪污腐敗。因此，要采取有各方面綜合措施以確保這些安全過程滿足安全要求，此外，也必須考慮安全措施的費效比。

GSM系統(tǒng)的安全要求考慮了蜂窩網(wǎng)絡(luò)的一些潛在弱點。系統(tǒng)的安全應(yīng)當(dāng)對系統(tǒng)運營商和用戶都是適當(dāng)?shù)?。系統(tǒng)運營商希望能確保向正確的人收費，并且服務(wù)不受影響；顧客要求隱私得到保護?？偨Y(jié)出如下需求：

(1)使無線網(wǎng)絡(luò)同固定網(wǎng)一樣安全，這意味著匿名和加密以防止傾聽。

(2)采取強認證，防止運營商的計費被欺騙。

(3)防止運營商危及他人安全，無論是無意或迫于競爭壓力。

(4)不能導(dǎo)致初始呼叫建立延遲或隨后通信延遲的顯著增加。

(5)不能占用更多的信道帶寬。

(6)導(dǎo)致錯誤率增加或錯誤傳播。

為此運營商GSM系統(tǒng)的設(shè)計必須考慮環(huán)境和安全過程，如密鑰的產(chǎn)生和分發(fā)，運營商之間的信息交換以及算法的保密性。

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。

全球移動通信系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)建

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。

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(zhì)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）